|
* Stanford museum of computing, William H. Gates building, Stanford University Copyright © 2007 David Monniaux
|
|
A katódsugárcsöves memória rendszereket elsősorban a katonai lokátorok hívták életre, de erről keveset lehet tudni, így a másik nagy felhasználási területükről a digitális adatok tárolását járhatjuk körbe ebben a cikkben.
Az első digitáls számítógépek memória rendszereként az 1946-ban Fred Williams és Tom Kilburn által kifejlesztett katódsugaras memóriarendszereket alkalmazták. Az első ilyen felhasználás a Manchester Mark I-es számítógép volt majd ezen alapokon a Ferranti Mark I.-es gépe, mint az első kereskedelmi forgalomba került elektronikus digitális számítógép. Ez a gép, központi memóriájaként egy 32x32-es bit-tömbbe szervezett Williamson-Kilburn katódsugárcsöves memóriát alkalmazott. Az ilyen katódsugaras rendszerekkel abban az időben igen magas sebességek voltak előrhetőek, a beírási, kiolvasási és a kiolvasott információ helyreállítási ideje 5µs-nál is kisebb lehetett. A kapacitásuk 1024 ... 2048 szó volt a hatvanas évek közepéig. Az adatok kiolvasás és beírása tetszőleges sorrendű lehetett szemben az akkoriban szintén használt és elterjedt mágneses doboktól és szallagoktól eltérően. Rendszerint az üzemi memóriák feladatát töltötték be. Legtöbb esetben minden katódsugárcső a szám egy meghatározott helyértékének tárolására szolgált, így annyi csövet használtak fel, ahány helyértékű volt a bináris szám, miközben biztosítaniuk kellett a csövek teljesen azonos vezérlését. A töltések sztatikus tárolását alkalmazó katódsugárcsövekből kialakított memóriaegységeknek három alapvető típusuk van:
- fékezőrácsos rendszerek;
- felületi töltéseloszlással működő rendszerek;
- regenáráló sugárral működő szelektron típusú egységek.
A fékezőrácsos katódsugárcsöves memória rendszer.
 Ez a rendszer az elektonágyúból a vékony dielektrikum-réteggel bevont anód lemezből, az eltérítő lemezekből, a fékezőrácsból és a kimenő érintkezővel ellátott kollektorból áll. A beírás során a villamos impulzusokat érintkező útján az anódlemezre viszik. A működés során a beeső elektronok hatására az ernyőn, ahová a sugárnyaláb esik szekunder elektronok lépnek ki. Az ernyő és a rács közötti feszültségkülönbségnek megfelelően kisebb vagy nagyobb számú szekunder elektron visszatér az ernyőbe vagy a rácson áthaladva a koszorú alakú kollektoron válik ki. Ha az anódra a rácshoz képest pozitív feszültséget kapcsolunk, a szekunder elektronok többsége visszatér az ernyőbe, és az ernyő adott helye negatív töltést kap. Ha az anód a rácshoz képest negatív volt a szekunder elektronok többsége a kollektorra vándorol és így az ernyő ezen helyén pozitív töltés keletkezik. Az ernyő dielektrikumból készült az ernyő különböző helyein létrejött töltések lassan oszlanak szét, így azok hosszú ideig tárolhatók. Az eltérítés hatására az ernyőn több bináris számjegy tárolható. Az ernyőn a pozitív töltések az 1 beírásának, a negatív töltések pedig a 0 beírásának felelnek meg.
Az adatok kiolvasásakor az elektronsugarat a kiolvasandó adat helyére írányítjuk, - ahová azt korábban beírtuk. Az ernyő adott helyén felgyülemlett töltéstől függően az anódlemez és a kollektor között ilyen vagy más polaritású kimenőjel keletkezik, amit megfelelő erősítés és formázás után használnak fel a számítógép további egységeiben. Az ernyő adott helyén beírt számjegy kiolvasáskor törlődik. Ezért annak újbóli beírásárol külön gondoskodni kell, illetve mivel a beírt töltések idővel eloszlanak a huzamosabb tárolás miatt azokat "frissíteni" kell. Ez a frissítési szükséglet számomra nagyban hasonlít a későbbi félvezetős DRAM-áramköröknél szükséges frissítésre.
A felületi töltés eloszlással működő memóriaegység. 
Ennél a rendszernél is - hasonlóan az előzőhöz - a dielektrikum-ernyő felületén lejátszódó szekunder elektronemisszió jelenségét használja fel. A beeső primer elektronok sebességének növelésével nagyobb lesz az általuk kiléptetett szekunder elektronok száma, és az ernyőre eső elektronnyaláb sebességének bizonyos értékénél az adott helyen pozitív töltés keletkezik. A számjegyek beírására az ernyő felületén az elektronsugárnak két képet, illetve két különböző töltés eloszlást kell létrehoznia. A kiolvasó jel jól kiértékelhetősége érdekében a két képnek lényegesen eltérőeknek kell lenniük. A különböző képtípusok közül a legkedvezőbb tulajdonságúnak a pont - gyűrű képek adódtak. Az ernyő adott helyén a pont alakú pozitív töltés az 1 beírásának (kevesebb töltés), míg a gyűrű alakú pozitív töltés pedig a 0 beírásának felel meg (több töltés). A kioltó áramkör segítségével az elektronsugarat a megfelelő pozicióba mozgatás idejére kioltják. A köreltérítő generátor a 0 beírásakor, illetve a nulla vagy az egység kiolvasásakor az elektronsugarat a töltésképnek megfelelő módon téríti el az elektronsugarat. Kiolvasáskor a sugár a gyűrű olyan helyére irányul, ahol eddig gyűrű volt beírva, a keletkező kimenő jel alacsony lesz. Ha a gyűrű helyén előtte pont volt, az ernyő mögött elhelyezett kimenő elektródán áramimpulzus jelenik meg, amit megfelelő formázás után használtak fel. Ennél a rendszernél is szükséges a "frissítés".
A szelektron típusú memória. Ezt a típusú tárolási módot Jan Rajchman-nak köszönheti a világ aki az RCA Laboratóriumában fejlesztette ki 1946-ban. A kifejlesztése Naumann János IAS gépe számára történt, de később például az IBM-is felhasználta 701 gépében.
Az elektronnyalábbal bombázott dielektrikum-ernyő két rögzített potenciál értéket vehet fel, vagy a katód (ez elektronokat kibocsájtó) vagy az anód (a gyorsító elektróda) potenciálját. A szelektronban a katód és az ernyő között gyorsító kollektorrács helyezkedik el. A dielektrikum-ernyő a katód és a kolletor között elhelyezett párhuzamos rudacskák két, egymásra merőleges csoportjával négyzetes elemkre van felosztva. Ezekkel a rudacskákkal lehet meg "címezni" a kívánt rekeszt. A rudacskák közötti távolság olyan, hogy a katódról kiinduló elektronok csak azon a rácsszemen juthat át az ernyőre, amelyet négy pozitív potenciálú rudacska alkot. A rudacskák kivezetései mátrix elrendezésűek biztosítva ezzel, a legkevesebb kivezetést. A szelektronban valamennyi rácsszem nyitott, és a szórt elektronnyaláb az egész ernyőt egyenletesen sugározza be, ami az ernyőre beírt adatokat tetszőlegesen hosszú ideig tartja fenn. Beíráskor az adott rekesz kiválasztása után a többi rudacska kivezetéseit negatív feszültségre kapcsolják és ezzel lezárják. Az ernyő mögött elhelyezett anód lemezre pozitív (vagy negatív) impulzust kapcsolnak. Az impulzus után valamennyi rekesz potenciálja az eredti értékre tér vissza, kivéve a kiválasztott rekesz, amelyben töltés növekedés vagy csökkenés játszódott le. Ezt a töltésváltozást az eltolási áram egyenlíti ki. Az adatok kiolvasása szintén a megfelelő címzés utján az anódlemezre határozott potenciát adva, az anódlemez és a kollektor között keletkező eltolási áram mérése útján lehetséges.
| |
