Zu Beginn des Computerspeichers

Der Artikel hat schwere Fotos, deshalb habe ich ihn unter den Spoilern entfernt.

Einführung

Das Problem der Speicherung digitaler Informationen trat auf, bevor die eigentlichen Computer erschienen. Bevor wir über bestimmte physische Implementierungen sprechen, stellen wir die Terminologie vor.

Der Speicher ist ein physisches Gerät oder Speichermedium. Im einfachsten Fall ist der Speicher ein Array von nummerierten Zellen, die "1" oder "0" enthalten. Wir werden Nullen und Einsen, die in ein Notizbuch geschrieben sind, nicht als Speicher betrachten, da es unmöglich (oder streng genommen möglich, aber bedeutungslos) ist, einen solchen Speicher automatisch zu lesen.

Unter dem Gesichtspunkt der Organisation des Zugriffs auf Daten kann der Speicher in die folgenden verschiedenen Typen unterteilt werden:

• RAM - Direktzugriffsspeicher, Direktzugriffsspeicher. Sie können jede Zelle lesen oder ändern.
• ROM - Nur-Lese-Speicher, ein Speicher, aus dem Sie jede Zelle lesen können, aber nicht geschrieben werden können (Nur-Lese-Speicher, ROM).
• FIFO - First In, First Out, ein Speicher, der nur von oben geschrieben und nur von unten gelesen werden kann (in russischen Worten ist es an der Reihe).
• Stapel (LIFO) - Last In, First Out, Zugriff auf den Speicher, auf den nur das oberste Element gelesen und geschrieben werden kann (ich mag den sowjetischen Namen, den Speicher wirklich).
• CAM - Inhaltsadressierbarer Speicher, durch Inhalt adressierbarer Speicher (russischer Name - assoziativer Speicher).

Stoffmuster

Zum ersten Mal wurde die Aufgabe gestellt, Daten aus dem Speicher zu speichern und zu lesen, und dann wurde sie erfolgreich für die Steuerung von Threads in einem Webstuhl gelöst.


Falcon Webstuhl. Im Vordergrund stehen Lochkarten, die das Stoffmuster definieren. Link

Wie funktioniert das? Betrachten Sie zunächst das einfachste Maschinendiagramm:


Wikipedia Webstuhl

Die Idee ist einfach: Die Header ( c in der Abbildung) bilden eine Lücke (Gähnen in der Webterminologie) zwischen den Kettfäden, die von der Welle a (navoi) zugeführt wird, das Shuttle i wird übersprungen, der Faden wird mit Hilfe eines Schilfs h gedrückt, dann werden die Header durch die Pedale e und ersetzt Der Vorgang wird wiederholt. Das Tuch ist auf einen Warenschaft u gewickelt. Und alles wäre in Ordnung, aber was ist, wenn Sie ein Muster erhalten möchten? Die naheliegende Option besteht darin, die Kettfäden in jeder Iteration einzeln anzuheben und abzusenken, sofern sie unterschiedliche Farben haben (z. B. Schwarzweiß). Dieser Entwurf wurde 1725 von Basil Bouchon vorgeschlagen, und 1728 entwickelte Jean-Baptiste Falcon ein System zum automatischen Zuführen von Lochkarten. Lassen Sie uns die Funktionsweise dieses Mechanismus am Beispiel einer späteren, aber ähnlich konstruierten Jacquard-Maschine analysieren:


Jacquard-Maschinendiagramm aus einem guten Artikel über Jacquard-Vorhänge

Welle 8 zieht die nächste Lochkarte ein und drückt sie. Mit den Haken 1 gekoppelte Nadeln werden dagegen gedrückt, und einige fallen in die Löcher der Lochkarte. Somit heben die in den Löchern gefangenen Nadeln die entsprechenden Haken an, und sie können mit einer speziellen Stange aufgenommen werden, wodurch eine obere Weblitze gebildet wird, da die an den Haken befestigten Fäden 3 die ihnen entsprechenden Kettfäden 4 anheben. Die Kettfäden, deren Haken unter dem Gewicht des Lot 5 nicht in die Löcher gefallen sind , sind niedriger, sodass die Schwerkraft die Rolle eines zweiten Haufens spielt.


Selbstporträt von Joseph Marie Jacquard auf seinem Webstuhl. Wikipedia

So haben wir das erste ROM erhalten, das ein wesentlicher Bestandteil der ersten Computer wird und bis Anfang der 80er Jahre überleben wird.

Erste Bytes

Das 20. Jahrhundert ist also gekommen, die ersten Computer erschienen und mit ihnen der Bedarf an RAM. Einer der ersten, der auf dieses Problem stieß, war John Vincent Atanasov und Clifford Berry, als sie 1939 begannen, ihr ABC, Atanasoff-Berry Computer, zusammenzubauen. Es war eines der ersten digitalen elektronischen Computergeräte.


Gesamtansicht von ABC aus NYT gezogen

Für die temporäre Speicherung von Variablen in diesem Computer wurde der Urgroßvater des modernen RAM verwendet, eine rotierende Trommel, die aus 50 Leitungen mit 32 Kondensatoren besteht. Eine negative Kondensatorladung setzt eine logische Einheit und eine positive Ladung setzt eine logische Null. Diese Erinnerung wurde durch die Wartezeit der Trommelrolle angesprochen, und jeder Messwert zerstörte die Daten, so dass ich sie jedes Mal neu schreiben musste.


Originaltrommel mit ABC, von hier genommen .


Ein Fragment einer Nachbildung einer ABC-Trommel von dort . Die Kontakte und die Kondensatoren selbst sind sichtbar.

Auf Wikipedia gibt es einen Artikel über das zukünftige Schicksal einer solchen Erinnerung und ihre Blütezeit.

Nordbildröhren erinnern

In den 40er Jahren, zum Zeitpunkt des Erscheinens der ersten Computer, gab es noch keine Reihe gerändelter Lösungen und Technologien, wie sie heute sind, was zum Auftreten sehr ungewöhnlicher Designs führte. Eine davon ist eine Williams-Pfeife. Es war ein Kineskop, auf dessen Leuchtstoff je nach dem Wert, an den Sie sich erinnern möchten, „1“ oder „0“, ein Strich oder Punkt beleuchtet wurde. Wenn es notwendig war, den Wert abzulesen, wurde der Elektronenstrahl auf dieselbe Stelle gerichtet und durch Elektronenemission unter Verwendung der in der Nähe der Bildröhre installierten Elektrode herausgefunden, was aufgezeichnet wurde.


Williams Rohr Prototyp von Wikipedia


Aufgezeichnete Daten auf einem Williams Tube Tube-Bildbildschirm von Wikipedia

In der Regel waren die Speicherzellen in den Williams-Röhren Einzelbit, und um mit Mehrbitwörtern zu arbeiten, arbeiteten sie parallel zur Anzahl der Bits.


Williams Rohrblockdiagramm von hier

Zum Lesen wurde die Adresse an das ADRESSREGISTER übergeben , dann wurde der Strahl der Elektronenkanone in WILLIAMS TUBE auf die entsprechende Stelle gerichtet, das Lesen erfolgte und die Daten durch den Verstärker des REGENERATION AMPLIFIER fielen in das Ausgangsregister des SHIFT REGISTER und, falls das Gerät gelesen wurde, zurück in das Mobilteil, weil Es war notwendig, die verlorenen Daten wiederherzustellen. Williams Pipes lebten ein kurzes, aber stürmisches Leben und fielen in viele der ersten westlichen und Haushaltscomputer. Ein ähnlicher Ansatz wurde in einem anderen Selectron-CRT-Speichergerät verwendet, das 1946 von Jean Reichmann vorgeschlagen wurde.


Selectron von hier

In dieser riesigen Funkröhre wurden Informationen in mit einem Leuchtstoff bedeckten Schlitzen gespeichert, die je nach Ladung Elektronen von der "lesenden" Elektronenkanone durchließen oder nicht durchließen, die wiederum in die Phosphorschicht fielen oder nicht fielen, aus der die gewünschten Leseketten herausgeschlagen wurden Elektronen. Zu dieser Zeit war es eine der dichtesten und schnellsten Erinnerungen, aber sein Alter war kurz.

Quecksilber kann nicht nur die Temperatur messen

Wie Sie bereits aus dem vorherigen Kapitel erraten können, haben sie in den 40er Jahren versucht, sich zu „zwingen“, sich an irgendetwas zu erinnern. Wellen im Medium waren keine Ausnahme. Da einige frühere Computer radikal entwickelt wurden (ich möchte wirklich einen separaten Artikel darüber schreiben), erregte ihre elementare Basis sofort die Aufmerksamkeit der Pioniere des digitalen Zeitalters. Eines dieser Geräte war die Verzögerungsleitung.

In Radarstationen wurden sie verwendet, um das Signal von stationären Objekten zu filtern. Von der Antwort auf den N-ten Impuls des Radars wurde die verzögerte Antwort auf den N-ten ersten Impuls abgezogen, und daher erwiesen sich nur Antworten von sich bewegenden Objekten als ungleich Null, was es ermöglichte, das Rauschen zu beseitigen, das das reflektierte Relief der Funkwelle erzeugte. Aber warte einen Moment! Was aber, wenn wir das Signal in der Verzögerungsleitung laufen lassen und den Eingang mit dem Ausgang verbinden? Es wird eine Erinnerung sein! Ungefähr der gleiche Gedanke kam John Eckert Jr. Als Verzögerungsleitung wurde ein Quecksilberkolben verwendet, an dessen Enden Piezokristalle installiert waren, einer zum Anregen von Schwingungen und der zweite zum Ablesen.


Vereinfachte Speicherzellenschaltung für Quecksilberverzögerungsleitung. Von hier genommen

Auf diese Weise ist es natürlich möglich, nicht ein Bit, sondern ein ganzes Paket zu speichern, das erfolgreich verwendet wurde. Diese Erinnerung verlor jedoch bald ihre Relevanz.

Genau wie sich ein Magnet erinnert

Und jetzt ist die Zeit für ein magnetisches Gedächtnis gekommen. Und dann werden sich Leute, die mit der Geschichte alter Computer nicht vertraut sind, sofort an Festplatten erinnern. Fangen wir mit ihnen an. Und denken Sie zuerst an die Erinnerung an eine Magnettrommel.


Die Magnettrommel, die ich in meiner Kindheit sehr gern untersucht habe, als ich das Polytechnische Museum besuchte. Foto ist klar wo

Die Aufnahme auf solchen Geräten war sehr einfach. Ein Magnetfeld wurde an eine bestimmte Stelle angelegt, deren Stärke eins oder null codierte. Das Lesen von Informationen erfolgte mit dem sogenannten Magnetkopf, bei dem, wenn er mit einer bestimmten Geschwindigkeit mit aufgezeichneten Daten an dem Bereich vorbeiging, ein induzierter Strom aufgrund einer Änderung des Magnetfelds auftrat, dessen Stärke von der Stärke des Magnetfelds abhing. Bandlaufwerke funktionierten ähnlich. Interessanterweise verwenden moderne Festplatten ein anderes Prinzip zum Speichern und Lesen von Informationen. Welches ist ein Anlass für einen separaten Artikel.

In früheren Kapiteln über die Erinnerung an warme Röhren erwähnte ich, dass sie nicht lange lebte. Aber wer hat sie ersetzt? Und die Antwort ist wieder ein magnetisches Gedächtnis, diesmal in Form eines Gedächtnisses an Ferritringen. Ferrite haben eine sehr nützliche Eigenschaft, die Magnetisierungshysterese, d.h. Sie könnten sich in zwei festen Zuständen befinden, was wir brauchen.


Das Blockdiagramm des adressierbaren Speichers auf Ferritringen ist von hier

Ring F auf Leiter schreiben $$$x_3$und $$$y_2$Es wird ein Strom zugeführt, der um jeden der Leiter ein H / 2-Feld bildet, vorausgesetzt, nur H reicht aus, um die Magnetisierung des ferromagnetischen Rings zu ändern, und die Magnetisierung der Ringe C , D und E , die nach dem Ausschalten des Stroms im Pfad gefangen sind, kehrt aufgrund der Hysterese zu ihren ursprünglichen Werten zurück Magnetisierung. Jetzt müssen wir die Daten lesen. Dazu wird der Schreibstrom „0“ an den Zielring angelegt. Wenn eine Einheit aufgezeichnet wurde, ändert das Magnetfeld in diesem Ring seine Richtung, ein Stromimpuls wird im Leiter S induziert, und wenn "0" vorhanden ist, gibt es keinen Strom. Also haben wir herausgefunden, was aufgenommen wurde. Natürlich müssen Sie wie bei der Williams-Röhre das Gerät an seinen Platz zurückbringen. In den kommenden Jahren wird diese Art von Speicher in Computern oberste Priorität haben. Einer Version zufolge schulden wir es ihm mit dem Begriff „Flash-Speicher“ aufgrund der Produktionsmethode, dem manuellen Nähen von Ringen mit Drähten, ungefähr so:


Die RAM-Karte für 11560 Bit ist in 20 Matrizen im 34x17-Format unterteilt. Es wurde in einem alphanumerischen Terminal mit Vektorzeichenabbildung RIN-609 verwendet; Hersteller - vermutlich eines der Unternehmen Armeniens. Von dort.

Fazit

Es gibt viel auf der Welt, Horatios Freund ... oh falsch. Es gibt viele weitere seltsame Möglichkeiten, Daten zu speichern. Ich hoffe in den Kommentaren werden sie etwas anderes Interessantes werfen. Ich für meinen Teil möchte sagen, dass ich Menschen, die an der Entwicklung digitaler und einfacher Technologien beteiligt sind, wärmstens empfehlen kann, sich mit frühen Ideen in verschiedenen Bereichen des technischen Denkens zu befassen, wenn das Bedürfnis nach Fiktion schwierig ist, das Denken über den Tellerrand hinaus lehrt und nur den eigenen Horizont erweitert. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.