No início da memória do computador

O artigo tem fotos pesadas, então eu o removi sob os spoilers.

1. Introdução

O problema de armazenar informações digitais surgiu antes dos computadores reais aparecerem. Antes de falarmos sobre implementações físicas específicas, apresentamos a terminologia.

A memória é um dispositivo físico ou meio de armazenamento. No caso mais simples, a memória é uma matriz de células numeradas contendo "1" ou "0". Não consideraremos zeros e os escritos em um notebook como memória, pois é impossível (ou estritamente possível, mas sem sentido) ler automaticamente essa memória.

Do ponto de vista da organização do acesso aos dados, a memória pode ser dividida nos seguintes tipos:

• RAM - Memória de acesso aleatório, memória de acesso aleatório. Você pode ler ou alterar qualquer célula.
• ROM - Memória Somente Leitura, uma memória na qual você pode ler qualquer célula, mas não pode ser gravada (Memória Somente Leitura, ROM).
• FIFO - Primeiro a entrar, primeiro a sair, uma memória que pode ser escrita apenas de cima e lida apenas de baixo (em palavras russas, é a vez).
• Pilha (LIFO) - Última entrada, primeira saída, acesso à memória, acesso ao qual é possível ler e gravar apenas no elemento superior (eu realmente gosto do nome soviético, loja).
• CAM - memória endereçável por conteúdo, memória endereçável por conteúdo (nome russo - memória associativa).

Padrões De Tecido

Pela primeira vez, a tarefa de armazenar e ler dados da memória foi colocada e, em seguida, foi resolvida com sucesso para controlar threads em um tear.


Tear falcão. Em primeiro plano, há cartões perfurados que definem o padrão de tecido. Link

Como isso funciona? Considere primeiro o diagrama de máquina mais simples:


Tear da Wikipedia

A ideia é simples: os cabeçalhos ( c na figura) formam um espaço (bocejo na terminologia de tecelagem) entre os fios da urdidura, que são alimentados pelo eixo a (navoi), o vaivém i é pulado, o fio é pressionado com a ajuda de uma palheta h , depois os cabeçalhos são substituídos pelos pedais ee o processo é repetido. O pano é enrolado em um eixo de mercadoria u . E tudo ficaria bem, mas e se você quiser obter um padrão? A opção óbvia é aumentar e diminuir individualmente os segmentos de distorção em cada iteração, desde que sejam de cores diferentes (por exemplo, preto e branco). Esse projeto foi proposto em 1725 por Basil Bouchon e, em seguida, por Jean-Baptiste Falcon em 1728, desenvolveu um sistema para alimentar automaticamente cartões perfurados. Vamos analisar a operação desse mecanismo usando o exemplo de uma máquina Jacquard posterior, mas similar em design:


Diagrama da máquina jacquard de um bom artigo sobre cortinas jacquard

O eixo 8 alimenta e pressiona o próximo cartão perfurado. As agulhas acopladas aos ganchos 1 são pressionadas contra ela e algumas caem nos orifícios do cartão perfurado. Assim, as agulhas presas nos orifícios levantam os ganchos correspondentes, e podem ser apanhadas com uma barra especial, formando assim um curador superior, uma vez que os fios 3 presos aos ganchos levantam os fios de urdidura 4 correspondentes a eles. Os fios de urdidura cujos ganchos não caíram nos orifícios, sob o peso do prumo 5, são mais baixos, de modo que a gravidade desempenha o papel de uma segunda pilha.


Auto-retrato de Joseph Marie Jacquard, feito em seu tear. Wikipedia

Assim, obtivemos a primeira ROM, que se tornará parte integrante dos primeiros computadores e sobreviverá até o início dos anos 80.

Primeiros bytes

Então, o século 20 chegou, os primeiros computadores apareceram e, junto com eles, a necessidade de RAM. Um dos primeiros a encontrar esse problema foi John Vincent Atanasov e Clifford Berry, quando em 1939 começaram a montar seu computador Atanasoff-Berry, da ABC. Foi um dos primeiros dispositivos de computação eletrônica digital.


Visão geral do ABC arrastada do NYT

Para armazenamento temporário de variáveis ​​neste computador, foi utilizado o bisavô da RAM moderna, um tambor rotativo composto por 50 linhas de 32 capacitores. Uma carga negativa do capacitor define uma unidade lógica e uma carga positiva define um zero lógico. Essa memória era abordada pelo tempo de espera do rolo de percussão, e cada leitura destruía os dados, portanto, toda vez que eu precisava reescrevê-los.


Bateria original com ABC, tirada daqui .


Um fragmento de uma réplica de um tambor ABC a partir daí . Os contatos e os próprios capacitores são visíveis.

Há um artigo na Wikipedia sobre o destino futuro de tal memória e seu auge.

Tubos de imagem norte lembre-se

Nos anos 40, no momento do surgimento dos primeiros computadores, ainda não existia um conjunto de soluções e tecnologias serrilhadas, como é hoje, o que levou ao aparecimento de designs muito incomuns. Um deles é um cachimbo da Williams. Era um cinescópio, cujo fósforo, dependendo do valor que você deseja lembrar, “1” ou “0”, um traço ou ponto estava aceso. Quando foi necessário ler o valor, o feixe de elétrons foi direcionado para o mesmo local e, por emissão de elétrons, utilizando o eletrodo instalado próximo ao tubo de imagem, foi descoberto o que foi registrado.


Protótipo de tubo Williams da Wikipedia


Dados gravados na tela de um tubo de tubo Williams da Wikipedia

Como regra, as células de memória nos tubos de Williams eram de bit único e, para operar com palavras de vários bits, elas trabalharam em paralelo pelo número de bits.


Diagrama de blocos de tubos Williams a partir daqui

Para a leitura, o endereço foi fornecido ao ADDRESS REGISTER , em seguida, o feixe da pistola de elétrons no WILLIAMS TUBE foi direcionado para o local apropriado, a leitura ocorreu e os dados através do amplificador REGENERATION AMPLIFIER caíram no registro de saída SHIFT REGISTER e, se a unidade foi lida, volta ao fone, porque foi necessário recuperar os dados perdidos. Os tubos da Williams tiveram uma vida curta, mas tempestuosa, caindo em muitos dos primeiros computadores domésticos e ocidentais. Uma abordagem semelhante foi usada em outro dispositivo de memória selectron CRT, proposto em 1946 por Jean Reichmann.


Selectron daqui

Nesse enorme tubo de rádio, as informações eram armazenadas em slots cobertos com fósforo, que, dependendo da carga, passavam ou não passavam elétrons da pistola de “leitura”, que por sua vez caíam ou não caíam na camada de fósforo, da qual as cadeias de leitura procuradas eram eliminadas. elétrons. Naquela época, era uma das memórias mais densas e mais rápidas, mas sua idade era curta.

O mercúrio não pode apenas medir a temperatura

Como você já pode adivinhar no capítulo anterior, nos anos 40 eles tentaram "forçar" a se lembrar de qualquer coisa. Ondas no meio não foram excepção. Como computadores um pouco anteriores foram radicalmente desenvolvidos (eu realmente quero escrever um artigo separado sobre eles), sua base elementar imediatamente atraiu a atenção dos pioneiros da era digital. Um desses dispositivos era a linha de atraso.

Nas estações de radar, eles eram usados ​​para filtrar o sinal de objetos estacionários. A partir da resposta ao N-ésimo pulso do radar, a resposta atrasada ao Nésimo primeiro pulso foi subtraída e, portanto, apenas as respostas dos objetos em movimento eram diferentes de zero, o que possibilitou a eliminação do ruído que criava o alívio refletido da onda de rádio. Mas espere um momento! Mas e se rodarmos o sinal na linha de atraso e bloquearmos a entrada na saída? Será uma lembrança! Sobre o mesmo pensamento ocorreu a John Eckert Jr. Como linha de atraso, foi utilizado um balão de mercúrio, no final do qual foram instalados piezocristais, um para excitar as oscilações e o segundo para lê-las.


Circuito simplificado de uma célula de memória em uma linha de atraso de mercúrio. Retirado daqui

Obviamente, dessa maneira, é possível armazenar não um bit, mas um pacote inteiro, que foi usado com sucesso. No entanto, essa memória logo perdeu sua relevância.

Assim como um ímã se lembra

E agora chegou a hora da memória magnética. E então as pessoas que não estão familiarizadas com a história dos computadores antigos se lembrarão imediatamente dos discos rígidos. Bem, vamos começar com eles. E lembre-se primeiro da memória em um tambor magnético.


O tambor magnético, que eu amei muito na infância, quando visitei o Museu Politécnico. Foto é clara onde

A gravação para esses dispositivos era muito simples. Um campo magnético foi aplicado a um local específico, cuja força codificou um ou zero. A leitura das informações foi realizada utilizando os chamados cabeça magnética, na qual, quando passava a uma certa velocidade após a área com dados registrados, uma corrente induzida aparecia devido a uma alteração no campo magnético, cuja força dependia da força do campo magnético. As unidades de fita funcionavam de maneira semelhante. Curiosamente, os discos rígidos modernos usam um princípio diferente de armazenamento e leitura de informações. Que é uma ocasião para um artigo separado.

Nos capítulos anteriores, sobre a memória do tubo quente, mencionei que ela não viveu muito tempo. Mas quem a substituiu? E a resposta é novamente a memória magnética, desta vez na forma de memória em anéis de ferrite. Ferritas têm uma propriedade muito útil, histerese de magnetização, ou seja, eles podem estar em dois estados fixos, e é disso que precisamos.


O diagrama de blocos da memória endereçável nos anéis de ferrite é daqui

Para escrever o anel F para condutores $$$x_3$e $$$y_2$é fornecida uma corrente que forma um campo H / 2 em torno de cada um dos condutores, desde que apenas H seja suficiente para alterar a magnetização do anel ferromagnético e a magnetização dos anéis C , D e E capturados no caminho depois de desligar a corrente retorna aos seus valores originais devido à histerese magnetização. Agora precisamos ler os dados. Para fazer isso, a corrente de gravação "0" é aplicada ao anel de destino. Se uma unidade foi gravada, o campo magnético neste anel mudará de direção, um pulso de corrente será induzido no condutor S e, se houver "0", não haverá corrente. Então descobrimos o que foi gravado. Obviamente, como no tubo Williams, você deve retornar a unidade ao seu lugar. Nos próximos anos, esse tipo de memória reinará supremo nos computadores. De acordo com uma versão, devemos a ele o termo “memória flash”, devido ao método de produção, costura manual de anéis com fios, algo como isto:


A placa de RAM, para 11560 bits, dividida em 20 matrizes no formato 34x17. Foi utilizado em um terminal alfanumérico com mapeamento de caracteres vetoriais RIN-609; fabricante - presumivelmente, uma das empresas da Armênia. De lá.

Conclusão

Há muita coisa no mundo, amigo de Horatio ... oh errado. Existem muitas maneiras mais estranhas de armazenar dados. Espero que nos comentários eles joguem algo mais interessante. Da minha parte, direi que recomendo vivamente que as pessoas envolvidas no desenvolvimento da tecnologia digital e simples analisem as ideias iniciais em vários ramos do pensamento técnico, quando, como dizem, a necessidade de invenções é complicada, ensina o pensamento fora da caixa e simplesmente amplia os horizontes. Obrigado pela atenção.