Цифровой журнал «Компьютерра» № 95

Компьютерра 14.11.2011 - 20.11.2011

Статьи

Удивительные трубки мира Евгений Лебеденко, Mobi.ru

Опубликовано 16 ноября 2011 года

Люди не часто интересуются историей создания тех вещей, которыми пользуются каждый день, поэтому интересные, а порой просто поразительные открытия по большей части растворяются в прошлом. Есть, конечно, знаменитые изобретения, которым суждено пережить века, но таких бриллиантов, кардинально меняющих ход человеческой истории, единицы. Масса же менее известных достижений двигает прогресс упорно и незаметно, подобно движению ледника.

Цифровая техника на базе интегральным микросхем стала обыденностью, и вдаваться в подробности принципов работы её основы — транзистора как-то даже не принято. А ведь когда-то этим словом даже называли радиоприёмники. Вначале транзистор был дискретный, потом микрометровых размеров, а сегодня его удалось ужать до десятков нанометров.

Шестьдесят-семьдесят лет назад ту же роль играли электронные лампы и электронно-лучевые трубки. Эти электровакуумные приборы были первопроходцами в таком безграничном ныне мире электроники.

И точно так же, как сегодняшние инженеры стараются как можно оптимальнее использовать всё большее число транзисторов, так и инженеры прошлого находили электровакуумным приборам самые неожиданные применения.

Трубки Вильямса-Килберна. Засвети мне пару байтов

Середина сороковых годов прошлого столетия. Великобритания, получившая серьёзный урок Второй мировой войны, как никто другой заинтересована в создании собственной вычислительной техники. Убедившись в действенности автоматизации вычислений в ходе решения задач расшифровки фашистских кодограмм, британское правительство не жалеет средств на финансирование отечественных исследовательских лабораторий, решающих задачи разработки цифровых вычислителей.

Одним из центров британского компьютеростроения стал Манчестерский университет, кафедру электротехники в котором возглавлял Фредерик Вильямс. Неутомимый исследователь и страстный изобретатель, Вильямс начал свою карьеру в исследовательской лаборатории TRE, занимавшейся актуальнейшим в то время направлением — радиолокационными установками. В подмастерьях у Вильямса трудился молодой кембриджский математик Томас Килберн, немного поначалу смысливший в электротехнике, но компенсировавший это отличными навыками алгоритмизации вычислительных задач.

В 1945 году Вильямс был командирован в Новый свет для изучения опыта команды лучших учёных из Массачусетского технологического института, лаборатории Bell labs и военного исследовательского агентства DARPA, которые трудились над компьютерами, обеспечивающими вычисления в реальном времени для глобальной автоматизированной системы управления противовоздушной обороной SAGE (Semi-Automated Ground Environment). Уже тогда инженер Вильямс сумел увидеть проблему, которая не покидает и нынешние поколения компьютеров: «памяти много не бывает».

Разрабатывая варианты пэвэошных компьютеров, американские инженеры столкнулись с необходимостью разработки простой и в то же время эффективной памяти с произвольной выборкой данных.

И у электротехника Вильямса была идея, которая смогла их заинтересовать. Тремя годами ранее американской командировки Вильямс экспериментировал в лаборатории TRE с основой любой радиолокационной установки — электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ).

Опытный исследователь, Вильямс подметил, что пучок электронов, испускаемый пушкой трубки, попав на люминофор экрана, порождает вторичную эмиссию электронов, благодаря которой на некоторое время точка на экране приобретает положительный заряд и создаёт послесвечение. Не бог весть какое открытие — вторичную эмиссию люминофора наблюдали многие. Но только Вильямсу пришла в голову мысль после формирования точки на экране сдвинуть луч в сторону, как бы рисуя тире. Вот тут-то появился неожиданный эффект. Электроны, порождённые вторичной эмиссией, в ходе рисования тире попадали под действие положительного заряда первоначальной точки и поглощались ею. В результате в месте формирования точки заряд поверхности люминофора становился нейтральным. Итак, рассуждал Вильямс, точка — положительный заряд, тире — нейтральный. Прямо азбука Морзе! Да нет же, подсказал Вильямсу его коллега и математик Килберн, не морзянка, а бинарная математика.

Именно тогда и родилась идея создания памяти на базе электронно-лучевой трубки. Прототип нового вида ОЗУ, наскоро собранный Вильямсом, не поражал воображение. Ёмкость — всего один бит. Зато эта запоминающая система обладала всеми необходимыми компонентами для интеграции в состав вычислительных машин.