Компьютерра - Компьютерра PDA N145 (12.11.2011-18.11.2011)

Работоспособный вариант трубки Вильямса-Килберна ёмкостью 2048 бит

Впервые запоминающие электронно-лучевые трубки Вильямся-Килберна были применены в британской экспериментальной вычислительной машине SSEM (Small Scale Experimental Machine), проектированием которой с воодушевлением занимался Килберн. Одноадресная SSEM, которую разработчики окрестили "Baby", имела в своем составе четыре запоминающие трубки, выполнявшие роли: оперативной памяти на тридцать два тридцатидвухразрядных слова, регистра аккумулятора, счётчика команд и собственно дисплея, на который выводился результат расчётов.

Для коммерческого использования своего изобретения Вильямс и Килберн научились объединять запоминающие трубки в множественные каскады.

Летом 1948 года, бешено заморгав запоминающими трубками, машина примерно за час успешно решила тестовую задачу, выполнив около двух миллионов операций. Новый вид памяти доказал свою дееспособность.

Первое боевое крещение трубки Вильяма-Килберна получили в первом варианте компьютера Whirlwind, трудившегося в составе комплекса вычислителей системы противовоздушной обороны SAGE. Оперативная память Whirlwind, созданная на запоминающих трубках, обеспечивала хранение всего 256 слов и явно не обеспечивала необходимую для процесса реального времени скорость чтения-записи. В последующих версиях Whirlwind обкатку проходили различные виды памяти, пока в середине пятидесятых разработчики не остановились на перспективных магнитных сердечниках.

В первой своей интерпретации Whirlwind использовал трубки Вильямса-Килберна

Модули запоминающих ЭЛТ в компьютере Whirlwind

Коммерческое использование памяти на базе трубок Вильямса-Килберна нельзя назвать очень активным. Наиболее известным её применением была вычислительная машина знаменитого манхэттенского проекта, имевшая соответствующее цели проектирования название MANIAC. Для главного вычислителя первой водородной бомбы были разработаны компактные модули памяти на запоминающих ЭЛТ, позволявшие наращивать ёмкость ОЗУ в зависимости от сложности решаемой задачи.

Максимально в MANIAC устанавливалось сорок трубок Вильямса-Килберна, суммарной ёмкостью 1024 сорокабитных слов.

Компьютер MANIAC со снятой передней панелью. Серебристые ящики наверху - модули запоминающих ЭЛТ

Пытались применить запоминающие ЭЛТ и в IBM. Компьютер IBM 701 - первый коммерческий компьютер компании - не пользовался популярностью именно благодаря неповоротливости и ненадёжной работе трубок Вильямса-Килберна. Среднее время безотказной работы IBM 701 составляло всего пятнадцать минут.

IBM 701

Память на запоминающих ЭЛТ имела недолгий век, как и множество подобных изобретений в эпоху активной эволюции компьютерной техники. Её довольно быстро и надолго сменила память на магнитных сердечниках. Между тем важнейшим результатом появления детища Вильямса-Килберна стала не сама память, а то, что на базе этой технологии можно изобрести нечто новое.

Заработав в оперативной памяти Вильямса-Килберна, электронно-лучевые трубки доказали свою состоятельность не только в качестве дисплея. В шестидесятые годы прошлого столетия советские инженеры решили применить их в роли сканера, размещённого на мчащемся во весь опор "лунном фотографе", - автоматической межпланетной станции " Луна-3".

Задача, которая возникла перед разработчиками "Луны-3", была далеко не тривиальной. Фотоаппаратура станции делала традиционные снимки на плёнку, а встроенная фотолаборатория обрабатывала эту плёнку. Но как доставить кадры на Землю? Не выстреливать же в безвоздушное пространство контейнер с фотокассетой!

Так родилась идея фототелевизионного передатчика, ключевым компонентом которого была электронно-лучевая трубка. Как и в случае запоминающих трубок Вильямса-Килберна, ЭЛТ в "Луне-3" применялась нестандартно. А именно как источник яркого точечного излучения - так называемого бегущего светового пятна.

Идея преобразования картинки на плёнке в электрические сигналы была проста и элегантна. Фактически она предвосхищала идею современных сканеров. Роль сканирующей поверхности в установке "Луны-3" выполняла электронно-лучевая трубка с повышенной яркостью свечения люминофора. Луч электронов формировал на его поверхности световое пятно, которое двигалось в соответствии с принципом строчной развёртки телеприёмников.

Бегущее по поверхности ЭЛТ световое пятно прочерчивало строку за строкой. При этом его свет фокусировался объективом на отснятый фотокадр. Попав на незасвеченную (прозрачную) поверхность кадра, свет пятна беспрепятственно попадал на фотодетектор. Засвеченные же участки свет не пропускали, что также фиксировалось фотодетектором. Таким образом, фотодетектор строка за строкой формировал электрические сигналы, соответствующие светлым и тёмным участкам кадра. Далее эти сигналы усиливались и передавались на Землю.

Приёмная станция фотоустановки, размещённая на Земле, работала синхронно и синфазно с передатчиком, в обратной последовательности формируя на экране ЭЛТ передаваемое изображение обратной стороны Луны.

Аппаратура фототелевизионного передатчика умела формировать максимальную развёртку кадра из тысячи строк, что позволяло сосканировать более сотни тысяч элементов на фотокадре. На Землю передавались изображения и с небольшим разрешением, поскольку уверенности в том, что огромное число сигналов с тысячестрочных сканов дойдут до земли без искажений, не было.

Вакуумные трубки на "Луне-3" работали не только источником светового пятна. Фотодетектор установки был также реализован на базе электронно-вакуумной трубки и назывался "фотоэлектронный умножитель".

Принцип его работы заключался в многократном усилении фотопотока, проходящего несколько усиливающих каскадов.

Схема многокаскадного фотоумножителя на базе вакуумной трубки

Свет попадал на фотокатод умножителя, выполненный в виде напыленного на колбу прибора активирующего слоя цезия, испускающего электроны под воздействием света. Чтобы электрическое поле возле фотокатода сильно не рассеивалось, на пути света в умножителе устанавливалась редкая проволочная сетка. Электроны, покинув фотокатод, попадали на несколько каскадов эмиттеров. Эмиттеры подключены к потенциометру таким образом, что величина их потенциала в каждом каскаде увеличивалась на одинаковое значение. Форма и материал эмиттеров были подобраны так, что каждый ударяющийся в них электрон выбивал пять новых электронов. Благодаря этому довольно слабый поток электронов из фотокатода, многократно бомбардируя эмиттеры каскадов, существенно усиливался и улавливался анодом умножителя, который и передавал электрический сигнал в усилитель.