Запоминающие трубки — это класс электронно-лучевых трубок (ЭЛТ), которые предназначены для сохранения изображения в течение длительного периода времени, как правило, пока на трубку подается питание.
Специализированный тип запоминающей трубки, трубка Уильямса , использовалась в качестве основной системы памяти на ряде ранних компьютеров с конца 1940-х до начала 1950-х годов. Они были заменены другими технологиями, в частности, оперативной памятью , начиная с 1950-х годов.
В новой форме, бистабильной трубки, запоминающие трубки вернулись в 1960-х и 1970-х годах для использования в компьютерной графике , прежде всего в серии Tektronix 4010. Сегодня они устарели, их функции выполняют недорогие устройства памяти и жидкокристаллические дисплеи .
Обычная ЭЛТ состоит из электронной пушки в задней части трубки, которая направлена на тонкий слой фосфора в передней части трубки. В зависимости от роли, пучок электронов , испускаемый пушкой, направляется вокруг дисплея с помощью магнитных ( телевизор ) или электростатических ( осциллограф ) средств. Когда электроны ударяются о фосфор, фосфор «загорается» в этом месте на некоторое время, а затем гаснет. Продолжительность времени, в течение которого пятно остается, является функцией химии фосфора.
При очень низких энергиях электроны из пушки ударят по фосфору, и ничего не произойдет. По мере увеличения энергии она достигнет критической точки, которая активирует фосфор и заставит его испускать свет. По мере увеличения напряжения сверх V cr1 яркость пятна будет увеличиваться. Это позволяет ЭЛТ отображать изображения с различной интенсивностью, как телевизионное изображение.
Выше V cr1 также начинается другой эффект — вторичная эмиссия . Когда любой изолирующий материал подвергается удару электронов свыше определенной критической энергии, электроны внутри материала выталкиваются из него посредством столкновений, увеличивая количество свободных электронов. Этот эффект используется в электронных умножителях , которые используются в системах ночного видения и подобных устройствах. В случае ЭЛТ этот эффект, как правило, нежелателен; новые электроны обычно падают обратно на дисплей и вызывают загорание окружающего люминофора, что выглядит как понижение фокуса изображения.
Скорость вторичной эмиссии также является функцией энергии электронного пучка, но следует другой кривой скорости. По мере увеличения энергии электронов скорость увеличивается до тех пор, пока не достигнет критического порога V cr2 , когда количество вторичных эмиссий больше, чем количество, поставляемое пушкой. В этом случае локализованное изображение быстро исчезает, поскольку энергия, покидающая дисплей через вторичные электроны, больше, чем скорость, поставляемая пушкой.
В любой ЭЛТ изображения отображаются путем попадания на экран электронов с энергией между этими двумя значениями V cr1 и V cr2 . Ниже V cr1 изображение не формируется, а выше V cr2 любое изображение быстро исчезает.
Другой побочный эффект, изначально любопытный, заключается в том, что электроны будут прилипать к фосфору в освещенных областях. По мере того, как световое излучение затухает, эти электроны также высвобождаются обратно в трубку. Заряд, как правило, слишком мал, чтобы иметь визуальный эффект, и в случае дисплеев его обычно игнорировали.
Оба эти эффекта использовались при создании трубки для хранения. Хранение осуществлялось путем удара по любому достаточно долгоживущему фосфору электронами с энергией чуть выше V cr1 , а стирание осуществлялось путем удара по ним электронами выше V cr2 . Существовало множество разновидностей механических схем, используемых для улучшения фокусировки или обновления изображения либо внутри трубки, либо через внешнее хранилище.
Самый простой для понимания пример — ранние системы компьютерной памяти, представленные трубкой Уильямса . Они состояли из излишков радарных дисплеев времен Второй мировой войны, подключенных к компьютеру. Отклоняющие пластины X и Y были подключены к усилителям, которые преобразовывали ячейки памяти в позиции X и Y на экране.
Чтобы записать значение в память, адрес усиливался и отправлялся на отклоняющие пластины Y, так что луч фиксировался на горизонтальной линии на экране. Затем генератор временной развертки устанавливал отклоняющую пластину X на увеличивающееся напряжение, заставляя луч сканироваться по выбранной линии. В этом отношении это похоже на обычное телевидение, сканирующее одну линию. Пушка была установлена на энергию по умолчанию, близкую к V cr1 , и биты с компьютера подавались на пушку для модуляции напряжения вверх и вниз таким образом, чтобы 0 были ниже V cr1 , а 1 выше. К тому времени, как луч достигал другой стороны линии, для каждой 1 был нарисован рисунок из коротких черточек, в то время как 0 были пустыми позициями.
Чтобы считать значения обратно, отклоняющие пластины были установлены на те же значения, но энергия пушки была установлена на значение выше V cr2 . Когда луч сканировал строку, фосфор был выведен далеко за пределы порога вторичной эмиссии. Если луч находился над пустой областью, определенное количество электронов высвобождалось, но если он находился над освещенной областью, число увеличивалось на количество электронов, ранее прилипших к этой области. В трубке Уильямса эти значения считывались путем измерения емкости металлической пластины прямо перед дисплейной стороной трубки. Электроны, покидающие переднюю часть ЭЛТ, попадали на пластину и меняли ее заряд. Поскольку процесс считывания также стирал все сохраненные значения, сигнал приходилось восстанавливать с помощью связанной схемы. ЭЛТ с двумя электронными пушками, одной для чтения и одной для записи, делала этот процесс тривиальным.
Самые ранние графические компьютерные системы, такие как TX-2 и DEC PDP-1 , требовали полного внимания компьютера для поддержания. Список точек [1], хранящихся в основной памяти , периодически считывался на дисплей, чтобы обновить его, прежде чем изображение померкнет. Обычно это происходило достаточно часто, так что времени на что-то еще оставалось мало, и интерактивные системы, такие как Spacewar!, были выдающимися программными усилиями.
Для практического использования были разработаны графические дисплеи, которые содержали собственную память и связанный с ними очень простой компьютер, который снимал задачу обновления с мэйнфрейма . Это было недешево; графический терминал IBM 2250, используемый с IBM S/360, стоил 280 000 долларов в 1970 году. [2]
Трубка хранения могла бы заменить большую часть или все локализованное оборудование, сохраняя векторы непосредственно на дисплее, а не на связанном локальном компьютере. Команды, которые ранее заставляли терминал стирать свою память и таким образом очищать дисплей, могли бы эмулироваться сканированием всего экрана с энергией выше V cr2 . В большинстве систем это заставляло весь экран быстро «мигать» перед очисткой до пустого состояния. Двумя основными преимуществами были:
В целом, трубки памяти можно разделить на две категории. В более общей категории они были способны хранить только « бинарные » изображения; любая заданная точка на экране была либо освещена, либо темна. Tektronix Direct-View Bistable Storage Tube был, пожалуй, лучшим примером в этой категории. Другие трубки памяти могли хранить изображения в оттенках серого / полутоновые ; компромиссом обычно было значительное сокращение времени хранения.
Некоторые пионерские дисплеи с трубчатыми накопителями были ARDS (Advanced Remote Display Station) проекта MAC Массачусетского технологического института , дисплейные терминалы серии Computek 400 (коммерческая производная) [4] , которые оба использовали запоминающее устройство отображения типа Tektronix 611, и терминал Tektronix 4014 , последний стал фактическим стандартом компьютерных терминалов через некоторое время после своего появления (позже его эмулировали другие системы из-за этого статуса).
Первая обобщенная система обучения с помощью компьютера, PLATO I , около 1960 г. на ILLIAC I , использовала трубку памяти в качестве дисплея компьютерной графики. PLATO II и PLATO III также использовали трубки памяти в качестве дисплеев.
Главное преимущество этого метода — графическое сжатие данных.
В этой статье описывается принцип, используемый в графической части вывода дисплейных терминалов Computek серии 400.(добавлено к перепечатке статьи, распространенной Computek)
