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看得见的存储

以ENIAC的发明为标志,人类正式进入电子计算机时代。但是ENIAC依然不是现代意义上的电子计算机,它并不能存储程序。冯·诺依曼提出的架构的确可 行,但是第一台真正应用了可存储程序思路的电子计算机,则是英国在1948年开发的“小规模实验机”,它的昵称更广为人知:Baby计算机。这台机器的开 发者是弗雷德里克·克兰·威廉姆斯和他的助手汤玛斯·基尔伯恩,他们也是历史上第一种随机访问存储器的发明者;这种存储装置,用的是人们早已熟悉的显示装 置:阴极射线管(CRT)。

1896年,德国物理学家卡尔·斐迪南·布劳恩发明了阴极射线管。它用电子撞击涂了荧光粉的显示屏内表面,以电磁场控制电子偏转的幅度,能够显示出图像。 人们很快意识到了这种设备的用途,并且很早就应用在雷达中。但是使用阴极射线管做为存储装置,却只是在二战之后才成为现实。

威廉姆斯在28岁那年获得了博士学位,并且开始投身于电信研究的工作。随着二战爆发,他的研究方向开始转向军用通讯领域,并且成了这一领域的名人。 1945年,威廉姆斯受邀访问了麻省理工学院和宾夕法尼亚大学的莫尔学院,就是在美国,他萌生了使用CRT来存储数据的设想。和水银延迟线一样,这种存储 器最初的设想,也是为了让雷达能够更好地分辨移动和非移动物体。和水银延迟线相比,它的速度要快得多。

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回到英国之后,他马上开始投入到CRT存储的研究。他尝试用阴极射线管存储模拟数据和数字数据;前者用于雷达,后者则可能会用于电子计算机——实际上,不久之后,这两种方式都被开发出来了。

从原理上看,阴极射线管存储也算不上十分复杂。电子撞击在荧光屏上,导致撞击部位的电荷改变;感知这些电荷的数量,就可以读出当前位置存储的是1还是0。但是如何感知这些电荷,是个工程难题。

这时候,一个26岁的小伙子解决了这个问题;他叫汤玛斯·基尔伯恩,后来成为了英国最著名的计算机科学家之一,也是一位计算机先驱奖获得者。

二维存储

汤玛斯·基尔伯恩比威廉姆斯小十岁,在威廉姆斯获得博士学位那一年,汤玛斯刚刚被剑桥大学的西德尼学院录取。他的父亲是一位靠自己的艰苦努力而白手起家的 典范,这种勤奋的精神显然也影响了汤玛斯。在剑桥的时候,他参加了一个飞行员培训班,但是因为视力不达标而未能入伍,被转送到另一个学习电磁和电子学的培 训班,继而被分配到英国电信研究院,在威廉姆斯的手下工作。

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(1998)

两人配合得很好。战后,威廉姆斯在曼彻斯特大学担任电子技术实验室主任,汤玛斯也依然和他一起工作。他很快设计出了CRT存储器,在一个CRT上,能够存 储2048位。在这种存储器工作的时候,屏幕上会出现方方正正的绿色点阵,其中有一些更亮,它们意味着“1”;而另外那些暗淡的,则表示“0”。

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这种装置被命名为“威廉姆斯-基尔伯恩管”,往往简称成威廉姆斯管。和后来的所有内存一样,威廉姆斯管需要不间断的电源供应,不过它有两个特征让它超越了同时代的其它存储设备:这种存储器的速度是当时最快的;它也是世界上第一种随机访问存储器。

说起来,之前的种种存储装置,都只能算是顺序访问存储器。人们无法直接跳到磁带上的某个存储点,磁鼓旋转一周的速度也决定了访问数据需要的时间。而威廉姆斯管则不然;当读取或者写入时,所需要的时间与这段信息所在的位置无关。

以威廉姆斯管为主题,汤玛斯完成了他的博士论文,并且开始尝试将威廉姆斯管应用在计算机上。1951年,马克一型研制成功,它的原型机就是为了测试威廉姆 斯管的可用性。同年,美国普林斯顿大高等研究院的计算机也完成,同样使用了威廉姆斯管。第二年,在IBM首台全电子商用计算机701上,也使用威廉姆斯管 来作为内存。在二十世纪五十年代那个计算机萌芽时期,威廉姆斯管成为了许多计算机不可或缺的元件。

但是威廉姆斯管的辉煌并没有持续很久。在大洋彼岸的美国,一个留学生设计出一种宛如精细手工的存储装置,并且很快风靡一时,甚至促进了计算机病毒的诞生。磁芯来了。

本系列前文可见《记忆传承,信息永生》系列

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18 Responses to “记忆传承,信息永生(十)”

  1. laoma说道:

    CRT可以写,如何读呢?用CCD?

  2. tobenash说道:

    这些人名既不好记又不好找,后面能附个英文原名就好了

  3. BruceGavin说道:

    同求,怎么读?

  4. mailwjl说道:

    呵呵,终于进入了电子计算机时代

  5. 抱鱼睡的猫说道:

    CRT~~记录信息
    ~天啊。。。。喵的。。。又学知识了。。

  6. 鬼戍说道:

    前面是否还有九篇,列出地址就好了

  7. 邓应山说道:

    期待下一篇

  8. KSCN说道:

    磁芯
    想起来萨苏萨大的文章了……
    据说穿那个很费劲……

  9. 麦源升说道:

    受教了!
    冯·诺依曼提出的架构的确可 行,但是第一台真正应用了可存储程序思路的电子计算机,则是英国在1948年开发的“小规模实验机”,它的昵称更广为人知:Baby计算机。

  10. 红泥小火炉说道:

    期待下一篇

    好像现在电脑报上连载的?

    我单位有帮我订阅,不过最多1/10到我手上

    • 猛犸说道:

      是的,是个为《电脑报》写的连载。不过电脑报有字数限制,而我又总是写超……这里算是原版吧,电脑报的算是删节版。

  11. ninesunsz说道:

    请问http://blog.ednchina.com/avan/9902/message.aspx这个博客的博主也是猛犸吗?此人的博客和猛犸的这个系列某些图片和内容有些类似,如果不是一个人不知道是殊途同归还是抄袭了

    • 猛犸说道:

      谢谢。

      不是,“探长日记”不是我写的……说实话,在看到这个评论之前,我还真不知道探长就RAM的话题写过这么长的连载。写得很好,技术讲解很清晰明了。

      我的这个系列主要是从人的角度出发,技术是点缀;探长的那个系列是从技术出发,人是个点缀。这大概是最大的不同吧。

      至于图片,估计探长和我一样,都是在网络上找到的图片。这些设备已经有些历史了,质量过得去的照片也不多,选中了同样的照片也不奇怪……

      说起来,下次谈到磁芯,会用到王安的照片,还是会和探长那篇文章里的照片一样的……

  12. will说道:

    关于那个松鼠的论坛,因为是基于wordpress的,在论坛网站之后再加上/wp-admin 就到了登录后台的窗口,虽然这个有点小事,但是个人觉得改一下。

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