Tubo de almacenamiento - Storage tube

El Tektronix 4014 usa un tubo de almacenamiento para su pantalla.

Los tubos de almacenamiento son una clase de tubos de rayos catódicos (CRT) que están diseñados para retener una imagen durante un período de tiempo prolongado, generalmente siempre que se suministre energía al tubo.

Un tipo especializado de tubo de almacenamiento, el tubo de Williams , se usó como sistema de memoria principal en varias de las primeras computadoras , desde finales de la década de 1940 hasta principios de la de 1950. Fueron reemplazados por otras tecnologías, en particular la memoria central , a partir de la década de 1950.

Los tubos de almacenamiento regresaron en las décadas de 1960 y 1970 para su uso en gráficos por computadora , sobre todo en la serie Tektronix 4010 . Hoy en día son obsoletos, sus funciones provistas por dispositivos de memoria de bajo costo y pantallas de cristal líquido .

Operación

Fondo

Un CRT convencional consiste en un cañón de electrones en la parte posterior del tubo que apunta a una fina capa de fósforo en la parte frontal del tubo. Dependiendo de la función, el haz de electrones emitido por la pistola se dirige alrededor de la pantalla utilizando medios magnéticos ( televisión ) o electrostáticos ( osciloscopio ). Cuando los electrones chocan contra el fósforo, el fósforo "se enciende" en ese lugar durante un tiempo y luego se desvanece. El tiempo que permanece la mancha depende de la química del fósforo.

A energías muy bajas, los electrones de la pistola golpearán el fósforo y no sucederá nada. A medida que aumenta la energía, llegará a un punto crítico , que activará el fósforo y hará que emita luz. A medida que el voltaje aumenta más allá de V cr1, aumentará el brillo del punto. Esto permite que el CRT muestre imágenes con intensidad variable, como una imagen de televisión.

Por encima de V cr1 también comienza otro efecto, la emisión secundaria . Cuando cualquier material aislante es golpeado por electrones sobre una determinada energía crítica, los electrones dentro del material son expulsados ​​a través de colisiones, aumentando el número de electrones libres. Este efecto se utiliza en multiplicadores de electrones que se encuentran en los sistemas de visión nocturna y dispositivos similares. En el caso de un TRC, este efecto es generalmente indeseable; los nuevos electrones generalmente vuelven a la pantalla y hacen que el fósforo circundante se ilumine, lo que aparece como una disminución del enfoque de la imagen.

La tasa de emisión secundaria también es función de la energía del haz de electrones, pero sigue una curva de tasa diferente. A medida que aumenta la energía del electrón, la tasa aumenta hasta que alcanza un umbral crítico, V cr2 cuando el número de emisiones secundarias es mayor que el número suministrado por la pistola. En este caso, la imagen localizada se desvanece rápidamente a medida que los electrones secundarios eliminan la energía.

En cualquier CRT, las imágenes se muestran golpeando la pantalla con energías de electrones entre estos dos valores, V cr1 y V cr2 . Por debajo de V cr1 no se forma ninguna imagen y por encima de V cr2 cualquier imagen se desvanece rápidamente.

Otro efecto secundario, inicialmente una curiosidad, es que los electrones se adhieren al fósforo en las áreas iluminadas. A medida que la emisión de luz se desvanece, estos electrones también se liberan nuevamente en el tubo. La carga es generalmente demasiado pequeña para tener un efecto visual y generalmente se ignora en el caso de las pantallas.

Almacenamiento

Ambos efectos se utilizaron en la construcción de un tubo de almacenamiento. El almacenamiento se logró golpeando cualquier fósforo de larga duración con electrones con energías justo por encima de V cr1 , y se borró golpeándolos con electrones por encima de V cr2 . Se utilizaron varias variedades de diseños mecánicos para mejorar el enfoque o hacer que la imagen se actualizara internamente en el tubo o mediante el almacenamiento externo.

El ejemplo más fácil de entender son los primeros sistemas de memoria informática tipificados por el tubo de Williams . Estos consistían en CRT de pantalla de radar excedentes de la Segunda Guerra Mundial conectados a una computadora. Las placas de deflexión X e Y se conectaron a amplificadores que convertían ubicaciones de memoria en posiciones X e Y en la pantalla, en la mayoría de los casos, las posiciones a lo largo del eje X representaban bits individuales dentro de una palabra, mientras que las ubicaciones Y eran palabras diferentes.

Para escribir un valor en la memoria, la dirección se amplificó y se envió a las placas de deflexión en Y, de modo que el rayo se fijaría a una línea horizontal en la pantalla. Luego, un temporizador establece la placa de deflexión X en voltajes crecientes, lo que hace que el haz se escanee a través de la línea seleccionada. La pistola se configuró a una energía predeterminada cercana a V cr1 , y los bits de la computadora se alimentaron a la pistola para modular el voltaje hacia arriba y hacia abajo de manera que los ceros estuvieran por debajo de V cr1 y los 1 por encima de él. Cuando el rayo alcanzó el otro lado de la línea, se trazó un patrón de guiones cortos para cada 1, mientras que los 0 eran ubicaciones vacías.

Para volver a leer los valores, las placas de deflexión se establecieron en los mismos valores, pero la energía de la pistola se estableció en un valor superior a V cr2 . Cuando el rayo escaneó la línea, el fósforo fue empujado mucho más allá del umbral de emisión secundaria. Si el rayo estuviera ubicado sobre un área en blanco, se liberaría una cierta cantidad de electrones, pero si estuviera sobre un área iluminada, el número aumentaría por el número de electrones adheridos a esa área. En el tubo de Williams, estos valores se leyeron midiendo la capacitancia de una placa de metal justo en frente del lado de la pantalla del tubo. Como el proceso de lectura también borró los valores almacenados, la señal tuvo que regenerarse a través de los circuitos asociados. Un CRT con dos cañones de electrones, uno para leer y otro para escribir, hizo que este proceso fuera trivial.

Sistemas de imágenes

Los primeros sistemas de gráficos por computadora , como los del TX-2 y el DEC PDP-1 , requerían toda la atención de la computadora para su mantenimiento. Una lista de vectores almacenados en la memoria principal se leía periódicamente en la pantalla para actualizarla antes de que la imagen se desvaneciera. En general, esto ocurrió con la frecuencia suficiente para que hubiera poco tiempo para hacer otra cosa, ¡y sistemas interactivos como Spacewar! fueron esfuerzos de programación tour de force.

Para un uso práctico, se desarrollaron pantallas gráficas que contenían su propia memoria y una computadora asociada muy simple que descargaba la tarea de actualización del mainframe . Esto no fue barato; el terminal gráfico IBM 2250 utilizado con el IBM S / 360 costaba 280.000 dólares en 1970.

Un tubo de almacenamiento podría reemplazar la mayor parte o la totalidad del hardware localizado almacenando los vectores directamente dentro de la pantalla, en lugar de una computadora local asociada. Los comandos que anteriormente hacían que el terminal borrara su memoria y, por lo tanto, limpiara la pantalla, podían emularse escaneando toda la pantalla a una energía superior a V cr2 . En la mayoría de los sistemas, esto provocaba que toda la pantalla "parpadeara" rápidamente antes de quedar en blanco. Las dos principales ventajas fueron:

  • Necesidades de ancho de banda muy bajas en comparación con las pantallas de gráficos vectoriales , lo que permite distancias de cable mucho más largas entre la computadora y el terminal
  • No se necesita RAM local de pantalla (como en los terminales modernos), que era prohibitivamente costosa en ese momento.

En términos generales, los tubos de almacenamiento se pueden dividir en dos categorías. En la categoría más común, solo eran capaces de almacenar imágenes " binarias "; cualquier punto de la pantalla estaba iluminado u oscuro. El tubo de almacenamiento biestable de visualización directa de Tektronix fue quizás el mejor ejemplo en esta categoría. Otros tubos de almacenamiento pudieron almacenar imágenes en escala de grises / medios tonos ; la compensación era generalmente un tiempo de almacenamiento muy reducido.

Algunas pantallas de tubo de almacenamiento pioneras fueron ARDS (Advanced Remote Display Station) de MIT Project MAC , los terminales de pantalla Computek 400 Series (un derivado comercial), que usaban una unidad de pantalla de almacenamiento Tektronix tipo 611, y el terminal 4014 de Tektronix , este último se convirtió en un estándar de terminal de computadora de facto algún tiempo después de su introducción (más tarde será emulado por otros sistemas debido a este estado).

El primer sistema de instrucción asistido por computadora generalizado, PLATO I , c. 1960 en ILLIAC I , usó un tubo de almacenamiento como pantalla de gráficos por computadora. PLATO II y PLATO III también utilizaron tubos de almacenamiento como pantallas.

Ver también

Notas