Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
ЭЛТ, предназначенные для использования в качестве компьютерной памяти.
CRTs designed for use as computer memory
Трубки хранения – это класс катодных лучевых трубок (ЭЛТ), разработанных для удержания изображения в течение длительного времени, как правило, пока к трубке подается питание. Специализированный тип трубки хранения, трубка Уильямса, использовалась в качестве основной системы памяти в ряде ранних компьютеров с конца 1940-х по начало 1950-х годов. Они были заменены другими технологиями, в частности, ферритовой памятью, начиная с 1950-х годов. В новой форме, бистабильной трубке, трубки хранения вновь стали использоваться в 1960-х и 1970-х годах в компьютерной графике, особенно в серии Tektronix 4010. Сегодня они устарели, а их функции выполняются недорогими устройствами памяти и жидкокристаллическими дисплеями.
Storage tubes are a class of cathode ray tubes (CRTs) that are designed to hold an image for a long period of time, typically as long as power is supplied to the tube. A specialized type of storage tube, the Williams tube, was used as a main memory system on a number of early computers, from the late 1940s into the early 1950s. They were replaced with other technologies, notably core memory, starting in the 1950s. In a new form, the bistable tube, storage tubes made a comeback in the 1960s and 1970s for use in computer graphics, most notably the Tektronix 4010 series. Today they are obsolete, their functions provided by low cost memory devices and liquid crystal displays.
Предыстория
Обычная ЭЛТ состоит из электронного пушки на задней части трубки, направленной на тонкий слой люминофора на передней части трубки. В зависимости от назначения, пучок электронов, испускаемый пушкой, отклоняется по экрану с помощью магнитных (телевизионных) или электростатических (осциллографических) средств. Когда электроны попадают на люминофор, он "загорается" в этой точке на некоторое время, а затем гаснет. Продолжительность свечения пятна зависит от химического состава люминофора. При очень низких энергиях электроны из пушки попадают на люминофор, но ничего не происходит. С увеличением энергии она достигает критической точки, которая активирует люминофор и вызывает излучение света. При увеличении напряжения выше Vcr1 яркость пятна возрастает. Это позволяет ЭЛТ отображать изображения с различной интенсивностью, как, например, телевизионное изображение. Выше Vcr1 начинает проявляться другой эффект – вторичная эмиссия. Когда любой изолирующий материал подвергается воздействию электронов с определенной критической энергией, электроны внутри материала выбиваются из него в результате столкновений, увеличивая количество свободных электронов. Этот эффект используется в электронных умножителях, применяемых в системах ночного видения и подобных устройствах. В случае ЭЛТ этот эффект обычно нежелателен: высвобожденные электроны, как правило, возвращаются на экран и заставляют светиться окружающий люминофор, что воспринимается как потеря четкости изображения. Скорость вторичной эмиссии также является функцией энергии электронного пучка, но подчиняется другой зависимости. С увеличением энергии электрона скорость вторичной эмиссии возрастает до достижения критического порога Vcr2, при котором количество вторичных электронов превышает количество, подаваемое пушкой. В этом случае локализованное изображение быстро исчезает, поскольку энергия, покидающая экран через вторичные электроны, превышает скорость ее поступления от пушки. В любой ЭЛТ изображения отображаются путем бомбардировки экрана электронами с энергиями между этими двумя значениями, Vcr1 и Vcr2. Ниже Vcr1 изображение не формируется, а выше Vcr2 любое изображение быстро гаснет. Еще один побочный эффект, изначально представлявший интерес, заключается в том, что электроны прилипают к люминофору в освещенных областях. По мере затухания свечения эти электроны также возвращаются обратно в трубку. Заряд обычно слишком мал, чтобы оказать визуальное воздействие, и в большинстве случаев игнорируется в дисплеях.
A conventional CRT consists of an electron gun at the back of the tube that is aimed at a thin layer of phosphor at the front of the tube. Depending on the role, the beam of electrons emitted by the gun is steered around the display using magnetic (television) or electrostatic (oscilloscope) means. When the electrons strike the phosphor, the phosphor "lights up" at that location for a time, and then fades away. The length of time the spot remains is a function of the phosphor chemistry. At very low energies, electrons from the gun will strike the phosphor and nothing will happen. As the energy is increased, it will reach a critical point, , that will activate the phosphor and cause it to give off light. As the voltage increases beyond Vcr1 the brightness of the spot will increase. This allows the CRT to display images with varying intensity, like a television image. Above Vcr1 another effect also starts, secondary emission. When any insulating material is struck by electrons over a certain critical energy, electrons within the material are forced out of it through collisions, increasing the number of free electrons. This effect is used in electron multipliers as found in night vision systems and similar devices. In the case of a CRT this effect is generally undesirable; the new electrons generally fall back to the display and cause the surrounding phosphor to light up, which appears as a lowering of the focus of the image. The rate of secondary emission is also a function of the electron beam energy, but follows a different rate curve. As the electron energy is increased, the rate increases until it reaches a critical threshold, Vcr2 when the number of secondary emissions is greater than the number supplied by the gun. In this case the localized image rapidly fades as energy leaving the display through secondary electrons is greater than the rate it is being supplied by the gun. In any CRT, images are displayed by striking the screen with electron energies between these two values, Vcr1 and Vcr2. Below Vcr1 no image is formed, and above Vcr2 any image rapidly fades. Another side effect, initially a curiosity, is that electrons will stick to the phosphor in lit up areas. As the light emission fades, these electrons are likewise released back into the tube. The charge is generally far too small to have a visual effect, and was generally ignored in the case of displays.
Хранение
Эти два эффекта использовались при создании трубки хранения. Хранение достигалось путем бомбардировки любого достаточно долговечного фосфора электронами с энергией, лишь немного превышающей Vcr1, а стирание – электронами с энергией выше Vcr2. Существовало множество различных механических конструкций, использовавшихся для улучшения фокусировки или для обновления изображения либо внутри трубки, либо с помощью внешней памяти. Наиболее понятным примером являются ранние системы компьютерной памяти, представленные трубкой Уильямса. Они состояли из избыточных радаровских индикаторов времен Второй мировой войны, подключенных к компьютеру. Пластины отклонения по X и Y были подключены к усилителям, преобразующим адреса памяти в координаты X и Y на экране. Для записи значения в память адрес усиливался и подавался на пластины отклонения по Y, так что луч фиксировался на горизонтальной линии на экране. Затем генератор развертки устанавливал напряжение на пластине отклонения по X, увеличивая его, что заставляло луч сканировать выбранную линию. В этом отношении это аналогично развертке одной строки на обычном телевизоре. Электронная пушка была настроена на энергию по умолчанию, близкую к Vcr1, а биты данных от компьютера подавались на пушку для модуляции напряжения вверх и вниз: 0 соответствовали значениям ниже Vcr1, а 1 – выше. К моменту, когда луч достигал другого конца линии, для каждой единицы вырисовывался ряд коротких штрихов, а нули представляли собой пустые области. Для считывания значений пластины отклонения устанавливались на те же значения, но энергия пушки – на значение выше Vcr2. При сканировании луча по линии фосфор выводился далеко за порог вторичной эмиссии. Если луч находился над пустой областью, высвобождалось определенное количество электронов, но если над освещенной областью – их количество увеличивалось на число электронов, ранее задержанных в этой области. В трубке Уильямса эти значения считывались путем измерения емкости металлической пластины, расположенной непосредственно перед лицевой стороной трубки. Электроны, покидающие переднюю часть ЭЛТ, попадали на пластину и изменяли ее заряд. Поскольку процесс считывания также стирал сохраненные значения, сигнал необходимо было регенерировать с помощью сопутствующей схемы. Использование ЭЛТ с двумя электронными пушками – одной для чтения и другой для записи – значительно упрощало этот процесс.
These two effects were both utilized in the construction of a storage tube. Storage was accomplished by striking any suitably long lived phosphor with electrons with energies just above Vcr1, and erased by striking them with electrons above Vcr2. There were any number of varieties of mechanical layouts used to improve focus or cause the image to be refreshed either internally to the tube or through off board storage. The easiest example to understand are the early computer memory systems as typified by the Williams tube. These consisted of World War II surplus radar display CRTs connected to a computer. The X and Y deflection plates were connected to amplifiers that converted memory locations into X and Y positions on the screen. To write a value to memory, the address was amplified and sent to the Y deflection plates, such that the beam would be fixed to a horizontal line on the screen. A time base generator then set the X deflection plate to increasing voltages, causing the beam to be scanned across the selected line. In this respect, it is similar to a conventional television scanning a single line. The gun was set to a default energy close to Vcr1, and the bits from the computer fed to the gun to modulate the voltage up and down such that 0's would be below Vcr1 and 1's above it. By the time the beam reached the other side of the line, a pattern of short dashes was drawn for each 1, while 0's were empty locations. To read the values back out, the deflections plates were set to the same values, but the gun energy set to a value above Vcr2. As the beam scanned the line, the phosphor was pushed well beyond the secondary emission threshold. If the beam was located over a blank area, a certain number of electrons would be released, but if it was over a lit area, the number would be increased by the number of electrons previously stuck to that area. In the Williams tube, these values were read by measuring the capacitance of a metal plate just in front of the display side of the tube. Electrons leaving the front of the CRT hit the plate and changed its charge. As the reading process also erased any stored values, the signal had to be regenerated through associated circuitry. A CRT with two electron guns, one for reading and one for writing, made this process trivial.