随机存取存储器的发展史
数据来源: 半导体芯闻
发布时间:2022-11-28

无论你是在Netflix上看电影,还是在玩视频游戏,或者只是在看数码照片,你的电脑都会定期地从内存中获取指令。没有随机存取存储器,今天的计算机甚至无法启动。

多年来,存储器由真空管、装满水银的玻璃管以及最近的半导体组成。

但是第一代计算机根本没有任何可重新编程的内存。据英国曼彻斯特科学与工业博物馆介绍,直到20世纪40年代末,每当一台机器需要改变任务时,它都必须重新编程、重新布线。

第一台能够在读写存储器中存储指令和数据的电子数字计算机是曼彻斯特小型实验机,被称为曼彻斯特“baby”。1948年6月,它凭借记忆成功运行了一个程序。

计算机领域的先驱Frederic C. Williams, Tom Kilburn, and Geoff Tootill 在曼彻斯特大学开发并制造了这台机器和它的存储系统——Williams-Kilburn管(Williams-Kilburn tube)。

曼彻斯特大学科技史讲师詹姆斯·萨姆纳在接受《曼彻斯特晚报》采访时表示:“‘baby’的功能非常有限,但它是电子存储程序计算的第一次真实展示,这种快速灵活的方法如今几乎应用于所有计算机。”

6月21日,在剑桥大学举行的一场仪式上,IEEE将Baby作为IEEE里程碑纪念。

它是如何实现记忆的?

第二次世界大战后,世界各地的研究小组开始研究如何建造能够通过记忆执行多项任务的计算机。英国工程师威廉姆斯(F.C. Williams)就是这样一位研究人员,他是在英国马尔文电信研究所(TRE)工作的雷达先驱。

威廉姆斯在雷达系统和电子研究方面有着令人印象深刻的背景。他帮助开发了“敌我识别”系统,该系统在战争期间使用雷达脉冲来区分盟军的飞机。

由于他的专业知识,1945年,电子通信研究所委托威廉姆斯编辑一系列关于雷达技术的书籍,并为其提供内容。作为他研究的一部分,他前往新泽西州默里山的贝尔实验室,了解正在进行的工作,以消除crt上雷达痕迹中的地面回波。威廉姆斯提出了使用两个crt的想法,并通过在两个crt之间来回传递来存储雷达轨迹。威廉姆斯回到电子通信研究所,开始研究这个想法,他意识到这种方法也可以用来存储数字数据,只需一个CRT。通信研究所的科学官员基尔伯恩加入了威廉姆斯的研究。

“《baby》是电子存储程序计算的第一次真实演示,这种快速灵活的方法如今几乎被用于所有的计算机。”

阴极射线管用电子枪向含磷屏幕发射聚焦电子束。荧光粉在光束照射的地方发光;辉光最终消失,直到被电子束再次击中。为了存储数字数据,威廉姆斯和基尔伯恩使用了一种更强大的电子束。当它撞击屏幕时,它撞击了一些电子,短暂地产生了一个带正电的点,周围环绕着一个负电晕。读取数据的过程包括写入该板上的每个数据点,并解码附近金属板上产生的电流模式——这取决于该金属板上之前是否有数据写入。

根据工程技术历史维基上关于里程碑的一篇文章,结果是电子电荷随着时间的推移而泄漏(就像电视屏幕上的荧光粉褪色一样),使得电子管无法继续存储数据。为了保持电荷,电子束必须反复读取存储在荧光粉上的数据,并重新生成相关的电荷模式。这种刷新也使用在目前的计算机DRAM。

1946年,他们展示了一种可以存储1比特的设备。它现在被称为威廉姆斯-吉尔本管(Williams-Kilburn tube);有时只是威廉姆斯管(Williams tube)。

1946年,威廉姆斯加入曼彻斯特大学,担任电工学系主任。电子通信研究所暂时指派基尔伯恩在那里和他一起工作,两人在大学的计算机实验室继续他们的研究。一年后,威廉姆斯招募了计算机科学家托蒂尔加入团队。1947年,他们成功地使用Williams-Kilburn管存储了2048位。

构建原型

为了测试Williams-Kilburn管的可靠性,1948年,在计算机实验室创始人马克斯·纽曼和计算机科学家艾伦·图灵的指导下,蒂尔伯恩和托蒂尔建造了一台小型实验机器。他们花了6个月的时间,使用了二战时期密码破译机器的剩余部件。“曼彻斯特baby”诞生了。

Baby占据了实验室大楼的整个房间。它长5米,高2米,重近1吨。这台电脑由金属架子、数百个阀门和真空管,以及一块垂直安装的手动开关组成。用户通过开关一点一点地将程序输入内存,然后直接从Williams-Kilburn管的表面读取输出。

1948年6月21日,Baby开始了它的第一个节目。基尔伯恩编写这个程序是为了找出一个整数的最大因数,它由17条指令组成。机器在53分钟内计算了350万次才得到正确答案。

到1953年,世界各地的17个计算机设计先锋团队采用了Williams-KilburnRAM技术。

里程碑项目由IEEE历史中心管理,并得到捐助者的支持,表彰世界各地杰出的技术发展。IEEE曼彻斯特分部赞助了《Baby》的提名。Baby里程碑牌将在曼彻斯特大学库普兰1号大楼外展出,上面写着:

1948年6月21日,在这个地方,“baby”成为第一台执行存储在可寻址读写电子存储器中的程序的计算机。“baby”验证了后来被广泛使用的威廉-基尔伯恩管随机存取存储器,并导致了1949年曼彻斯特马克1号的诞生,它开创了索引寄存器。1951年2月,Ferranti公司的商业衍生产品成为了第一台作为标准产品交付给客户的电子计算机。

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