Los tubos de almacenamiento son una clase de tubos de rayos catódicos (CRT) que están diseñados para retener una imagen durante un largo período de tiempo, generalmente mientras se suministre energía al tubo.
Un tipo especializado de tubo de almacenamiento, el tubo Williams , se utilizó como sistema de memoria principal en varias de las primeras computadoras , desde fines de la década de 1940 hasta principios de la década de 1950. Fueron reemplazados por otras tecnologías, en particular la memoria central , a partir de la década de 1950.
En una nueva forma, el tubo biestable, los tubos de almacenamiento volvieron a aparecer en los años 1960 y 1970 para su uso en gráficos de computadora , en particular la serie Tektronix 4010. Hoy están obsoletos y sus funciones las proporcionan dispositivos de memoria de bajo costo y pantallas de cristal líquido .
Un CRT convencional consta de un cañón de electrones en la parte posterior del tubo que apunta a una fina capa de fósforo en la parte delantera del tubo. Dependiendo de la función, el haz de electrones emitido por el cañón se dirige alrededor de la pantalla mediante medios magnéticos ( televisión ) o electrostáticos ( osciloscopio ). Cuando los electrones chocan con el fósforo, este se "enciende" en ese lugar durante un tiempo y luego se apaga. El tiempo que permanece el punto es una función de la química del fósforo.
A energías muy bajas, los electrones del cañón chocarán contra el fósforo y no ocurrirá nada. A medida que aumenta la energía, alcanzará un punto crítico, , que activará el fósforo y hará que emita luz. A medida que el voltaje aumenta más allá de V cr1, el brillo del punto aumentará. Esto permite que el CRT muestre imágenes con intensidad variable, como una imagen de televisión.
Por encima de V cr1 se produce otro efecto, la emisión secundaria . Cuando un material aislante es golpeado por electrones que superan una determinada energía crítica, los electrones del interior del material son expulsados del mismo mediante colisiones, lo que aumenta el número de electrones libres. Este efecto se utiliza en multiplicadores de electrones, como los que se encuentran en los sistemas de visión nocturna y dispositivos similares. En el caso de un CRT, este efecto suele ser indeseable; los nuevos electrones suelen volver a la pantalla y hacen que el fósforo circundante se ilumine, lo que se manifiesta como una disminución del foco de la imagen.
La tasa de emisión secundaria también es una función de la energía del haz de electrones, pero sigue una curva de velocidad diferente. A medida que aumenta la energía de los electrones, la tasa aumenta hasta alcanzar un umbral crítico, V cr2, cuando el número de emisiones secundarias es mayor que el número suministrado por el cañón. En este caso, la imagen localizada se desvanece rápidamente ya que la energía que sale de la pantalla a través de los electrones secundarios es mayor que la velocidad que suministra el cañón.
En cualquier CRT, las imágenes se muestran al incidir sobre la pantalla 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, que en un principio puede parecer curioso, es que los electrones se adhieren al fósforo en las zonas iluminadas. A medida que la emisión de luz se desvanece, estos electrones también se liberan de nuevo en el tubo. La carga suele ser demasiado pequeña para tener un efecto visual y, por lo general, se ignoraba en el caso de las pantallas.
Ambos efectos se utilizaron en la construcción de un tubo de almacenamiento. El almacenamiento se lograba golpeando cualquier fósforo de larga duración con electrones con energías apenas superiores a V cr1 y se borraba golpeándolos con electrones superiores a V cr2 . Se utilizaban diversas variedades de diseños mecánicos para mejorar el enfoque o hacer que la imagen se actualizara, ya sea internamente en el tubo o mediante almacenamiento externo.
El ejemplo más fácil de entender son los primeros sistemas de memoria de ordenador, como el tubo Williams . Estos consistían en CRT con pantalla de radar sobrantes de la Segunda Guerra Mundial conectados a un ordenador. Las placas de deflexión X e Y estaban conectadas a amplificadores que convertían las posiciones de memoria en posiciones X e Y en la pantalla.
Para escribir un valor en la memoria, la dirección se amplificaba y se enviaba a las placas de deflexión Y, de modo que el haz se fijara en una línea horizontal en la pantalla. Luego, un generador de base de tiempo configuraba la placa de deflexión X para aumentar los voltajes, lo que hacía que el haz se escaneara a lo largo de la línea seleccionada. En este sentido, es similar a un televisor convencional que escanea una sola línea. El cañón se configuraba con una energía predeterminada cercana a V cr1 , y los bits de la computadora se alimentaban al cañón para modular el voltaje hacia arriba y hacia abajo de modo que los 0 estuvieran por debajo de V cr1 y los 1 por encima. Para cuando el haz llegaba al otro lado de la línea, se dibujaba un patrón de guiones cortos para cada 1, mientras que los 0 eran ubicaciones vacías.
Para leer los valores de nuevo, las placas de deflexión se ajustaron a los mismos valores, pero la energía del cañón se ajustó a un valor superior a V cr2 . A medida que el haz escaneaba la línea, el fósforo se empujaba mucho más allá del umbral de emisión secundaria. Si el haz se ubicaba sobre un área en blanco, se liberaría una cierta cantidad de electrones, pero si estaba sobre un área iluminada, la cantidad se incrementaría por la cantidad de electrones previamente pegados a esa área. En el tubo Williams, estos valores se leían midiendo la capacitancia de una placa de metal justo en frente del lado de la pantalla del tubo. Los electrones que salían de la parte delantera del CRT golpeaban la placa y cambiaban su carga. Como el proceso de lectura también borraba cualquier valor almacenado, la señal tenía que regenerarse a través de un circuito asociado. Un CRT con dos cañones de electrones, uno para leer y otro para escribir, hizo que este proceso fuera trivial.
Los primeros sistemas de gráficos por ordenador , como los del TX-2 y el DEC PDP-1 , requerían de toda la atención del ordenador para su mantenimiento. Periódicamente se leía en la pantalla una lista de puntos [1] almacenados en la memoria principal para refrescarla antes de que la imagen se desvaneciera. Esto ocurría generalmente con la suficiente frecuencia como para que hubiera poco tiempo para hacer otra cosa, y los sistemas interactivos como Spacewar! eran esfuerzos de programación de gran envergadura.
Para su 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 era barato; el terminal gráfico IBM 2250 utilizado con el IBM S/360 costaba 280.000 dólares en 1970. [2]
Un tubo de almacenamiento podría reemplazar la mayor parte o la totalidad del hardware localizado al almacenar los vectores directamente dentro de la pantalla, en lugar de una computadora local asociada. Los comandos que anteriormente hacían que la terminal borrara su memoria y, por lo tanto, limpiara la pantalla, podrían emularse al escanear toda la pantalla a una energía superior a V cr2 . En la mayoría de los sistemas, esto hacía que toda la pantalla "parpadeara" rápidamente antes de borrarse a un estado en blanco. Las dos ventajas principales eran:
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 dado en la pantalla estaba iluminado u oscuro. El tubo de almacenamiento biestable de visión directa de Tektronix fue quizás el mejor ejemplo en esta categoría. Otros tubos de almacenamiento podían almacenar imágenes en escala de grises o en semitonos ; la contrapartida era generalmente un tiempo de almacenamiento muy reducido.
Algunas pantallas de tubos de almacenamiento pioneras fueron El ARDS (Advanced Remote Display Station) del Proyecto MAC del MIT , los terminales de pantalla Computek Serie 400 (un derivado comercial), [4] que utilizaban una unidad de pantalla de almacenamiento tipo 611 de Tektronix, y el terminal 4014 de Tektronix , este último convirtiéndose en un estándar de facto para terminales de computadora algún tiempo después de su introducción (siendo luego emulado por otros sistemas debido a este estado).
El primer sistema generalizado de instrucción asistida por computadora, PLATO I , construido en 1960 en ILLIAC I , utilizaba un tubo de almacenamiento como pantalla gráfica. PLATO II y PLATO III también utilizaban tubos de almacenamiento como pantallas.
La principal ventaja de esta técnica es la compresión gráfica de datos.
Este artículo describe el principio utilizado en la parte de salida gráfica de los terminales de pantalla de la serie 400 de Computek.(Añadido a una reimpresión del artículo distribuido por Computek)
