El Selectron fue una de las primeras formas de memoria de computadora digital desarrollada por Jan A. Rajchman y su grupo en la Radio Corporation of America (RCA) bajo la dirección de Vladimir K. Zworykin . Era un tubo de vacío que almacenaba datos digitales como cargas electrostáticas utilizando tecnología similar al dispositivo de almacenamiento del tubo Williams . El equipo nunca pudo producir una forma comercialmente viable de Selectron antes de que la memoria de núcleo magnético se volviera casi universal.
El desarrollo de Selectron comenzó en 1946 a instancias de John von Neumann del Instituto de Estudios Avanzados , [1] quien estaba diseñando la máquina IAS y buscaba una nueva forma de memoria de alta velocidad.
El concepto de diseño original de RCA tenía una capacidad de 4096 bits , con una producción prevista de 200 para finales de 1946. Descubrieron que el dispositivo era mucho más difícil de construir de lo esperado y todavía no estaban disponibles a mediados de 1948. El desarrollo se prolongó, la máquina IAS se vio obligada a cambiar a tubos Williams para su almacenamiento y el cliente principal de Selectron desapareció. RCA perdió interés en el diseño y encargó a sus ingenieros mejorar los televisores [2]
Un contrato de la Fuerza Aérea de EE.UU. llevó a un nuevo examen del dispositivo en formato de 256 bits. Rand Corporation aprovechó este proyecto para cambiar su propia máquina IAS, la JOHNNIAC , a esta nueva versión del Selectron, utilizando 80 de ellas para proporcionar 512 palabras de 40 bits de memoria principal. Firmaron un contrato de desarrollo con RCA para producir suficientes tubos para su máquina a un costo proyectado de $500 por tubo ($6332 en 2023). [2]
Por esta época IBM también expresó interés en el Selectron, pero esto no condujo a una producción adicional. Como resultado, RCA asignó a sus ingenieros el desarrollo de la televisión en color y puso el Selectron en manos de "las suegras de dos empleados que lo merecían (el presidente de la junta directiva y el presidente)". [2]
Tanto el Selectron como el tubo Williams fueron reemplazados en el mercado por la memoria de núcleo magnético, compacta y rentable, a principios de la década de 1950. Los desarrolladores de JOHNNIAC habían decidido cambiar al núcleo incluso antes de que se completara la primera versión basada en Selectron. [2]
El tubo Williams fue un ejemplo de una clase general de dispositivos de tubos de rayos catódicos (CRT) conocidos como tubos de almacenamiento .
La función principal de un CRT convencional es mostrar una imagen iluminando fósforo utilizando un haz de electrones disparado desde un cañón de electrones en la parte posterior del tubo. El punto objetivo del haz se dirige alrededor de la parte frontal del tubo mediante el uso de imanes de desviación o placas electrostáticas .
Los tubos de almacenamiento se basaban en CRT, a veces sin modificar. Se basaron en dos principios del fósforo utilizados en los tubos, normalmente indeseables. Una era que cuando los electrones del cañón de electrones del CRT golpeaban el fósforo para encenderlo, algunos de los electrones se "pegaban" al tubo y provocaban que se acumulara una carga eléctrica estática localizada. Esta carga se opuso a cualquier futuro electrón que fluyera hacia esa área desde el arma y provocó diferencias en el brillo. La segunda fue que el fósforo, como muchos materiales, también liberaba nuevos electrones cuando era golpeado por un haz de electrones, un proceso conocido como emisión secundaria . [3]
La emisión secundaria tenía la útil característica de que la tasa de liberación de electrones era significativamente no lineal. Cuando se aplicó un voltaje que cruzó un cierto umbral, la tasa de emisión aumentó dramáticamente. Esto provocó que el punto iluminado se descompusiera rápidamente, lo que también provocó la liberación de electrones atascados. Los sistemas visuales utilizaron este proceso para borrar la visualización, lo que provocó que cualquier patrón almacenado se desvaneciera rápidamente. Para usos informáticos, fue la rápida liberación de la carga atascada lo que permitió su uso para almacenamiento. [4]
En el tubo Williams, el cañón de electrones en la parte posterior de un CRT típico se usa para depositar una serie de pequeños patrones que representan un 1 o un 0 en el fósforo en una cuadrícula que representa direcciones de memoria . Para leer la pantalla, el haz volvió a escanear el tubo, esta vez ajustado a un voltaje muy cercano al del umbral de emisión secundaria. Los patrones se seleccionaron para desviar el tubo ligeramente positivo o negativo. Cuando la electricidad estática almacenada se añadió al voltaje del haz, el voltaje total cruzó el umbral de emisión secundaria o no. Si cruzaba el umbral, se liberaba una ráfaga de electrones a medida que el punto decaía. Esta ráfaga se leyó capacitivamente en una placa de metal colocada justo en frente del lado de la pantalla del tubo. [4]
Había cuatro clases generales de tubos de almacenamiento; el "tipo de redistribución de superficie" representado por el tubo Williams, el sistema de "rejilla de barrera", que RCA comercializó sin éxito como tubo Radechon, el tipo de "potencial de adherencia" que no se utilizó comercialmente, y el concepto de "viga de sujeción", de los cuales el Selectron es un ejemplo específico. [5]
En la implementación más básica, el tubo del haz de retención utiliza tres cañones de electrones; uno para escribir, otro para leer y un tercero "pistola de sujeción" que mantiene el patrón. El funcionamiento general es muy similar al concepto del tubo Williams. La principal diferencia era el arma de retención, que disparaba continuamente y de manera desenfocada, por lo que cubría toda el área de almacenamiento del fósforo. Esto provocó que el fósforo se cargara continuamente a un voltaje seleccionado, algo por debajo del umbral de emisión secundaria. [6]
La escritura se lograba disparando la pistola de escritura a bajo voltaje de manera similar al tubo Williams, agregando más voltaje al fósforo. Por tanto, el patrón de almacenamiento era la ligera diferencia entre dos voltajes almacenados en el tubo, normalmente sólo unas pocas decenas de voltios diferentes. [6] En comparación, el tubo Williams usaba voltajes mucho más altos, produciendo un patrón que solo podía almacenarse durante un corto período antes de que decayera por debajo de la legibilidad.
La lectura se logró escaneando la pistola de lectura a través del área de almacenamiento. Esta pistola estaba configurada a un voltaje que cruzaría el umbral de emisión secundaria para toda la pantalla. Si el área escaneada mantuviera el potencial de pistola de retención, se liberaría una cierta cantidad de electrones; si mantuviera el potencial de pistola de escritura, la cantidad sería mayor. Los electrones se leían en una rejilla de finos cables colocados detrás de la pantalla, lo que hacía que el sistema fuera completamente autónomo. Por el contrario, la placa de lectura del tubo Williams estaba delante del tubo y requería un ajuste mecánico continuo para funcionar correctamente. [6] La parrilla también tenía la ventaja de dividir la pantalla en puntos individuales sin requerir el enfoque estricto del sistema Williams.
El funcionamiento general era el mismo que el del sistema Williams, pero el concepto de retención tenía dos ventajas principales. Una fue que funcionaba con diferencias de voltaje mucho más bajas y, por lo tanto, podía almacenar datos de forma segura durante un período de tiempo más largo. La otra era que los mismos controladores magnéticos de desviación podrían enviarse a varios cañones de electrones para producir un único dispositivo más grande sin aumentar la complejidad de la electrónica.
El Selectron modificó aún más el concepto básico de la pistola de sujeción mediante el uso de ojales metálicos individuales que se utilizaban para almacenar carga adicional de una manera más predecible y duradera.
A diferencia de un CRT donde el cañón de electrones es una fuente puntual única que consta de un filamento y un acelerador con una sola carga, en el Selectron el "cañón" es una placa y el acelerador es una rejilla de cables (tomando prestadas algunas notas de diseño de la barrera-rejilla). tubo). Los circuitos de conmutación permiten aplicar voltajes a los cables para encenderlos o apagarlos. Cuando el arma dispara a través de los ojales, se desenfoca ligeramente. Algunos de los electrones chocan contra el ojal y depositan una carga en él.
El Selectron original de 4096 bits [7] era un tubo de vacío de 10 pulgadas de largo (250 mm) por 3 pulgadas de diámetro (76 mm) configurado como 1024 por 4 bits. Tenía un cátodo calentado indirectamente en el medio, rodeado por dos conjuntos separados de cables, uno radial y otro axial, formando una red cilíndrica y, finalmente, un revestimiento de material de almacenamiento dieléctrico en el interior de cuatro segmentos de un cilindro metálico envolvente. llamadas placas de señales . Los bits se almacenaron como regiones discretas de carga en las superficies lisas de las placas de señal.
Los dos conjuntos de alambres de rejilla ortogonales normalmente estaban "sesgados" ligeramente positivos, de modo que los electrones del cátodo eran acelerados a través de la rejilla para alcanzar el dieléctrico. El flujo continuo de electrones permitió que la carga almacenada se regenerara continuamente mediante la emisión secundaria de electrones. Para seleccionar un bit para leer o escribir, todos menos dos cables adyacentes en cada una de las dos rejillas tenían polarización negativa, lo que permitía que la corriente fluyera hacia el dieléctrico en un solo lugar.
En este sentido, el Selectron funciona en el sentido opuesto al tubo Williams. En el tubo Williams, el haz escanea continuamente en un ciclo de lectura/escritura que también se utiliza para regenerar datos. Por el contrario, el Selectron casi siempre regenera todo el tubo, y solo lo rompe periódicamente para realizar lecturas y escrituras reales. Esto no solo hizo que la operación fuera más rápida debido a la falta de pausas requeridas, sino que también significó que los datos fueran mucho más confiables ya que se actualizaban constantemente.
La escritura se logró seleccionando un bit, como arriba, y luego enviando un pulso de potencial, ya sea positivo o negativo, a la placa de señal. Con una broca seleccionada, los electrones serían atraídos (con un potencial positivo) o expulsados (potencial negativo) del dieléctrico. Cuando se eliminó la polarización de la red, los electrones quedaron atrapados en el dieléctrico como una mancha de electricidad estática.
Para leer desde el dispositivo, se seleccionó una ubicación de bit y se envió un pulso desde el cátodo. Si el dieléctrico de ese bit contuviera una carga, los electrones serían expulsados del dieléctrico y leídos como un breve pulso de corriente en la placa de señal. La ausencia de tal pulso significaba que el dieléctrico no debía haber mantenido carga.
El dispositivo de "producción" [8] de menor capacidad, 256 bits (128 por 2 bits), estaba en una envoltura similar de tubo de vacío. Fue construido con dos conjuntos de almacenamiento de "ojales" discretos sobre una placa rectangular, separados por una fila de ocho cátodos. El número de pines se redujo de 44 para el dispositivo de 4096 bits a 31 pines y dos conectores de salida de señal coaxial. Esta versión incluía fósforos verdes visibles en cada ojal [ cita necesaria ] para que el estado de la broca también pudiera leerse a simple vista.
