El Selectron fue una forma temprana 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 una tecnología similar al dispositivo de almacenamiento de 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 en medio del diseño de 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 planificada de 200 para fines de 1946. Descubrieron que el dispositivo era mucho más difícil de construir de lo esperado, y todavía no estaban disponibles a mediados de 1948. A medida que el desarrollo se prolongó, la máquina IAS se vio obligada a cambiar a válvulas Williams para el almacenamiento, y el cliente principal de Selectron desapareció. RCA perdió interés en el diseño y asignó a sus ingenieros la tarea de mejorar los televisores [2]
Un contrato de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos condujo a una reevaluación del dispositivo en una forma 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]
En esa época, IBM también manifestó su interés por el Selectron, pero esto no condujo a una mayor producción. Como resultado, RCA asignó a sus ingenieros el desarrollo de televisores en color y puso el Selectron en manos de "las suegras de dos empleados meritorios (el presidente del directorio y el presidente)". [2]
Tanto el Selectron como el tubo Williams fueron reemplazados en el mercado por la memoria de núcleo magnético, compacta y económica, a principios de la década de 1950. Los desarrolladores de JOHNNIAC habían decidido cambiar al núcleo incluso antes de que se hubiera completado la primera versión basada en Selectron. [2]
El tubo Williams fue un ejemplo de una clase general de dispositivos de tubo de rayos catódicos (CRT) conocidos como tubos de almacenamiento .
La función principal de un CRT convencional es mostrar una imagen mediante la iluminación de un fósforo con un haz de electrones que se dispara desde un cañón de electrones ubicado en la parte posterior del tubo. El punto de destino del haz se dirige hacia la parte frontal del tubo mediante el uso de imanes deflectores o placas electrostáticas .
Los tubos de almacenamiento se basaban en los CRT, a veces sin modificar. Se basaban en dos principios normalmente indeseables del fósforo utilizado en los tubos. Uno 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 causaban que se acumulara una carga eléctrica estática localizada . Esta carga se oponía a cualquier futuro flujo de electrones hacia esa área desde el cañón y causaba diferencias en el brillo. El segundo era 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 característica útil de que la velocidad de liberación de electrones era significativamente no lineal. Cuando se aplicaba un voltaje que cruzaba un cierto umbral, la velocidad de emisión aumentaba drásticamente. Esto hacía que el punto iluminado se desintegrara rápidamente, lo que también hacía que se liberaran los electrones atascados. Los sistemas visuales utilizaban este proceso para borrar la pantalla, lo que hacía que cualquier patrón almacenado se desvaneciera rápidamente. Para usos informáticos, era la rápida liberación de la carga atascada lo que permitía su uso para almacenamiento. [4]
En el tubo Williams, el cañón de electrones en la parte posterior de un CRT por lo demás típico se utiliza para depositar una serie de pequeños patrones que representan un 1 o un 0 en el fósforo en una cuadrícula que representa las direcciones de memoria . Para leer la pantalla, el haz escaneaba el tubo de nuevo, esta vez ajustado a un voltaje muy cercano al del umbral de emisión secundaria. Los patrones se seleccionaban para polarizar el tubo muy ligeramente de forma positiva o negativa. Cuando la electricidad estática almacenada se añadía al voltaje del haz, el voltaje total cruzaba o no el umbral de emisión secundaria. Si cruzaba el umbral, se liberaba una ráfaga de electrones a medida que el punto se desintegraba. Esta ráfaga se leía de forma capacitiva en una placa de metal colocada justo delante 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 fue comercializado sin éxito por RCA como el tubo Radechon, el tipo de "potencial de adherencia" que no se utilizó comercialmente, y el concepto de "haz de retención", del cual el Selectron es un ejemplo específico. [5]
En la implementación más básica, el tubo de haz de retención utiliza tres cañones de electrones: uno para escribir, otro para leer y un tercer "cañón de retención" que mantiene el patrón. El funcionamiento general es muy similar al del tubo Williams en cuanto a su concepto. La principal diferencia era el cañón de retención, que disparaba continuamente y sin enfocar, de modo que cubría toda el área de almacenamiento del fósforo. Esto hacía 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 una manera similar al tubo Williams, agregando un voltaje adicional al fósforo. Por lo tanto, el patrón de almacenamiento era la ligera diferencia entre dos voltajes almacenados en el tubo, típicamente solo unas pocas decenas de voltios de diferencia. [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 realizaba 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 mantenía el potencial de la pistola de retención, se liberaría una cierta cantidad de electrones, si mantenía el potencial de la pistola de escritura, la cantidad sería mayor. Los electrones se leían en una rejilla de cables finos colocados detrás de la pantalla, lo que hacía que el sistema fuera completamente autónomo. En contraste, la placa de lectura del tubo Williams estaba frente al tubo y requería un ajuste mecánico continuo para funcionar correctamente. [6] La rejilla también tenía la ventaja de dividir la pantalla en puntos individuales sin requerir el enfoque ajustado del sistema Williams.
El funcionamiento general era el mismo que el del sistema Williams, pero el concepto de retención tenía dos ventajas principales. Una era que funcionaba con diferencias de voltaje mucho menores y, por lo tanto, podía almacenar datos de forma segura durante un período de tiempo más largo. La otra era que los mismos controladores de imán de deflexión podían 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 pistola de sujeción mediante el uso de ojales de metal individuales que se utilizaban para almacenar carga adicional de una manera más predecible y duradera.
A diferencia de un CRT, en el que 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 del tubo con rejilla de barrera). Los circuitos de conmutación permiten aplicar voltajes a los cables para encenderlos o apagarlos. Cuando el cañón dispara a través de los ojales, se desenfoca ligeramente. Algunos de los electrones golpean el ojal y depositan una carga en él.
El Selectrón 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 que recorría el medio, rodeado por dos conjuntos separados de cables (uno radial, uno axial) que formaban una matriz de rejilla cilíndrica y, finalmente, un revestimiento de material de almacenamiento dieléctrico en el interior de cuatro segmentos de un cilindro metálico envolvente, llamado placas de señal . Los bits se almacenaban como regiones discretas de carga en las superficies lisas de las placas de señal.
Los dos conjuntos de cables de la rejilla ortogonal estaban normalmente "polarizados" ligeramente en positivo, de modo que los electrones del cátodo se aceleraban a través de la rejilla para alcanzar el dieléctrico. El flujo continuo de electrones permitía que la carga almacenada se regenerara continuamente mediante la emisión secundaria de electrones. Para seleccionar un bit para leer o escribir, todos los cables adyacentes, excepto dos, en cada una de las dos rejillas estaban polarizados en negativo, lo que permitía que la corriente fluyera hacia el dieléctrico en una sola ubicación.
En este sentido, el Selectron funciona en sentido contrario al del tubo Williams. En el tubo Williams, el haz escanea continuamente en un ciclo de lectura/escritura que también se utiliza para regenerar datos. En cambio, el Selectron regenera casi siempre todo el tubo, interrumpiéndolo solo periódicamente para realizar lecturas y escrituras reales. Esto no solo hizo que la operación fuera más rápida debido a la falta de pausas necesarias, sino que también significó que los datos eran mucho más confiables, ya que se actualizaban constantemente.
La escritura se lograba seleccionando un bit, como se indicó anteriormente, y luego enviando un pulso de potencial, positivo o negativo, a la placa de señal. Con un bit seleccionado, los electrones serían atraídos hacia (con un potencial positivo) o expulsados del dieléctrico (con un potencial negativo). Cuando se eliminaba la polarización de la rejilla, los electrones quedaban atrapados en el dieléctrico como un punto de electricidad estática.
Para leer desde el dispositivo, se seleccionaba una ubicación de bit y se enviaba un pulso desde el cátodo. Si el dieléctrico de ese bit contenía una carga, los electrones se expulsaban del dieléctrico y se leían como un breve pulso de corriente en la placa de señal. La ausencia de dicho pulso significaba que el dieléctrico no debía tener carga.
El dispositivo de "producción" de menor capacidad, de 256 bits (128 por 2 bits), [8] se encontraba en una carcasa de tubo de vacío similar. Estaba construido con dos matrices de almacenamiento de "ojales" discretos en 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 requerida ] para que el estado de los bits también pudiera leerse a simple vista.
