Стоит отметить, что идея использования ртутной линии задержки, изобретённой Экертом в качестве оперативной памяти, принадлежала вовсе не ему. Впервые такой подход применили в 1949 году разработчики британского компьютера EDSAC. Вдохновленный идеей машины фон Неймана, заложенной в экертовский EDVAC, Морис Вилкес из математической лаборатории Кембриджского Университета вместе с командой единомышленников создает Electronic Delay Storage Automatic Calculator, в самом названии которого (Delay Storage) сквозит идея физической организации устройства хранения. Компьютер EDSAC во многих смыслах был экспериментальным. И именно в нём была впервые реализована идея превращения ртутной линии задержки в оперативную память.
Идея эта брала начало из простого вопроса: что, если в линии задержки выходной сигнал снова завернуть на вход? Электрические импульсы, соответствующие двоичной единице, превращённые в акустические волны, распространяемые по ртути, будут бесконечно циркулировать внутри линии задержки. Таким образом, она превращается в ячейку памяти. Только вот хранится в такой ячейке не один бит, а сразу несколько. Ведь пьезоэлемент на входе линии задержки может создать сразу несколько акустических волн, двигающихся друг за другом к детектору.
Для считывания конкретного бита из линии задержки Экерт предложил использовать тактовый генератор — метроном, синхронизированный с частотой распространения акустических волн. Электрический сигнал, полученный из определённой акустической волны, в нужный такт параллельно с движением на вход линии задержки считывался и усиливался, попадая в регистр арифметико-логического устройства.
Общая память компьютера состояла из множества линий задержки, объединённых в регистры. И память эта была воистину оперативной. Без подачи электричества на пьезокристаллы и выходной усилитель акустические волны внутри ртутной трубки затухали.
Идея памяти на ртутных линиях задержки, апробированная в британском EDSAC, была тщательно доработана Экертом в его коммерческом UNIVAC I.
Суммарно память компьютера Экерта состояла из тысячи слов, которые непрерывно циркулировали в ста ртутных линиях задержки, каждая из которых поддерживала хранение десяти слов.
Всего же в UNIVAC I было реализовано сто двадцать шесть ртутных линий задержки, объединённых в семь контейнеров по восемнадцать ртутных трубок в каждом. Сто из этих трубок были оперативной памятью UNIVAC. Двенадцать использовались для промежуточного хранения данных ввода-вывода. Ещё шесть были резервными.
Семь специально выделенных линий задержки использовались в качестве регистров схемы термостатов, подключённых к семи контейнерам со ртутными трубками.
Последняя сто двадцать шестая ртутная трубка использовалась в качестве регистра Y для организации косвенной адресации.
Семь контейнеров модуля памяти UNIVAC I содержали сто двадцать шесть ртутных линий задержки
Разрабатывая коммерческий вариант памяти на ртутных линиях задержки, Экерт столкнулся с массой проблем. Наиболее важными из них были задачи: точного позиционирования входных и выходных пьезокристаллов для исключения отражения акустических волн от стенок трубки, приводящих к интерференции, и поддержания постоянной и достаточно высокой (около сорока градусов Цельсия) температуры ртути. Именно при этой температуре акустическое сопротивление ртути было «созвучно» сопротивлению пьезокристаллов. Как результат контейнер с ртутными трубками представлял собой сложное инженерное устройство с массой винтов для калибровки положения ртутных трубок, расширительным бачком для излишков ртути и термостатом, автоматически управляющим её температурой.
«Внутри комнаты было ой как не комфортно, термостатированная температура 65 градусов (149 по Фаренгейту) в отличии от «холодных» англичан, 40 градусов (104 по Фаренгейту), стены с тёплым ламповым звуком, неизбежные пары ртути при любой ошибки в эксплуатации. У суровых мужиков с Пеньсильванщины, как знатных последователей Квакеров и с вечным огнём от отцов основателей (в подавляющей массе плантаторов разбавленых юристами и лавочниками) был готов ответ/решение в виде негра дяди Бенса, Тома техника. Энтот ресурс (вечнозагорелые парни, которые любят тепло) в штатах всегда в достатке и его совсем не жалко, люди ведь при этом не страдают»
Контейнер с ртутными линиями задержки
Тот же контейнер с теплоизолирующим корпусом, готовый к установке в «дом памяти» UNIVAC
Разработчик небезызвестной «машины» Алан Тьюринг, узнав о конструкции памяти на ртутных линиях задержки, в шутку предложил заменить в ней ртуть джином. По крайней мере, с этой жидкостью головная боль разработчиков памяти стала бы более приятной.
Техник, занятый калибровкой ртутных трубок в контейнерах памяти UNIVAC
Семь контейнеров акустической памяти UNIVAC размещались внутри его внушительного корпуса, чем-то напоминающего нынешние малометражные квартиры. Из-за излучаемого ими тепла, находиться внутри долго было невозможно. Не спасали даже вмонтированные в пол кондиционеры.
Контейнер памяти чем-то напоминает противолодочную мину
"Дом памяти" UNIVAC изнутри
Между тем после точной калибровки ртутных трубок память UNIVAC I работала без сбоев. Доказательством тому служит успешный подсчёт переписи населения 1950 года и точный прогноз выборов президента США в 1952 году.
Магнитострикционные линии задержки. Звучи, струна!
Применение линий задержки на основе ртутных трубок в качестве оперативной памяти имело одно существенное ограничение. Габариты. Ёмкость каждого регистра-трубки напрямую зависела от её длины. Да и ртуть, используемая в качестве носителя акустических волн, являлась не самым удобным в эксплуатации компонентом. Скажем прямо, работать с нею было вредно.
Поэтому поиск альтернатив ртутным линиям задержки не прекращался. В конце концов, в середине пятидесятых годов прошлого столетия было найдено более безопасное и удобное решение организации памяти на линиях задержки.
Учёные, экспериментируя с магнитными свойствами разных металлов, обнаружили в них интересный эффект — изменение физической формы под воздействием магнитного поля. Эффект этот, чем-то напоминающий пьезоэффект кристаллов кварца, называется «магнитострикция».
Разные металлы могут проявлять магнитострикционные свойства по-разному. Некоторые меняют форму вдоль продольной оси, у других проявляется эффект скручивания, а третьи изгибаются. Наиболее хорошо были изучены скручивающие магнитострикционные свойства никеля. Именно на их основе и был разработан преемник ртутной линии задержки — магнитострикционная линия задержки.
Генератором и детектором выступали пластины никеля, прижимаемые к носителю акустической волны — стальной проволоке-струне. К никелевым пластинам генератора прикладывалось магнитное поле, заставляя их скручиваться и создавать в стальной струне звуковую волну. Детектор был устроен так же, за исключением того, что двигающиеся под воздействием акустической волны никелевые пластины индуцировали электричество в магнитной катушке.
Магнитострикционная линия задержки на основе пластин никеля
Магнитострикционная линия задержки была куда эффективнее ртутной. Во-первых, не требовалось работать с опасными ртутными парами; во-вторых, стальную струну можно свернуть в спираль и поместить в компактный корпус. Ну а в-третьих, магнитострикция малочувствительна к механическим воздействиям и не требует постоянной калибровки.
Компактную и непритязательную память на магнитострикционных линиях задержки стали применять не только в ЭВМ того времени, но и в их младших братьях — набирающих силу программируемых калькуляторах. Например, выпускаемых известной в своё время компанией Olivetti.
Память на линиях задержки была одним из множества весьма экзотических решений в организации системы хранения программ и данных в компьютерах с архитектурой фон Неймана. Но «подсмотренная» в соседней области идея оказалась весьма удачно развита и реализована. Копьютеры, использующие подобную память, были выдающимися образцами вычислительной техники того времени.
Разработка полупроводниковой логики довольно быстро свела на нет использование памяти на линиях задержки. «Звучащая» память войдёт в историю компьютерной индустрии как пример уникального инженерного подхода к решению весьма нетривиальных задач.