أنبوب ويليامز كيلبورن من IBM 701 في متحف تاريخ الكمبيوتر ، في ماونتن فيو ، كاليفورنيا
نمط الذاكرة على أنبوب SWAC Williams CRT
إن **أنبوب ويليامز** ، أو **أنبوب** **ويليامز-كيلبورن** بعد المخترعين فريدي ويليامز وتوم كيلبورن، هو شكل مبكر من ذاكرة الكمبيوتر. كان أول جهاز تخزين رقمي للوصول العشوائي، واستخدم بنجاح في العديد من أجهزة الكمبيوتر القديمة.

يعمل أنبوب ويليامز من خلال عرض شبكة من النقاط على أنبوب أشعة الكاثود (CRT). نظرًا للطريقة التي تعمل بها CRTs ، فإن هذا يخلق شحنة صغيرة من الكهرباء الساكنة فوق كل نقطة. تتم قراءة الشحنة في موقع كل نقطة بواسطة لوح معدني رفيع أمام الشاشة مباشرة. نظرًا لتلاشي الشاشة بمرور الوقت، تم تحديثها بشكل دوري. إنه يدور بشكل أسرع من ذاكرة خط التأخير الصوتي السابقة، بسرعة الإلكترونات داخل الأنبوب المفرغ، بدلاً من سرعة الصوت. ومع ذلك، فقد تأثر النظام سلبًا بأي مجالات كهربائية قريبة، وتطلب محاذاة مستمرة لمواصلة العمل. تم استخدام أنابيب ويليامز-كيلبورن بشكل أساسي في تصميمات الكمبيوتر عالية السرعة.

تقدم ويليامز وكيلبورن بطلب للحصول على براءات الاختراع البريطانية في 11 ديسمبر 1946،  و 2 أكتوبر 1947،  تليها طلبات براءات الاختراع الأمريكية في 10 ديسمبر 1947،  و 16 مايو 1949.

مبدأ العمل
----------

يعتمد أنبوب ويليامز على تأثير يسمى الانبعاث الثانوي الذي يحدث على أنابيب أشعة الكاثود (CRTs). فعندما يصطدم شعاع الإلكترون بالفوسفور الذي يشكل سطح الشاشة، فإنه عادة ما يتسبب في إضائته؛ ومع ذلك، إذا كانت طاقة الشعاع هو فوق عتبة معينة (اعتمادا على مزيج الفوسفور) فإنه يسبب أيضا الإلكترونات ليكون ضرب من الفوسفور. تنتقل هذه الإلكترونات مسافة قصيرة قبل أن تنجذب مرة أخرى إلى سطح CRT وتسقط عليه لمسافة قصيرة. التأثير الكلي هو إحداث شحنة موجبة طفيفة في المنطقة المباشرة من الحزمة حيث يوجد عجز في الإلكترونات، وشحنة سالبة طفيفة حول النقطة حيث تهبط تلك الإلكترونات. تبقى الشحنة الناتجة على سطح الأنبوب لجزء من الثانية بينما تتدفق الإلكترونات عائدة إلى مواقعها الأصلية. يعتمد العمر الافتراضي على المقاومة الكهربائية للفوسفور وحجم البئر.

تُستخدم عملية إنشاء بئر الشحن كعملية كتابة في ذاكرة الكمبيوتر أو تخزين رقم ثنائي واحد أو بت. مجموعة من النقاط أو المسافات، غالبًا صف أفقي واحد على الشاشة، تمثل كلمة كمبيوتر. هناك علاقة بين حجم النقاط وتباعدها وعمرها، بالإضافة إلى القدرة على رفض الحديث المتبادل مع النقاط المجاورة. يضع هذا حدًا أعلى لكثافة الذاكرة، ويمكن لكل أنبوب ويليامز تخزين حوالي 1024 إلى 2560 بت من البيانات. نظرًا لأن شعاع الإلكترون خالي من القصور الذاتي بشكل أساسي ويمكن نقله في أي مكان على الشاشة، يمكن للكمبيوتر الوصول إلى أي مكان، مما يجعله ذاكرة وصول عشوائي. عادةً ما يقوم الكمبيوتر بتحميل العنوان كزوج X و Y في دائرة السائق ثم يقوم بتشغيل مولد قاعدة الوقت الذي من شأنه أن يكتسح المواقع المحددة، أو القراءة من السجلات الداخلية أو الكتابة إليها، والتي يتم تنفيذها عادةً على شكل flip-flops .

تمت قراءة الذاكرة بتأثير ثانوي ناتج عن عملية الكتابة. خلال الفترة القصيرة التي تحدث فيها الكتابة، فإن إعادة توزيع الشحنات في الفوسفور تولد تيارًا كهربائيًا يحث على الجهد في أي موصلات قريبة. تتم قراءة ذلك عن طريق وضع صفيحة معدنية رفيعة أمام جانب شاشة CRT مباشرة. أثناء عملية القراءة، تكتب الحزمة إلى مواقع البت المحددة على الشاشة. تلك المواقع التي تم كتابتها سابقًا قد استنفدت بالفعل الإلكترونات، لذلك لا يتدفق التيار ولا يظهر أي جهد على اللوحة. هذا يسمح للكمبيوتر بتحديد وجود "1" في ذلك الموقع. إذا لم يتم كتابة الموقع من قبل، فإن عملية الكتابة ستخلق بئرًا وستتم قراءة نبضة على اللوحة، تشير إلى "0".

تؤدي قراءة موقع الذاكرة إلى إنشاء شحنة جيدة سواء كان هناك أحد من قبل أم لا، مما يؤدي إلى تدمير المحتويات الأصلية لذلك الموقع، وبالتالي يجب أن يتبع أي قراءة كتابة لإعادة البيانات الأصلية. في بعض الأنظمة، تم تحقيق ذلك باستخدام مسدس إلكترون ثانٍ داخل CRT يمكنه الكتابة إلى موقع واحد بينما كان الآخر يقرأ التالي. نظرًا لأن الشاشة ستتلاشى بمرور الوقت، كان لابد من تحديث الشاشة بالكامل بشكل دوري باستخدام نفس الطريقة الأساسية. ومع ذلك، نظرًا لقراءة البيانات ثم كتابتها على الفور، يمكن تنفيذ هذه العملية عن طريق دائرة خارجية بينما كانت وحدة المعالجة المركزية (CPU) مشغولة بتنفيذ عمليات أخرى. عملية التحديث هذه مشابهة لدورات تحديث الذاكرة للذاكرة الحيوية في الأنظمة الحديثة.

نظرًا لأن عملية التحديث تسببت في ظهور نفس النمط باستمرار على الشاشة، كانت هناك حاجة إلى أن تكون قادرًا على محو القيم المكتوبة مسبقًا. يتم تحقيق ذلك عادةً عن طريق الكتابة إلى الشاشة بجوار الموقع الأصلي مباشرةً. ستسقط الإلكترونات الصادرة عن هذه الكتابة الجديدة في البئر المكتوب سابقًا، مما يعيد ملئها. أنتجت الأنظمة الأصلية هذا التأثير من خلال كتابة شرطة صغيرة، والتي كان من السهل تحقيقها دون تغيير العدادات الرئيسية، وببساطة إنتاج تيار الكتابة لفترة أطول قليلاً. كان النمط الناتج عبارة عن سلسلة من النقاط والشرطات. كان هناك قدر كبير من الأبحاث حول أنظمة محو أكثر فعالية، مع بعض الأنظمة التي تستخدم حزم خارج التركيز أو أنماط معقدة.

تم صنع بعض أنابيب ويليامز من أنابيب أشعة الكاثود من نوع الرادار مع طلاء الفوسفور الذي جعل البيانات مرئية، بينما تم بناء أنابيب أخرى لهذا الغرض دون مثل هذا الطلاء. لم يكن لوجود هذا الطلاء أو عدم وجوده أي تأثير على تشغيل الأنبوب، ولم يكن له أهمية بالنسبة للمشغلين، حيث تم تغطية وجه الأنبوب بلوحة الالتقاط. إذا كانت هناك حاجة إلى مخرج مرئي، يتم استخدام أنبوب ثان متصل بالتوازي مع أنبوب التخزين، مع طلاء الفوسفور، ولكن بدون لوحة الالتقاط، كجهاز عرض.

تطوير
-----

تم تطويره في جامعة مانشستر في إنجلترا، حيث وفر الوسيط الذي تم من خلاله تنفيذ أول برنامج ذاكرة مخزنة إلكترونيًا في كمبيوتر Manchester Baby ، والذي نجح في تشغيل البرنامج لأول مرة في 21 يونيو 1948. في الواقع، بدلاً من تصميم ذاكرة أنبوب ويليامز للطفل، كان الطفل بمثابة اختبار لإثبات موثوقية الذاكرة. كتب توم كيلبورن برنامجًا من 17 سطرًا لحساب أعلى عامل مناسب يبلغ 2 18. تقول التقاليد في الجامعة أن هذا كان البرنامج الوحيد الذي كتبه كيلبورن على الإطلاق.

تميل أنابيب ويليامز إلى أن تصبح غير موثوقة مع تقدم العمر، وكان لابد من «ضبط» معظم المنشآت العاملة يدويًا. على النقيض من ذلك، كانت ذاكرة خط تأخير الزئبق أبطأ وليست عشوائية حقًا، حيث تم تقديم البتات بشكل متسلسل، مما أدى إلى تعقيد البرمجة. احتاجت خطوط التأخير أيضًا إلى ضبط يدوي، لكنها لم تتقدم في العمر بشكل سيئ وتمتعت ببعض النجاح في الحوسبة الإلكترونية الرقمية المبكرة على الرغم من مشاكل معدل البيانات والوزن والتكلفة والحرارة والسمية. ومع ذلك، تم تسويق مانشستر مارك 1 ، الذي استخدم أنابيب ويليامز، بنجاح باسم Ferranti Mark 1. كما استخدمت بعض أجهزة الكمبيوتر القديمة في الولايات المتحدة أنابيب ويليامز، بما في ذلك آلة IAS (المصممة أصلاً لذاكرة أنبوب Selectron)، و UNIVAC 1103، و IBM 701، و IBM 702، و Standard Western Automatic Computer (SWAC). تم استخدام أنابيب ويليامز أيضًا في طراز Strela-1 السوفيتي وفي اليابان TAC (كمبيوتر طوكيو الأوتوماتيكي).

* أنبوب ويليامز كيلبورنأنبوب ويليامز كيلبورن
* رسم تخطيطي لذاكرة أنبوب ويليامز من براءة الاختراع عام 1947رسم تخطيطي لذاكرة أنبوب ويليامز من براءة الاختراع عام 1947
* تجميع أنبوب SWAC Williamsتجميع أنبوب SWAC Williams
* رسم تخطيطي لوحدة أنبوب SWAC Williamsرسم تخطيطي لوحدة أنبوب SWAC Williams

انظر أيضًا
----------

* أتاناسوف-بيري كمبيوتر - استخدم نوعًا من الذاكرة يسمى *ذاكرة المكثف التجديدي*
* ذاكرة ضوئية ميلون

المراجع
-------

**ملاحظات**

1. 1 2 3  Kilburn، Tom (1990)، "From Cathode Ray Tube to Ferranti Mark I"، *Resurrection*، The Computer Conservation Society، ج. 1، ISSN:0958-7403، مؤرشف من الأصل في 2020-06-27، اطلع عليه بتاريخ 2012-03-15
2. ↑  Brian Napper (25 نوفمبر 1998). "Williams Tube". University of Manchester. مؤرشف من الأصل في 2020-10-12. اطلع عليه بتاريخ 2016-10-01.
3. ↑  "Early computers at Manchester University"، *Resurrection*، The Computer Conservation Society، ج. 1، Summer 1992، ISSN:0958-7403، مؤرشف من الأصل في 2020-09-15، اطلع عليه بتاريخ 2010-07-07
4. ↑  GB Patent 645,691
5. ↑  GB Patent 657,591
6. ↑  U.S. Patent 2٬951٬176
7. ↑  U.S. Patent 2٬777٬971
8. ↑  Napper، Brian، *Computer 50: The University of Manchester Celebrates the Birth of the Modern Computer*، مؤرشف من الأصل في 2012-05-04، اطلع عليه بتاريخ 2012-05-26
9. ↑  Williams، F.C.؛ Kilburn، T. (سبتمبر 1948)، "Electronic Digital Computers"، *Nature*، ج. 162، ص. 487، DOI:10.1038/162487a0. Reprinted in *The Origins of Digital Computers*
10. ↑  Williams، F.C.؛ Kilburn، T.؛ Tootill، G.C. (فبراير 1951)، "Universal High-Speed Digital Computers: A Small-Scale Experimental Machine"، *Proc. IEE*، ج. 98، ص. 13–28، DOI:10.1049/pi-2.1951.0004، مؤرشف من الأصل في 2020-08-06.
11. ↑  Lavington 1998
12. ↑  United States Office of Naval Research (1953). *A survey of automatic digital computers* (بالإنجليزية). Office of Naval Research, Dept. of the Navy. p. 87. Archived from the original on 2020-10-03.

Kilburn, T. (1948), A Storage System For Use With Binary Digital Computing Machines (https:// ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.488439) (Ph.D. thesis), University of Manchester Lavington, Simon (1998), A History of Manchester Computers (2nd ed.), The British Computer Society, ISBN 978-1-902505-01-5

لقراءة المزيد
-------------

* Bashe، Charles J. (1986). *IBM's Early Computers*. ميت بريس. ISBN:0-262-02225-7.
* Lavington، Simon H. (1980). *Early British Computers*. دار نشر جامعة مانشستر  ‏. ISBN:0-932376-08-8.`{{استشهاد بكتاب}}`: صيانة الاستشهاد: علامات ترقيم زائدة (link)
* Randell، Brian (1982). *The Origins of Digital Computers* (ط. 3rd). Springer-Verlag. ISBN:0-387-11319-3.

روابط خارجية
------------

* أنبوب ويليامز
* طفل مانشستر وولادة ذاكرة الكمبيوتر
* RCA 6571 ورقة بيانات أنبوب تخزين الكمبيوتر

|  |
| --- |
| **أنبوب ويليامز** في المشاريع الشقيقة: |
|  | 
* صور وملفات صوتية من كومنز.
 |


| * ع
* ن
* ت
مكونات إلكترونية |
| --- |
| أشباه المُوصِلات | 

|  |  |
| --- | --- |
| الأكاسيد المعدنية(موسفت) | 
* سيموس (CMOS)
	+ ثنائي القطب (BiCOMS)
* موسفت (MOSFET)
	+ متعدد البوابات (MuGFET)
	+ عائم البوابة (FGMOS)
	+ مستشعر حيوي (BioFET)
	+ مستشعر للشوارد (ISFET)
	+ حقلي كيميائي (ChemFET)
	+ حقلي ذو زعنفة (FinFET)
	+ جانبي الانتشار (LDMOS)
	+ أفقي الانتشار (VMOS)
	+ عالي الاستطاعة
	+ ترانزستور الغشاء الرقيق (TFT)
* البوابات المنطقية
	+ النوع N
	+ النوع N المفتقر
	+ النوع P

 |
| الترانزستورات | 
* ترانزستور وحيد الوصلة (UJT)
	+ ترانزستور أحادي الوصلة قابل للبرمجة (PUT)
* ثنائي القطب (BJT)
	+ نقطة الاتصال
	+ ذو البوابة المعزولة (IGBT)
	+ ترانزيستور دارلينجتون
	+ الوصلة المنتشرة
	+ الوصلة النامية
	+ الوصلة المسبوكة
* حقلي (FET)
	+ وصلي (JFET)
	+ عضوي (OFET)
* باعث للضوء (LET)
	+ عضوي باعث للضوء  (OLET)
* ترانزستور الحث الساكن (SIT)
	+ مضخم الترددات اللاسلكية

 |
| الثنائيات | 
* انهياري
* ثابت التيار (CLD, CRD)
* ليزري (LD)
* باعث للضوء (LED)
	+ عضوي باعث للضوء (OLED)
* ضوئي
* موجب ذاتي سالب (PIN)
* شوتكي
* متغير السعة
	+ ذو حاجز غير متجانس
* إصلاح خطوي (SRD)
* زينز

 |
| أُخرى | 
* الدياك (DIAC)
* ترياك (TRIAC)
* ثايرستور
* سيداك
	+ ساكن الحث (SITh)
* دارة متكاملة (IC)
	+ ثلاثية الأبعاد (3D IC)
* خلية ذاكرة
* شبه موصل عضوي
* مقوم خاضع للتحكم بالسيليكون (SCR)
* مستشعر ضوئي

 |

 |
| منظمات الجهد | 
* خطي
* خافض
* رافع
* خافض رافع
* منخفض الهبوط
* مستمر
* باي ذو الفالق
* تشوك
* مبدل الملف الأولي أحادي النهاية (SEPIC)
* مضخة الشحنات
* المكثفة ذات القواطع

 |
| الصمامات المفرغة | 
* بلوطي الشكل
* الأوديون
* مبدل خماسي الشبكة
* مثبت السلك الساخن
* كومباكترون
* فلمنغ
* نوفيستور
* ضوئي
* مضاعفة ضوئية
* عديد المساري
	+ ثلاثي
	+ رباعي
	+ رباعي حزمي
	+ خماسي
	+ تساعي

 |
| معدات  الأمواج المكرويّة | 
* مذبذب الموجة الراجعة (BWO)
* أنبوب مغناطيسي إلكتروني
* أنبوب الموجة الراحلة (TWT)
* أنبوب الخرج الحثي (IOT)
* كليسترون
	+ أنبوب ساتون
* غيروترون
* مضخم متقاطع الحقل (CFA)
* ميزر

 |
| أنابيب الأشعة المهبطية | 
* انحراف الحزمة
* العين السحرية
* كاميرا الفيديو
* ويليامز
* التخزين
* سيليكترون
* تشاراكترون
* رواسم
	+ الاهتزاز المهبطي (CRO)
	+ أحادي
	+ صُوَّري

 |
| أنابيب التفريغ | 
* المهبط البارد
	+ كريترون
	+ ديكاترون
* منظم الجهد
* مصباح نيكسي
* صمام القوس الزئبقي
* كروساترون
* إجنيترون
* ثيراترون
* تريغاترون
* مصباح نيون

 |
| قابلة للتعديل | 
* مقياس الجهد الانزلاقي
	+ رقمي
* مكثفة متغيرة السعة
* ثنائي متغير السعة
* المقاومة المتغيرة مع الجهد

 |
| غير فعَّالة | 
* مقابس
	+ صوت وفيديو
	+ راديوية
	+ كهربائية
* كاشف محرر للكهرباء
* نواة حديدية
* فاصمة منصهرة
	+ قابلة لإعادة الضبط
* مقاومة كهربائية
	+ متغيرة مع الجهد
	+ تابعة لدرجة الحرارة
	+ ضوئية
* مفتاح كهربائي
* مُحوِّل
* سلك
	+ سلك ولاستون

 |
| فعَّالة | 
* مقاومة ذاكرية
* مُكثِّفة
	+ قائمة الأنواع
* ملف
* مذبذب بلوري
* رنان سيراميكي
* بدالة
	+ ريشيّة
* مفتاح زئبقي

 |
| رموز العناصر | 
* الظرفيّة
* الأساسيّة
* مسارات النقل
* المفاتيح
* أشباه المُوصِلات

 |
| شعار بوابة بوابة إلكترونيات |

* أيقونة بوابةبوابة إلكترونيات
* أيقونة بوابةبوابة المملكة المتحدة
* أيقونة بوابةبوابة تقانة المعلومات
* أيقونة بوابةبوابة علم الحاسوب