原创 RAM技术档案（连载之二）

 2006-12-12 23:32  5515 8 8 分类: 工程师职场

水银延迟线：史上最笨重的主存储器（UNIVAC-1，1951）<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

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图2 电子管

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正如前面所说，今天我们把主存储器称作“内存”，而把辅存储器称作“外存”。内存和外存的关系，内存的容量小，速度快，外存的容量大，速度慢。采用随机存取的结构，可以比顺序存取方式获得更高的速度，当然这都是后话了。当冯·诺伊曼的体系提出后，如何去实现它，就成了工程技术上的一个迫切任务。

万物伊始，混沌初开，用什么作为主存储器、什么作为辅助存储器，都是摆在工程师面前的必须要解决的难题，因为当时没有任何现成的器件可以直接拿来使用。当时，除了真空管还是真空管，所以存储器也是用真空管来实现的（图2）。以真空管是否导通代表 “1” 或 “0” ，也就是说代表一位的数据。十个真空管可串接成一环形电路，假设该十个真空管中仅第五真空管导通，则表示其储存的数值为 5。但问题是，真空管自身无法完成数据的存储功能，因为真空管自身没有记忆功能，输入端的信号撤出后，真空管的通、断状态将会改变。

Figure 2 Vacuum tube

为了寻找更好的存储器，人们费尽了心血，几乎所有能利用的物理现象，电、光、声、磁都被探索过来。研制ENIAC的工程师莫齐利（John W. Mauchly）想到了水银延迟线（Mercury Delay Line）——二战期间为军用雷达开发的一种存储装置－－作为内存。

将一块石头掷入水中，形成波浪，波头经过一段时间才能传播到远方某处，水银延迟线的工作原理就是这样。1951年3月，由ENIAC的主要设计者莫齐利和埃克特设计的第一台通用自动计算机UNIVAC-1使用了水银延迟线存储装置。UNIVAC-1使用的水银延迟线是一根直径10mm、长150cm的管子，内部充满水银，两端各有一个转换器分别进行电-声转换和声-电转换，这样，脉冲信号从管子的一端进入，转换成超声波，960ms后超声波到达管子的另一端，然后再转换成电信号输出，如图3。

Figure 3 mercury delay line

Figure 4 Diagram of mercury delay line memory

不过，要实现存储功能，还需要一些额外的电路，如图4。经调制的脉冲信号从管子的一端进入，960ms后从管子的另一端输出，由变换器接收后，经检测、放大、整形和再生，重新反馈到发送端。一个延迟线电路称作一个通道（channel），每个通道可存储10个91位的字，差不多1000个脉冲，UNIVAC系统中共有100个这样的通道。为了让存储系统稳定工作，水银的温度需要保持在40℃左右，因此要将水银管置于一个类似混凝土搅拌机的容器中（如图5），容器中设置有加热器用来加热水银管。