지연 라인 메모리
Delay-line memory| 컴퓨터 메모리 및 데이터 스토리지 유형 |
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지연 라인 메모리는 오래된 컴퓨터 메모리의 한 형태로, 초기 디지털 컴퓨터에서 사용되었습니다.현대의 많은 형태의 전자 컴퓨터 메모리와 마찬가지로 지연 라인 메모리는 새로 고침 가능한 메모리였지만, 현대의 랜덤 액세스 메모리와는 달리 지연 라인 메모리는 순차 액세스 메모리였습니다.
아날로그 지연선 기술은 1920년대부터 아날로그 신호의 전파를 지연시키기 위해 사용되어 왔습니다.지연선을 메모리 장치로 사용할 경우 지연선의 출력과 입력 사이에 증폭기와 펄스 셰이퍼가 접속된다.이러한 장치는 출력의 신호를 다시 입력으로 재순환하여 전원이 공급되는 한 신호를 유지하는 루프를 생성합니다.셰이퍼는 펄스가 올바른 형태로 유지되도록 보장하여 매체의 손실로 인한 열화를 제거합니다.
메모리 용량은 1비트 전송에 걸리는 시간을 데이터가 지연 회선을 통과하는 데 걸리는 시간으로 나눕니다.초기 지연 라인 메모리 시스템의 용량은 수천 비트로, 재순환 시간은 마이크로초 단위로 측정되었습니다.이러한 메모리에 저장된 특정 비트를 읽거나 쓰려면 해당 비트가 지연선을 통해 전자제품으로 순환할 때까지 기다려야 합니다.특정 비트의 읽기 또는 쓰기 지연은 재순환 시간보다 오래되지 않습니다.
컴퓨터 메모리의 지연선 사용은 1940년대 중반 J. Presper Eckert에 의해 EDVAC 및 UNIVAC I. Eckert와 John Mauchly가 지연선 메모리 시스템에 대한 특허를 출원하여1947년 10월 31일에 특허가 발행되었습니다.[1]이 특허는 수은 지연선에 초점을 맞췄지만 인덕터와 캐패시터의 스트링으로 이루어진 지연선, 자기저항 지연선 및 회전 디스크를 사용하여 작성된 지연선에 대해서도 설명했습니다.또, 원주 주위의 기입 헤드에서 판독 헤드로 데이터를 전송하기 위해서입니다.
레이더 속 창세기
지연선의 기본 개념은 지상 및 기타 "고정" 물체로부터의 반사로 인한 혼란을 줄이기 위한 시스템으로서 제2차 세계 대전 레이더 연구에서 비롯되었다.
레이더 시스템은 주로 안테나, 송신기, 수신기 및 디스플레이로 구성된다.안테나는 송신기에 연결되어 있으며, 이 송신기는 다시 연결 해제되기 전에 짧은 무선 에너지의 펄스를 보냅니다.그런 다음 안테나가 수신기에 연결되어 반사된 신호를 증폭하여 디스플레이에 전송합니다.레이더에서 멀리 있는 물체는 레이더에 가까운 물체보다 늦게 에코를 반환합니다. 디스플레이는 이를 눈금으로 측정할 수 있는 "블립"으로 시각적으로 표시합니다.
안테나에서 일정한 거리에 있는 움직이지 않는 물체는 항상 같은 지연 후에 신호를 반환합니다.이는 디스플레이에 고정된 점으로 나타나 해당 영역의 다른 대상을 탐지하는 것을 더 어렵게 만듭니다.초기 레이더는 단지 이 "클러터"의 대부분을 피하기 위해 그들의 빔을 지면에서 멀리 겨냥했다.이것은 이상적인 상황이 아니었다; 그것은 더 작은 이동식 레이더에게는 어려웠고, 눈에 띄는 언덕과 같은 지형에서 어수선한 반사원을 제거하지 않았고, 최악의 경우, 저공 비행하는 적기가 문자 그대로 "레이더 아래" 비행할 수 있었다.
정적 객체를 필터링하기 위해 두 개의 펄스를 비교하고 동일한 지연 시간을 가진 리턴을 제거했습니다.이를 위해 수신기에서 디스플레이로 전송되는 신호는 두 개로 분할되어 한쪽 경로는 디스플레이로 직접 연결되고 두 번째 경로는 지연 장치로 연결되었습니다.지연은 펄스 간 시간 또는 "펄스 반복 주파수"의 배수가 되도록 주의 깊게 조정되었습니다.그 결과 새로운 펄스의 신호가 안테나로부터 수신된 것과 동시에 이전 펄스의 지연 신호가 지연 장치를 빠져나왔습니다.신호 중 하나는 전기적으로 반전되었고, 일반적으로 지연에서 발생한 신호로, 두 신호가 결합되어 디스플레이에 전송되었습니다.동일한 위치에 있던 모든 신호는 이전 펄스의 반전 신호에 의해 무효화되어 움직이는 물체만 디스플레이에 남습니다.
이러한 목적을 위해 여러 가지 다른 유형의 지연 시스템이 개발되었으며, 한 가지 공통 원칙은 정보가 음향적으로 매체에 저장된다는 것입니다.MIT는 유리, 석영, 강철 및 납을 포함한 많은 시스템을 실험했습니다.일본은 수신을 방해하는 표면파를 줄이는 분말 유리 코팅에 석영 소자로 구성된 시스템을 도입했다.미국 해군 연구소는 나선형으로 감싼 강철 막대를 사용했지만, 이것은 1MHz 미만의 저주파에만 유용했다.레이시온은 원래 [2]종을 만들기 위해 개발된 마그네슘 합금을 사용했다.
개념에 기초한 최초의 실용적인 디클러터링 시스템은 펜실베니아 대학의 무어 전기 공학 대학의 J. Presper Eckert에 의해 개발되었습니다.그의 용액은 양 끝에 피에조 결정 변환기(스피커와 마이크의 조합)가 있는 수은 기둥을 사용했습니다.레이더 앰프로부터의 신호는 튜브의 한쪽 끝에 있는 변환기로 보내졌고, 이것은 수은에 작은 파장을 발생시킬 것이다.파동은 튜브의 먼 쪽 끝으로 빠르게 이동하며, 다른 변환기에 의해 다시 읽혀지고, 반전되어 디스플레이로 전송됩니다.지연 시간이 사용 중인 레이더의 펄스 간 타이밍과 일치하도록 세심한 기계적 배치가 필요했다.
이 모든 시스템은 컴퓨터 메모리로 변환하기에 적합했다.핵심은 메모리 시스템 내의 신호를 재활용하여 지연을 통과한 후에도 신호가 사라지지 않도록 하는 것이었습니다.이것은 간단한 전자제품으로 비교적 쉽게 배열할 수 있었다.
음향 지연선
수은 지연선
전쟁이 끝난 후, 에커트는 컴퓨터 개발로 관심을 돌렸고, 이것은 그 당시 약간의 관심사였다.실제 개발의 문제점 중 하나는 적절한 기억 장치의 부족이었고, 에커트는 레이더 지연에 대한 연구를 통해 이 점에서 다른 연구원들에 비해 큰 이점을 얻었다.
컴퓨터 애플리케이션에서는 타이밍이 여전히 중요했지만 다른 이유로 인해 그렇습니다.종래의 컴퓨터에는, 조작을 완료하기 위해서 필요한 자연스러운 「사이클 타임」이 있습니다.그 시작과 끝은 일반적으로 읽기 또는 쓰기 메모리로 구성되어 있습니다.따라서 지연 라인은 컴퓨터가 펄스를 읽을 준비가 되었을 때 펄스가 수신기에 도달하도록 타이밍을 맞추어야 했습니다.일반적으로 많은 펄스가 지연을 통해 "비행 중"이며 컴퓨터는 찾고 있는 특정 비트를 찾기 위해 마스터 클럭과 비교하여 펄스를 계산합니다.
수은의 음향 임피던스가 압전 석영 결정의 음향 임피던스에 가깝기 때문에 사용되었습니다.이것에 의해, 신호가 결정에서 중간으로, 그리고 다시 전송되었을 때의 에너지 손실과 에코가 최소화되었습니다.수은의 빠른 음속(1450m/s)은 공기(343.2m/s)와 같은 느린 매체를 사용하는 경우보다 펄스가 수신단에 도달하기를 기다리는 데 필요한 시간이 짧다는 것을 의미하지만, 또한 합리적인 크기의 수은 기둥에 저장할 수 있는 총 펄스 수가 제한적이라는 것을 의미하기도 했다.수은의 다른 기술적 단점들은 수은의 무게, 비용, 그리고 독성을 포함했다.게다가 음향 임피던스를 가능한 한 가깝게 맞추기 위해서는 수은을 일정한 온도로 유지해야 했습니다.이 시스템은 수은을 40°C(104°F)의 균일한 상온 설정으로 가열하여 튜브를 수리하는 것을 덥고 불편하게 만들었습니다. (앨런 튜링은 필요한 음향 특성을 가지고 있다고 주장하며 초음파 지연 매체로 진을 사용할 것을 제안했습니다.)[3]
튜브 내부에서 "깨끗한" 신호를 유지하기 위해 상당한 양의 엔지니어링이 필요했습니다.튜브 벽에 닿지 않는 매우 촘촘한 "빔"을 만들기 위해 대형 변환기가 사용되었고 튜브의 먼 끝에서 반사를 제거하기 위해 주의를 기울여야 했습니다.빔의 조임성을 위해 두 변환기가 서로 직접 향하도록 상당한 튜닝이 필요했습니다.음속은 온도에 따라 변하기 때문에, 튜브는 정확한 온도를 유지하기 위해 큰 오븐에서 가열되었다.다른 시스템에서도[specify] 같은 효과를 얻기 위해 주변 온도에 따라 컴퓨터 클럭 속도를 조정했습니다.
두 번째 풀스케일 스토어드 프로그램 디지털 컴퓨터인 EDSAC은 각각 560비트를 보유한 16개의 지연 라인에 저장된 256개의 35비트 워드로 작동을 시작했습니다(지연 라인의 워드는 36개의 펄스로 구성되었고, 1개의 펄스는 연속된 [4]번호 사이의 공간으로 사용되었습니다).메모리는 나중에 16개의 지연 회선의 두 번째 세트를 추가하여 512 워드로 확장되었습니다.UNIVAC I에서는 개별 지연 라인의 용량이 더 작았고, 각 열은 120비트를 저장했으며("비트"라는 용어는 당시에는 널리 사용되지 않았지만), 1000워드 저장소를 구성하기 위해 각각 18개의 열을 가진 7개의 큰 메모리 장치가 필요했습니다.메모리 서브시스템은 서포트 회로와 앰프를 조합하여 독자적인 워크인 룸을 형성했습니다.평균 액세스 시간은 약 222마이크로초로, 이전 컴퓨터에서 사용되던 기계 시스템보다 상당히 빨랐습니다.
1949년 11월에 완료된 CSIRAC도 지연 회선 메모리를 사용했습니다.
일부 수은 지연선 기억 장치는 사람의 중얼거림과 유사한 가청음을 발생시켰다.이 특성으로 인해 이러한 장치들의 속어인 "mumble-tub"가 생겨났습니다.
자기저항 지연선
지연 라인의 최신 버전은 금속 와이어를 저장 매체로 사용했습니다.변환기는 자성 효과를 적용하여 제작되었습니다. 일반적으로 니켈과 같은 자성 물질의 작은 조각이 전자석 내부의 와이어 끝의 양쪽에 부착되었습니다.컴퓨터의 비트가 자석에 들어가면 니켈은 (극성에 따라) 수축 또는 팽창하여 와이어의 끝을 비틀게 됩니다.그 결과 발생하는 비틀림파는 음파가 수은 기둥을 따라 내려가는 것처럼 와이어를 따라 내려갑니다.전선은 강철이었다.
초기 장치에 사용된 압축파와 달리 비틀림파는 기계적 결함으로 인한 문제에 훨씬 더 잘 저항하기 때문에 와이어가 느슨한 코일에 감겨 보드에 고정될 수 있습니다.코일 처리 능력 때문에 와이어 기반 시스템은 필요에 따라 "길이로" 구축할 수 있었고 유닛당 상당한 양의 데이터를 저장하는 경향이 있었습니다. 1kbit 유닛은 보통 1피트 평방피트(약 30cm x 30cm) 밖에 되지 않았습니다.물론, 이것은 특정 비트를 찾는 데 필요한 시간이 회선을 통과하기 때문에 다소 길다는 것을 의미하며, 약 500마이크로초의 액세스 시간이 일반적이라는 것을 의미합니다.
지연 라인 메모리는 튜브로 만든 플립 플랍보다 훨씬 저렴하고 비트당 신뢰성도 훨씬 높았지만 래치 릴레이보다 훨씬 빨랐습니다.1960년대 후반까지 사용되었으며, 특히 LEO I, Highgate Wood Telephone Exchange, 다양한 Feranti 기계 및 IBM 2848 Display Control과 같은 상용 기계에서 사용되었습니다.지연 라인 메모리는 초기 단말기의 비디오 메모리에도 사용되었습니다.여기서 1개의 지연 라인은 일반적으로 4개의 문자(4줄 × 40자 × 6비트 = 1개의 지연 라인에 960비트)를 저장합니다.또한 Friden EC-130(1964) 및 EC-132, 1965년에 도입된 Olivetti Programma 101 데스크톱 프로그래머블 계산기, 1967년에 Litton Monroe Epic 2000 및 3000 프로그래머블 계산기 등 초기 데스크톱 전자 계산기 모델에서도 매우 성공적으로 사용되었습니다.
압전 지연선
자기저항 시스템과 유사한 해결책은 전적으로 압전 재료(일반적으로 석영)로 만들어진 지연선을 사용하는 것이었습니다.결정의 한쪽 끝에 공급되는 전류는 다른 쪽 끝에 흐르는 압축파를 발생시켜 읽을 수 있게 합니다.실제로 압전 재료는 기존의 수은 지연 라인의 수은과 변환기를 단순히 두 가지를 결합한 단일 장치로 대체했습니다.그러나 이러한 솔루션은 매우 드물었습니다. 필요한 품질의 결정체를 대형으로 키우는 것이 쉽지 않았기 때문에 소규모로 한정되어 데이터 [5]저장 공간이 적었습니다.
압전 지연선은 유럽 TV 수상기에서 더 잘 그리고 더 널리 사용되었습니다.유럽 컬러 브로드캐스트의 PAL 표준은 작은 위상 이동으로 인한 색상 변화를 방지하기 위해 이미지의 연속된 두 라인으로부터의 신호를 비교합니다.한쪽이 반전된 2개의 라인을 비교하는 것으로, 시프트를 평균화해, 간섭이 있는 경우에서도, 그 결과 신호가 원래의 신호와 보다 밀접하게 일치한다.두 라인을 비교하기 위해 [6]비교되는 두 신호 경로 중 하나에 각 라인의 지속시간과 동일한 시간만큼 신호를 지연시키는 압전 지연 유닛(64µs)을 삽입한다.편리한 크기의 결정에서 필요한 지연을 발생시키기 위해 지연유닛은 결정을 통해 신호를 여러 번 반사하도록 성형되어 결정의 필요한 크기를 크게 감소시켜 작은 입방체 모양의 장치를 제작한다.
전기적 지연선
전기 지연 라인은 짧은 지연 시간(나노초에서 수 마이크로초)에 사용됩니다.긴 전기선으로 구성되거나 체인으로 배열된 개별 인덕터와 콘덴서로 구성됩니다.라인의 전체 길이를 줄이기 위해 금속 튜브에 감겨 접지 대비 캐패시턴스가 향상되고 와이어 권선에 의해 인덕턴스가 향상됩니다.
기타 예는 다음과 같습니다.
- 고주파 회로 또는 안테나에서의 위상 매칭을 위한 짧은 동축 또는 마이크로스트립 라인,
- 전자파 속도와 전자파 속도를 일치시키기 위해 이동파 튜브의 나선형으로서 마그네트론 및 카이스트론의 중공 공진기 라인,
- 자유자극 레이저의 진동자.
지연시간을 생성하는 또 다른 방법은 집적회로 기억장치에 지연선을 구현하는 것이다.이 작업은 디지털 방식으로 수행되거나 개별 아날로그 방식으로 수행될 수 있습니다.아날로그는 버킷브릿지 디바이스 또는 CCD(Charge-Coupled Device)를 사용하여 저장된 전하를 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 단계적으로 전송합니다.디지털 방식과 아날로그 방식 모두 전송 단계를 결정하는 클럭 주파수의 상단에서 절반까지 대역폭이 제한됩니다.
기가헤르츠 속도로 동작하는 현대 컴퓨터에서는 병렬 데이터 버스 내의 도체 길이에서 밀리미터의 차이가 발생하면 데이터 비트 스큐가 발생하여 데이터 손상 또는 처리 성능 저하가 발생할 수 있습니다.이 문제는 모든 도체 경로를 비슷한 길이로 만들어 지그재그 배선을 사용하여 이동 거리가 짧아질 때까지 도착 시간을 지연시킴으로써 해결됩니다.
레퍼런스
- ^ 미국 특허 262만9827건
- ^ J. P. Eckert, Jr., A Survey of Digital Computer Memory Systems, Proceedings of IRE, 1953년 10월
- ^ Wilkes, Maurice V. (January 1968). "Computers Then and Now". Journal of the ACM. 15 (1): 1–7. doi:10.1145/321439.321440. S2CID 9846847.
- ^ Wilkes, M. V.; Renwick, W. (Jul 1948). Better quality, bigger file size. "An Ultrasonic Memory Unit" (PDF). Electronic Engineering. 20: 209–210.
{{cite journal}}:외부 링크others= - ^ Glass Memories. Corning Electronics. 1963. RRP 8/63 5M.
- ^ Backers, F.T. (1968). Ultrasonic delay lines for the PAL colour-television system (PDF) (Ph.D.). Eindhoven, Netherlands: Technische Universiteit. pp. 7–8.
Backers, F. Th. (1968). "A delay line for PAL colour television receivers" (PDF). Philips Technical Review. 29: 243–251.
외부 링크
- 어쿠스틱 지연 라인 메모리– 페이지 중간쯤에 Feranti 와이어 기반 시스템 이미지가 있습니다.
- 지연 라인 메모리 – 자기 저항 변환기의 다이어그램이 포함되어 있습니다.
- Litton Monroe Epic 3000 - 1967년 전자 계산기 내부의 비틀림 지연선에 대한 세부 정보를 보여줍니다.
- 자기저항 메모리, 독일 컴퓨터 박물관에서 여전히 사용
- 미국 특허 2,629,827 "메모리 시스템" (Eckert-Mauchly Computer Corporation), 1947년 10월 출원, 1953년 2월 특허 취득
- 32개의 TV 지연 회선으로 구성된 디스플레이 터미널 전체 설명
- "What store for EDSAC?". The National Museum of Computing. 13 September 2013. 니켈 지연 라인 메모리의 작동 방식, 구조에 대한 일부 정보
- EDSAC 복제본의 니켈 지연선
