Компьютерра 31.10.2011 - 06.11.2011

Статьи

Зелёная волна: откуда берутся пробкиВиктор Ивановский

Опубликовано 01 ноября 2011 года

К сожалению, всезнающий интернет не даёт ответа на простой вопрос: сколько автолюбителей проживают в России? Официальная статистика сообщает, что к началу 2009 года в Российской Федерации насчитывалось 32 млн. зарегистрированных легковых автомобилей. Грубо оценив соотношение машин ко владельцам как три к одному, получим десять миллионов наших сограждан, вынужденных регулярно терпеть автомобильные пробки.

Вечер воскресенья. Время для того, чтобы собраться с мыслями перед рабочей неделей или вернуться с дачного участка обратно в город. Если не повезёт с пробками, то эти два занятия сливаются в одну непрерывную двух-трёхчасовую медитацию. Второй вариант времяпрепровождения в плотном медленно двигающемся потоке машин — вечер буднего дня. В это время водители стремятся, наоборот, как можно быстрее покинуть город. В большинстве своём с этой проблемой сталкиваются жители столичного региона России, однако жители Нижнего Новгорода, Казани и Санкт-Петербурга тоже имеют дело с заторами на городских дорогах.

Причин появления пробок несколько. Прежде всего, это, конечно, человеческий фактор. Все наблюдали не раз, а кто-то, возможно, и участвовал во встрече формата «да я проскочу» с негативным финалом для обоих участников соревнования на скорость и проворность. Итог самонадеянности и неуступчивости, как правило, выливается в лучи ненависти, посылаемые в карму виновникам аварии медленно проезжающими мимо автолюбителями. Вторая причина — поломки автомобилей. Но так как чаще всего они связаны с беспечным подходом автовладельца к здоровью своего железного коня, то эту категорию тоже можно смело отнести к человеческому фактору. Иногда дороги перекрывают из-за желания высокопоставленного человека побыстрее оказаться в месте, отличном от его сиюминутной дислокации.

Устранить эти причины вряд ли возможно, поэтому мы вычёркиваем их из постановки задачи. Куда интереснее другие случаи — те, когда на абсолютно ровной, без ям и лежачих полицейских дороге (да простит мне Рашид Гумарович Нургалиев эту двусмысленность), без аварий и кортежей начинает собираться пробка.

Анатомия пробки

Одно из объяснений того, почему так происходит, напрямую связано с тем, как водители работают с педалью тормоза. На собственном примере можно убедиться, что резкое нажатие на педаль тормоза, «поджимание» впереди стоящего автомобиля и агрессивная манера езды способствуют увеличению времени стояния в пробке без движения. При этом останавливаетесь не только вы, но и автомобиль, который идёт за вами и ориентируется на вашу манеру езды, и так дальше по цепочке. Действительно, процесс появления затора напоминает цепную реакцию. Если шоссе состоит из небольшого числа полос, то движение затора (а он будет перемещаться в противоположную от направления движения сторону) будет линейным. В случае трёх и более полос можно проследить, как остановка одного ряда провоцирует снижение скорости соседних автомобилей, причём может привести к снижению её до нуля.

С помощью математического моделирования была выявлена закономерность: пробки зависят от агрессивности стиля вождения. Если один водитель резко тормозит на дороге, то следующему приходится снижать скорость ещё быстрее, чтобы не оказаться в ДТП. Один «гонщик» на дороге парой манёвров и подрезаний может спровоцировать возникновение пробки за пару километров позади себя. Визуально пронаблюдать процесс образования пробки на дороге можно на демонстрационной модели, разработанной при содействии дрезденского технического университета. В ней реализованы сценарии с зажигающимся на прямой трассе светофорами, со сменой полос, одной заблокированной полосой, подъёмом, полосой разгона со второстепенной дороги и кольцевым движением. Последний вариант — самый интересный, так как позволяет увидеть, что пробка может образоваться буквально без причины и дорожных препятствий.

Теория большой пробки

Откуда берутся данные для создания подобных моделей? И насколько вообще наука продвинулась в изучении заторов?

Изучение транспортных потоков с точки зрения математической теории ведётся уже более века. Самым первым засвидетельствованным решением задачи оптимизации дорожного трафика стало обращение математика Блеза Паскаля в парижскую мэрию в 1654 году. Суть его заключалась в предложении организации регулярного движения общедоступных пассажирских карет, причём с фиксированной и рассчитанной стоимостью проезда, вычисленной на основании субъективной оценки «ценности времени». Уже спустя сотни лет, после Второй мировой войны, данный подход реализовался в формировании величины «минимальной общественно-признанной ценности времени гражданина», заложенной в базовых характеристиках транспортной системы. Данный параметр влияет на инженерное проектирование дорог и расчёты маршрутов и расписания движения общественного транспорта. К сожалению, здравая западная идея с «капиталистическим» меркантильным оттенком в Советском Союзе применения не нашла.

Среди современных математиков, занимавшихся проблематикой дорожного движения, отметились Коши с его сугубо математической работой об «обращении -формы фундаментальной диаграммы», Пирсод и Холл с их «теорией катастроф». Первая же транспортная математическая модель авторства Лайтхилла-Уизема появилась в 1955 году и реализовывала фундаментальную диаграмму транспортного потока. Модель описывала зависимость плотности потока от его интенсивности на определённом участке дороги. Основными параметрами, определяющими характеристики потока, стали его средняя скорость, плотность потока — число единиц транспорта на единицу длины, его интенсивность — число единиц транспорта, проходящих через точку дороги в единицу времени.

Основой для построения модели послужила физика жидкости, поэтому разработку Лайтхилла-Уизема называют «гидродинамической». Как и в случае с жидкостями, в их видении транспортный поток подвержен фазовым переходам — скачкообразным изменениям в скорости и плотности транспортных единиц. Эти изменения волнообразно движутся и превращают автостраду в подобие желе (это отлично просматривается на флэш-демонстрации, приведённой по ссылке выше). Причём обратный переход, как в случае перемагничивания, характеризуется явлением гистерезиса: на то, чтобы погасить волну требуется гораздо больше затрат, нежели для её создания.

В итоге мы приходим к тому, что бороться нужно не с пробками, а с причинами их возникновения. Проще предотвратить их, чем потом ликвидировать последствия. Гидродинамическая теория подсказывает нам набор параметров, которые необходимо контролировать для недопущения фазового перехода. Это плотность среды, скорость потока и его интенсивность. При этом в системе обязательно должна присутствовать обратная связь, иначе будет невозможно реализовать механизм автоподстройки под различные начальные параметры потока.

Обратная связь

Три приведённых выше базовых параметра регулируются тремя же способами воздействия на поток.

Инструмент первый — светофор. Его задача — формировать окна для безопасного и беспрепятственного проезда автомобилей. Для этого время его переключения должно быть синхронизировано с промежутками зелёного света «соседей». Самый наглядный пример того, как всё должно работать, — сцена финальной погони из блокбастера «Такси», только там роль автоматики осуществлял Эмильен с радиостанцией, а светофоры переключались специально обученными людьми. Автор статьи, кстати, наблюдал похожую реализацию «зелёной волны» на Горьковском шоссе, возвращаясь в выходные в Москву. В том случае переключения в ручном режиме производили сотрудники полиции, и, надо заметить, у них это неплохо получалось. Для полной же автоматизации этого процесса исключается ручное воздействие, а добавляются ещё два элемента.

Инструмент второй — датчики скорости и плотности потока. Чаще всего это радары, аналогичные тем, что используются для поимки нарушителей скоростного режима; кроме эффекта Доплера, за последние 150 лет ничего нового в этой области не появилось. Для измерения плотности потока могут использоваться фотоэлементы или те же радарные установки. Именно они задают входные условия для автоматизированной системы. На их основании отдаются команды на переключение светофоров и данные для третьего компонента интеллектуальной «зелёной волны».

Инструмент третий — информационные табло. В зависимости от дорожной обстановки информационная система высчитывает оптимальные скорость и плотность потока, получает данные о текущей ситуации и информирует водителей о рекомендуемой скорости движения. Физически этот механизм реализуется с помощью информаторов над проезжей частью, на которых высвечивается скорость волны. Водитель, конечно, волен лихачить и не соблюдать её, но в потоке он будет вынужден идти со средней скоростью сознательных автолюбителей, которых, как мы надеемся, в нашем обществе подавляющее большинство.

В теории всё просто. А как обстоит дело на практике?

Москва

Первая «зелёная волна» появилась в столице в 1955 году на Садовом кольце. Сейчас система нового поколения работает в районе Волоколамского шоссе — там функционирует участок для формирования оптимального по скоростному режиму транспортного потока. Вдоль дороги установлены датчики, получающие информацию о скорости потока и передающие её в центр управления системой. Электронный мозг на основании этих данных выдает параметры управляющего воздействия на поток — «говорит», с какой скоростью следует двигаться автомобилям и с какой частотой переключаться светофорам. Кроме реализации описанного участка, существуют планы по созданию аналогичных интеллектуальных промежутков трасс на Ленинградском, Щёлковском шоссе и на МКАД.

Санкт-Петербург

В северной столице работают несколько систем управления дорожным движением, но все они успели застать конец советского периода. Самые современные теоретически могут обеспечить функционирование до двух десятков режимов работы светофоров, но на практике «обучены» лишь трём-четырём программам.

Калининград

Комплекс АСУ дорожного движения был внедрён в самом западном городе России в 2007 году. В его создании участвовали белорусские специалисты, до этого реализовавшие аналогичную систему в Минске. Внедрение «зелёной волны» позволило увеличить среднюю скорость на некоторых городских улицах с 10 до 20 км/ч в час пик, что на деле эквивалентно строительству ещё одной дорожной полосы.

Челябинск

АСУ дорожного движения обслуживает в этом суровом городе более 200 светофоров. Правда, в качестве основы была выбрана не отечественная система, а программный комплекс, заказанный в Сингапуре. По расчётам специалистов, увеличение пропускной способности перекрёстков в рамках внедрения АСУ может увеличиться на 15%.

Гомель

Пару месяцев назад в Гомеле был запущен комплекс автоматизированной системы управления дорожным движением. Там уже заявлена средняя скорость передвижения по городским улицам в 50 км/ч. Эксплуатирующаяся система также из той же серии, что работает в столице Белоруссии.

Hard or soft?

Современные АСУ дорожного движения (АСУ ДД) нельзя назвать только «программным» средством регулирования. Помимо наличия «софтверной» составляющей необходимо, чтобы оконечные устройства — светофоры — «понимали» язык, на котором с ними общается АСУ ДД, и знали, как необходимо работать в случае потери связи с ней. Архитектуру разрабатываемых сейчас систем можно уверенно охарактеризовать как модульную. Управление движением осуществляется с единого пульта, к которому по разнообразным каналам, от выделенных линий до Ethernet и беспроводной связи, подключаются светофоры, каждый из которых оборудован отдельными входами для включения «зелёной волны».

Подключаемые «на местах» аппаратные контроллеры могут управлять как отдельным светофором, так и набором перекрёстков. Системы интегрируются с камерами наблюдения на перекрёстках, оператор может задавать на различных светофорах разные режимы функционирования, группировать их для оптимизации скорости транспортного потока в автоматическом и ручном режиме. Помимо управления, ПО включает в себя модули расчёта наилучших параметров движения в зависимости от дорожной ситуации, аналитику загруженности улиц.

Не забыты и технологии резервирования — в случае потери связи с управляющим сервером на светофорах может быть включена резервная программа работы.

Несмотря на то что в последнее время часто раздаются разговоры о развале российской науки и техники, реально действующие и неплохо зарекомендовавшие себя АСУ ДД проектируются и создаются не только на Западе, но и в России. Компании, занимающиеся разработкой ПО для оптимизации дорожного движения, работают в Москве (АСУ ДД разработки ГК «Спецтехника» и АСУ ДД «Город»), Санкт-Петербурге (АСУ ДД «Спектр 2.0»), Пензе (АСУ ДД «Автоматика»), а оборудование для них выпускается практически в любом крупном промышленном городе.

В качестве резюме хочется привести немного видоизмененную фразу из одного анекдота: движение есть и прогресс есть. Благодаря автоматизации машины на улицах наших городов начинают двигаться быстрее. Необходимость создания программной и аппаратной базы для реализации насущных задач стимулирует разработку в области IT, а значит и высокотехнологичную промышленность. Видимо, не обязательно углубляться в нанотехнологии с их наномасштабами и проблемами. Ведь для того, чтобы утихомирить броуновское движение на реальных улицах и дать стимул для развития макросистем и процессов на примере дорожно-транспортных сетей и отечественной разработки ПО, нужно всего лишь оторваться от микроскопа и выглянуть в окно.

Удачи вам на дорогах!


К оглавлению

Delay Line Memory: ртутная память UNIVAC I Евгений Лебеденко, Mobi.ru

Опубликовано 02 ноября 2011 года

Устройство, о котором рассказывается ниже, тоже появилось благодаря радарной установке. И так же, как в случае с магнетроном, его идея возникла благодаря любознательности изобретателя и его желанию превратить идею в реальность.


Речь идёт об удивительной разновидности оперативной памяти компьютеров, в основе которой лежит эффект, к компьютерной области никакого отношения не имеющий. Эта разновидность «оперативки» имела недолгий век, однако успела «засветиться» в таких раритетах, как первый коммерчески успешный компьютер UNIVAC I и один из первых электронных программируемых калькуляторов компании Monroe.

Официально этот вид ОЗУ именуют «памятью на линиях задержки» (delay line memory), но благодаря применяемому в ней рабочему веществу её чаще всего называют mercury memory — ртутной памятью.

Линия задержки. Исчезнуть с радаров

1942 год. Разгар Второй мировой войны. Военная авиация противоборствующих сторон, нанося сокрушительные бомбовые удары и дерзкие налёты истребителей, успешно доказывает, что именно она является царицей войны.

Чтобы успешно бороться с налётами, учёные всех участвующих в войне стран упорно трудятся над совершенствованием «воздушного эхолота» — радара. Его простой, но чрезвычайно эффективный принцип работы, основанный на измерении времени задержки радиоимпульса, отражаемого объектами, на которые он был направлен, имеет один существенный недостаток. В том случае, когда объект движется, время задержки отражённого от него импульса в каждый момент времени будет разным, и на экране радара визуально видно направление его перемещения. Но на своем пути радарный радиоимпульс отражается от массы неподвижных объектов — крон деревьев, заводских труб, радиомачт. Время задержки радиоимпульса от неподвижного предмета всякий раз одинаково. А это означает, что предмет на экране радара становится «бельмом на глазу» — его постоянное присутствие мешает разглядеть перемещение движущихся объектов. Особенно плохо дело обстоит, если радар сканирует пространство, наполненное неподвижными вещами. Их светящиеся фантомы заполоняют экран и делают поиск целей бессмысленным занятием.


До появления линий задержки экраны радаров были переполнены шумами от неподвижных объектов

Оригинальное решение этой проблемы было найдено довольно быстро. Отражённый радиоимпульс разделялся на два сигнала, один из которых попадал на экран, а другой в так называемую линию задержки (delay line) — устройство, замедляющее его распространение на время очередного цикла сканирования. На выходе линии задержки сигнал инвертируется и подается на экран вместе с сигналом нового цикла. Поскольку время задержки отражённого от неподвижного объекта сигнала совпадает со временем сигнала, побывавшего в линии задержки, то два эти противоположных по фазе импульса взаимно гасят друг друга. Неподвижный объект исчезает с экрана.

Элегантно? Конечно. Но одно дело придумать идею, а другое — воплотить её в реальном устройстве. Инженеры всего мира бились над поиском материалов и способов реализации delay line. Принципиальное решение было найдено быстро: преобразовать электрический импульс в акустическую волну. Скорость распространения звука значительно ниже скорости потока электронов, а значит, правильно настроенная акустическая волна задержит радарный импульс на требуемое время. На выходе линии задержки звук вновь преобразовывают в электрический сигнал, который и подают на инвертор. И если со способом всё было понятно, то с материалами для его реализации возникли трудности. Чего только не перепробовали инженеры. В ход шли пьезокристаллы, стекло с металлизированным напылением, хитро переплетённые стальные сердечники и сплавы различных металлов.

Несмотря на массу усилий, полученные линии задержки были далеки от совершенства. До того момента, пока свой вариант не предложил Джон Экерт Младший. Направленный после окончания знаменитой школы инженеров-электронщиков Мура в физическую лабораторию Университета Пенсильвании, Экерт вплотную занялся радарными проблемами, и в частности линиями задержки. Эксперименты Экерта не прошли даром. Ему удалось найти вещество, удельное акустическое сопротивление которого совпадало с сопротивлением кварцевых пьезокристаллов — генератора и детектора звуковых волн на концах линии задержки. Этим веществом оказалась ртуть.

Будучи помещённой в стальную трубку, на концах которой расположены пьезокристаллы, ртуть работала переносчиком акустической волны от кристалла-генератора к кристаллу-детектору. Подобрав трубку нужной длины и диаметра, вмещающей требуемое количество ртути, можно было создать линию задержки, работающую с беспрецедентной точностью. Свое изобретение Экерт запатентовал. Дивиденды от этого патента позволили Экерту чуть позже начать собственный бизнес его мечты.

От ENIAC до UNIVAC. Рождение Delay Line Memory

Мечтой инженера Экерта были компьютеры. В сороковые годы прошлого столетия успешные реализации цифровых ЭВМ можно было пересчитать по пальцам. Z3 — детище Конрада Цузе, британский «колосс» Mark 1 да узкоспециализированный компьютер ABC (Atanasoff-Berry Computer). Архитектуру этих машин и других попыток компьютеростроения Экерт знал наизусть. И горел желанием разработать собственный компьютер. Этой идеей Экерт заразил пришедшего учиться в Университет Пенсильвании Джона Мочли.


Экерт и Мочли

Тем более что задача, для которой требовался компьютер, была весьма актуальна: военному ведомству США нужна была машина для автоматизации расчётов таблиц стрельбы. В 1943 году Экерт и Мочли предлагают министерству обороны архитектуру компьютера ENIAC. Особенностью этой вычислительной машины было использование десятичной системы исчисления. Реализован ENIAC был в Лаборатории баллистических испытаний. Позже, в 1946 году, к тандему Экерта и Мочли присоединяется Джон фон Нейман, именем которого чуть позже назовут архитектуру компьютеров с хранимыми в памяти программами и данными — основу практически всех современных ЭВМ. Их совместным детищем стал компьютер EDVAC, разработка которого также финансировалась военными.

Накопив бесценный опыт создания компьютеров на благо обороноспособности Родины, Экерт и Мочли решают начать пожинать плоды трудов своих на полях частного бизнеса. Основанная ими в 1946 году Electronic Control Company чуть позже переименовывается в фирму имени себя любимых — Eckert-Mauchly Computer Corporation (EMCC). Напористый Экерт успешно находит первого крупного клиента — Бюро переписи населения США. Он убеждает работающих по старинке переписчиков в острой необходимости автоматизации их работы (на носу перепись 1950 года) и получает заказ на EDVAC II. Переманив много талантливых инженеров из школы Мура, Экерт и Мочли берутся за дело.


Сотрудники EMCC в 1949 году

Результатом их работы становится UNIVAC I, который в 1951 году и приобрело Бюро переписи. В UNIVAC Экерт развивает идеи фон Неймана о хранимой в памяти программе. В качестве долговременного запоминающего устройства в UNIVAC I используются бобины со стальной лентой. А вот для организации оперативной памяти изобретательный Экерт применяет свою давешнюю разработку — ртутную линию задержки. Как же устройство из радара попало в компьютер?


UNIVAC I представлял собой целый комплекс оборудования, занимающий отдельный этаж здания. Саркофаг слева — контейнер для хранения памяти на ртутных линиях задержки
Акустическая память UNIVAC I

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.

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.


К оглавлению

Загрузка...