Fördröjningslinjeminne är en typ av datorminne som används i tidiga digitala datorer , såsom EDSAC , ACE och BESM , i radarteknik och färgsignalavkodare för PAL och SECAM analoga färg-TV-apparater .
Grundidén med fördröjningslinjer har sitt ursprung under utvecklingen av radar under andra världskriget , speciellt för att minska störningar från reflektioner från marken och stationära föremål. Radarerna på den tiden använde periodiska pulser av radiovågor , de reflekterade radiovågorna togs emot och förstärktes för visning på skärmen. För att ta bort stationära föremål från radarskärmen delades den reflekterade signalen i två, varav en användes direkt och den andra fördröjdes. I den elektriska kretsen subtraherades den fördröjda signalen från den föregående cykeln från den nya signalen. (Den normala signalen lades till med den fördröjda inversen.) Den resulterande signalen lämnades med endast ändringarna mellan de två signalerna och visades på skärmen. Således visades bara rörliga föremål på skärmen.
Före användningen av fördröjningslinjer som digitala lagringsenheter bestod de första sådana systemen med fördröjningslinjer av kvicksilverfyllda rör med en piezoelektrisk givare i ändarna (analoger av en högtalare och en mikrofon , vid sändnings- respektive mottagningsändarna) . Signaler från en radarförstärkare skickades till en piezokristall i ena änden av röret, som vid pulsering genererade en liten fluktuation av kvicksilvret. Oscillationen överfördes snabbt till den andra änden av röret, där en annan piezokristall vände den och överförde den till skärmen. Exakt mekanisk matchning behövdes för att ge en valbar fördröjningstid mellan pulser, som är specifik för varje radar som används.
Kvicksilver användes eftersom dess specifika akustiska motstånd är nästan lika med det akustiska motståndet för piezokristaller. Detta minimerade energiförlusterna som uppstår när signalen överförs från kristallen till kvicksilvret och vice versa. Den höga ljudhastigheten i kvicksilver (1450 m/s) gjorde det möjligt att minska väntetiden för en puls som anländer till den mottagande änden jämfört med väntetiden i ett annat, långsammare överföringsmedium (som luft), men det innebar också att det slutliga antalet pulser som kunde lagras i ett rimligt antal kvicksilverrör var begränsade. Andra negativa aspekter av användningen av kvicksilver var dess vikt, pris och toxicitet. Dessutom, för att uppnå så mycket akustisk impedansmatchning som möjligt, måste kvicksilvret hållas vid +40°C, vilket gör service av kvicksilverrör till ett hett och obekvämt jobb.
För datortillämpningar var tidsintervall också kritiska, men av en annan anledning. Alla traditionella datorer hade en naturlig minnescykeltid som krävdes för att utföra operationer som vanligtvis börjar och slutar med att läsa och skriva till minnet. Således måste fördröjningslinjerna synkroniseras så att pulserna anlände till mottagaren exakt i det ögonblick då datorn var redo att läsa dem. Vanligtvis rörde sig många pulser i fördröjningslinjerna samtidigt, och datorn var tvungen att räkna pulserna, jämföra dem med klockpulserna, för att hitta den önskade enstaka biten .
Uppfanns av John Presper Eckert för EDVAC -datorn och användes i UNIVAC I , kvicksilverfördröjningslinjen lade till en repeater vid den mottagande änden av kvicksilverfördröjningslinjen för att skicka utsignalen tillbaka till ingången. I det här fallet fortsatte pulsen som skickades till systemet att cirkulera så länge det fanns ström.
Att upprätthålla en brusfri signal på fördröjningslinjen krävde en betydande mängd ingenjörsarbete. Många givare användes för att generera en mycket smal akustisk våg som inte skulle vidröra rörets väggar. Det var också nödvändigt att ta hand om att eliminera reflektionen av signalen från den motsatta änden av röret. Eftersom vågen var smal var en betydande justering av instrumentet nödvändig så att piezokristallerna var exakt mittemot varandra. På grund av det faktum att ljudets hastighet förändrades med temperaturen (på grund av densitetens beroende av temperaturen), var rören i termostater så att deras temperatur var konstant. Istället, för att uppnå samma effekt, justerade andra system datorns klockhastighet för att matcha den omgivande temperaturen.
EDSAC , den första verkligt fungerande digitala datorn med lagrade program , arbetade på 512 35-bitars minnesord lagrade i 32 fördröjningslinjer, som var och en innehöll 576 bitar (den 36:e biten lades till varje ord som en start). /stop) . I UNIVAC 1 var kretsen något förenklad, varje tub lagrade 120 bitar och 7 stora minnesblock med 18 tuber vardera krävdes för att skapa ett minneslager för 1000 ord. I kombination med förstärkare och hjälpkretsar utgjorde de ett minnesundersystem och ockuperade ett helt separat rum. Den genomsnittliga minnesåtkomsttiden var cirka 222 µs, vilket var betydligt snabbare än de mekaniska systemen som användes i tidigare datorer.
En senare version av fördröjningslinjerna använde en metalltråd med magnetostriktiva givare som informationshållare. Små bitar av ett magnetostriktivt material, vanligtvis nickel , fästes på varje sida av ena änden av tråden som var inuti elektromagneten . När bitarna från datorn överfördes till magneten, skulle nickel dra ihop sig eller expandera och vrida änden av tråden. Den resulterande torsionsvågen rörde sig längs tråden på samma sätt som en ljudvåg rörde sig längs ett rör med kvicksilver.
Men till skillnad från kompressionsvågen var torsionsvågen betydligt mer motståndskraftig mot problemen i samband med mekaniska defekter, så mycket att tråden lindades till en spole och fästes på kortet. På grund av förmågan att vrida sig kunde trådbaserade system vara så långa som behövs och hjälpte till att lagra mycket mer data på ett element. 1000 minneselement får vanligtvis plats på ett 1 kvadratfot (0,093 m²) kort. Det betyder visserligen också att tiden som krävdes för att söka efter varje enskild bit var något längre på grund av rörelse längs tråden, och åtkomsttiden var i storleksordningen 500 µs i genomsnitt.
Fördröjningslinjeminnen var mycket billigare och mycket mer tillförlitliga än flip - flops med vakuumrör , och snabbare än självhållande reläer (låsreläer). Den användes fram till slutet av 1960 -talet , särskilt i de brittiska LEO I kommersiella datorerna , olika Ferranti -datorer och i Olivetti Programma 101 stationära programmerbara kalkylator som släpptes 1965. Kompakta kvicksilverfria magnetostriktiva fördröjningslinjer installerades i elektroniska tangentbordsdatorer (EKVM) i Iskra -serien, såväl som i Elektronika-155 .
Under den längsta tiden (fram till början av 2000-talet) fanns fördröjningslinjeminne i analoga färg-TV-apparater, där det användes för att lagra färgskillnadssignaler under en tidsperiod lika med längden på en linje i ett TV-raster. I PAL-systemet är detta nödvändigt för att kompensera för fasförvrängningar av signalöverföringsvägen och i SECAM-systemet för att säkerställa att det finns två färgskillnadssignaler samtidigt i varje linje, som sänds sekventiellt genom linjen.