収納チューブ

ストレージ チューブは、通常はチューブに電力が供給されている限り、長期間にわたって画像を保持するように設計された ブラウン管(CRT)の一種です。

ウィリアムズ管と呼ばれる特殊なタイプのストレージ チューブは、 1940 年代後半から 1950 年代前半にかけて、初期の多くのコンピューターのメイン メモリシステムとして使用されていました。1950 年代以降、他のテクノロジ、特にコア メモリに置き換えられました。

ストレージ チューブは、新しい形態である双安定チューブとして、1960 年代と 1970 年代にコンピュータ グラフィックス(最も有名なのはTektronix 4010シリーズ) で使用するために復活しました。今日ではストレージ チューブは時代遅れになっており、その機能は低コストのメモリ デバイスと液晶ディスプレイによって提供されています。

従来の CRT は、管の背面に電子銃を備え、管の前面にある薄い蛍光体層に向けられています。役割に応じて、電子銃から放出された電子ビームは、磁気 (テレビ) または静電 (オシロスコープ) 手段を使用してディスプレイの周囲を誘導されます。電子が蛍光体に当たると、その場所で蛍光体がしばらく「点灯」し、その後消えます。点が残る時間の長さは、蛍光体の化学反応によって決まります。

エネルギーが非常に低い場合、電子銃からの電子は蛍光体に衝突しますが、何も起こりません。エネルギーが増加すると、臨界点に達し、蛍光体が活性化されて発光します。電圧がV _{cr1 を}超えると、スポットの明るさが増加します。これにより、CRT はテレビ画像のように、さまざまな強度の画像を表示できます。 ${\displaystyle V_{cr1}}$

V _{cr1 を}超えると、別の効果、二次放出も始まります。絶縁材料が特定の臨界エネルギーを超える電子に衝突すると、材料内の電子は衝突によって材料から押し出され、自由電子の数が増加します。この効果は、暗視システムや同様のデバイスに見られる電子増倍器で使用されます。CRT の場合、この効果は通常望ましくありません。新しい電子は通常、ディスプレイに戻り、周囲の蛍光体が点灯し、画像の焦点が下がるように見えます。

二次放出の速度も電子ビーム エネルギーの関数ですが、速度曲線は異なります。電子エネルギーが増加すると、速度は上昇し、二次放出の数が電子銃から供給される数よりも多い臨界しきい値V _cr2に達します。この場合、二次電子を介してディスプレイから放出されるエネルギーが電子銃から供給される速度より大きくなるため、局所的な画像は急速に消えていきます。

どの CRT でも、画像は、 V _cr1とV _{cr2 の}2 つの値の間の電子エネルギーをスクリーンに当てることで表示されます。V _cr1より低い値では画像は形成されず、V _cr2より高い値では画像は急速に消えます 。

もう一つの副作用は、最初は不思議だったのですが、光っている部分の蛍光体に電子がくっつくことです。光の放出が弱まると、これらの電子も同様にチューブ内に戻ります。電荷は一般に視覚効果をもたらすには小さすぎるため、ディスプレイの場合には無視されるのが一般的でした。

これら 2 つの効果は、どちらもストレージ チューブの構築に利用されました。ストレージは、V _cr1よりわずかに高いエネルギーを持つ電子をスクリーンに当てることで実現され、 V _cr2より高いエネルギーを持つ電子をスクリーンに当てることで消去されます。フォーカスを改善したり、チューブ内部またはオフボード ストレージを介して画像を更新したりするために、さまざまな機械的レイアウトが使用されました。

最も理解しやすい例は、ウィリアムズ管に代表される初期のコンピュータ メモリ システムです。これらは、コンピュータに接続された第二次世界大戦の余剰レーダー ディスプレイ CRT で構成されていました。X 偏向プレートと Y 偏向プレートは、メモリ位置を画面上の X 位置と Y 位置に変換する増幅器に接続されていました。

メモリに値を書き込むには、アドレスを増幅して Y 偏向板に送信し、ビームが画面上の水平線に固定されるようにします。次に、タイム ベース ジェネレーターがX 偏向板の電圧を増加させ、ビームが選択した線をスキャンするようにします。この点では、従来のテレビが 1 本の線をスキャンするのと似ています。銃はV _cr1に近いデフォルトのエネルギーに設定され、コンピューターからのビットが銃に送られて電圧を上下に変調し、0 がV _cr1より下に、1 が上になるようにします。ビームが線の反対側に到達するまでに、1 ごとに短いダッシュのパターンが描かれ、0 ごとに短いドットとそれに続く非帯電領域で表されます。このエンコード方法により、基準信号が常に存在するようになりました。ビットは均一な間隔で配置され、非帯電の安全マージンによって分離されています。

値を読み戻すために、偏向プレートは同じ値に設定されましたが、銃のエネルギーはV _{cr2 を}超える値に設定されました。ビームがラインをスキャンすると、蛍光体は二次放出しきい値をはるかに超えて押し出されました。ビームが空白領域の上にある場合は、一定数の電子が放出されますが、ビームが点灯領域の上にある場合は、その領域に以前付着していた電子の数だけ数が増加します。ウィリアムズ管では、これらの値は、管の表示側の直前にある金属板の静電容量を測定することによって読み取られました。CRTの前面を離れる電子は、プレートに衝突してその電荷を変化させます。読み取りプロセスによって保存された値も消去されるため、信号は関連回路を通じて再生成する必要がありました。読み取り用と書き込み用の2つの電子銃を備えたCRTにより、このプロセスは簡単になりました。

TX-2やDEC PDP-1のような初期のコンピュータ グラフィックス システムでは、維持するためにコンピュータの全注意が必要でした。メイン メモリに格納されたポイントのリスト^[1]は、画像が消える前に定期的にディスプレイに読み出され、更新されます。これは通常、頻繁に発生するため、他の作業を行う時間はほとんどなく、Spacewar!のような対話型システムはプログラミングの傑作でした。

実用化のために、独自のメモリと、メインフレームからリフレッシュタスクをオフロードする非常にシンプルなコンピュータを備えたグラフィカルディスプレイが開発された。これは安価ではなかった。IBM S/360で使用されたIBM 2250グラフィックス端末は、1970年に28万ドルの費用がかかった。^[2]

ストレージ チューブは、関連するローカル コンピュータの代わりに、ディスプレイ内にベクトルを直接保存することで、ローカライズされたハードウェアのほとんどまたはすべてを置き換えることができます。以前は端末のメモリを消去してディスプレイをクリアするコマンドは、V _{cr2 を}超えるエネルギーで画面全体をスキャンすることでエミュレートできます。ほとんどのシステムでは、これにより画面全体がすばやく「フラッシュ」してから、空白の状態にクリアされます。主な 2 つの利点は次のとおりです。

• ベクターグラフィックスディスプレイと比較して帯域幅が非常に低いため^[3]、コンピュータと端末間のケーブル距離がはるかに長くなります。
• 当時は非常に高価だったディスプレイローカルRAM (最新の端末など) は必要ありません。

一般的に言えば、ストレージ チューブは 2 つのカテゴリに分けられます。より一般的なカテゴリでは、"バイナリ" 画像のみを保存できます。つまり、画面上の任意のポイントは、点灯しているか暗くなっているかのいずれかです。Tektronix Direct-View Bistable Storage Tube は、おそらくこのカテゴリの最も優れた例です。他のストレージ チューブは、 グレースケール/ハーフトーン画像を保存できますが、通常は保存時間が大幅に短くなるというトレードオフがありました。

いくつかの先駆的な蓄光管ディスプレイはMIT Project MACのARDS（Advanced Remote Display Station）、Computek 400シリーズディスプレイ端末（商用派生製品）^[4]（どちらもTektronixタイプ611ストレージディスプレイユニットを使用）、およびTektronixの4014端末（後者は導入後しばらくして事実上のコンピュータ端末標準となった（後にこのステータスにより他のシステムでエミュレートされた）。

最初の汎用コンピュータ支援教育システムであるPLATO I は、1960 年頃にILLIAC I上で動作し、コンピュータ グラフィックス ディスプレイとしてストレージ チューブを使用しました。PLATO IIとPLATO IIIもディスプレイとしてストレージ チューブを使用しました。

• 直視型双安定ストレージチューブ（DVBST）、テクトロニクスのストレージチューブの実装
• ブラウン管 §アナログ蓄積管の仕組みを説明する画像蓄積管
• ウィリアムズ管とセレクトロン管はどちらも、初期のコンピュータの記憶装置に「ストレージ管」という用語を使用していました。
• 電子ペーパー
• Tektronix 4050はフレームバッファメモリの必要性を排除するためにストレージチューブを使用しました。