За многие годы существования электронных устройств мы привыкли к тому, что по большому счёту, сложные интеллектуальные компоненты представляют собой, утрированно, массив запоминающих ячеек разного рода, позволяющих в совокупности, как просто хранить информацию, так и выстраивать разнообразную логику — собственно говоря, именно из этого и проистекает постоянно слышимая характеристика, например, насчёт процессоров — о содержании «такого-то количества транзисторов». 

Многим хорош современный подход — можно как записать информацию, так и получить практически мгновенно к ней доступ, в нужный момент времени; причём, так как время переключения самой ячейки обычно весьма ничтожно (и в том числе, благодаря этому), современные интеллектуальные системы работают достаточно быстро…однако, так было не всегда! 

Например, в прошлом, для хранения информации могли использоваться абсолютно разные физические процессы, не всегда только сугубо электрического свойства…

Скажем, как вам понравится, хранение информации в звуке?! Причём, не записанном куда-либо (нашёл чем удивить), а непосредственно, распространяющимся в среде, то есть, в динамике?!  

Многие процессы, происходящие в электронике, отличаются весьма коротким временем протекания, в ходе которого, необходимо, некоторым образом, сохранять и, в дальнейшем, использовать сохранённую информацию — таким образом, читая здесь слово «сохранять» мы не должны ассоциировать это с чем-то стабильным, долгосрочным: под «хранением» в этом случае понимаются краткие промежутки времени, например, измеряющиеся микросекундами, наносекундами. 

Для человека — это совершенно ничтожное время, в то время как для компьютерных систем может быть весьма большим отрезком, которого будет вполне достаточно, если в течение этого отрезка информация сохранится! 

На заре развития вычислительных систем современного богатства средств хранения ещё не существовало (равно, как и самих компьютерных систем в современном понимании), однако, потребность в краткосрочном хранении информации уже возникла: толчком к этому явилось развитие, как ни странно, радарных систем, когда уже в предвоенный период, в 1934-1939 годах целый ряд стран разработали свои версии радаров.

Однако, странным это может показаться только на первый взгляд, тогда как, если углубиться в этот вопрос, то выяснится и проблема, с которой столкнулись уже первые строители радаров — излучение радарной установки отражалось ото всех объектов, в том числе и от неподвижных!

Казалось бы, ну и что тут такого, всё логично? Только приводило это в результате к тому, что на экране радара возникала «каша» из подвижных и неподвижных объектов, и, таким образом, оператор радара совершенно не мог понять, что он видит: летящий самолёт или, грубо говоря, «сарай соседа» (или некие горы, строения и т.д.)! :-) 

С этим нужно было что-то делать и придумали следующий трюк: нужно было просто-напросто отфильтровать все неподвижные объекты с экрана, оставив только движущиеся — похоже, что это можно объяснить с той точки зрения (почему вообще это пришло разработчикам в голову), что на тот момент вертолётов и прочих висящих летательных аппаратов производящихся массово (какие-то штучные эксперименты не в счёт) ещё не существовало и такой подход вполне имел право на жизнь! 

В результате, была создана так называемая «линия задержки»: сигнал подавался как на экран, так и на специальное устройство, которое должно была хранить этот сигнал в течение краткого периода времени, равного промежутку между следованием импульсов радара. 

В нужный момент (когда приходит новый импульс, с новыми данными от радара), это устройство должно было выдать сохранённые данные, в инвертированном виде, для той же самой точки на экране. 

Что это давало: если для конкретной точки на экране имелся хранящийся инвертированный сигнал — сигнал от нового импульса и сохранённый инвертированный взаимно обнулялись и, таким образом, на экране в этой точке ничего не отображалось — то есть, экран отображал только движущиеся объекты, для которых, по результатам сравнения, не было сохранённой инвертированной копии… 

Однако, самое интересное было не в этом, а в самом принципе, каким образом обеспечивалось хранение данных: если сказать, обобщая, то это была акустическая волна, распространяющаяся в некоторой среде!

Да, именно так: как мы знаем, физические процессы не происходят мгновенно — они все требуют для своего осуществления некоторого времени, где не является исключением и звуковая волна: для её распространения по некоторой среде также требуется некоторое время, исходя из понимания чего можно провернуть поразительную по оригинальности (на мой взгляд) вещь: просто запустить волну и дождаться, пока она дойдёт до приёмника! На этом всё, это кратко принцип действия устройств задержки! :-) 

Скажем, мы могли бы бросить камень в воду, на одном конце пруда, и, в течение определённого времени, пока волна от всплеска идёт по пруду до другого берега, около которого мы могли бы установить некий датчик/приёмник — можно сказать, что наша информация (бит от 1 всплеска) хранилась бы прямо в волне пруда! 

В реальности, для реализации подобного, учёные перебрали целый ряд вариантов, где одним из самых первых явилась…ртуть! 

Почему именно она: уже на начальных этапах, при создании волны, было понятно, что одним из наиболее эффективных способов запуска волны являются пьезоэлектрические преобразователи; попутно было выявлено, что ртуть обладает примерно таким же акустическим сопротивлением, что означает возможность передачи волнового колебания в ртуть с минимальным отражением обратно; кроме того, высокая плотность среды позволяла передавать импульсы с большой скоростью (скорость звука в ртути 1450 м/с).

Таким образом, обеспечивался компромисс: волны как хранили информацию, так и быстро перемещались, доставляя её до приёмника, не сильно замедляя работу устройства в целом.

Причём, в этой схеме, использовалось два пьезоэлектрических преобразователя — как в качестве приёмника, так и передатчика (пьезоэлектрические преобразователи является обратимыми и могут как деформироваться под влиянием электрического тока, так и генерировать электрический ток, под влиянием деформаций), именно поэтому, на схеме подобного устройства, приведённой ниже, эти пьезоэлектрические преобразователи обозначены как «transducer»:

Однако такая система, несмотря на то что работала, не была оптимальной — как легко можно догадаться, причина заключалась всё в той же самой ртути: она была даже физически тяжела по весу, токсична, где, с первыми двумя (в некоторой степени), наверное, и можно было бы ещё смириться, однако, к этому добавлялся ещё и третий недостаток — необходимость постоянного подогрева её примерно до 40°С, так как при иных температурах, её акустическое сопротивление сильно расходилось с показателями подобного у пьезоэлектрических преобразователей… 

Несмотря на это (и, думается, из-за отсутствия более хороших альтернатив), ртутные системы задержки были использованы даже для постройки компьютера EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator), впервые запущенном в 1949 году:

И даже начальном этапе, подобная технология позволяла хранить достаточно много информации (по крайней мере, для тех лет) — как можно видеть, судя по доступной для нас информации, она позволяло хранить* 512 18-битных слов, а в дальнейшем эта память была даже расширена. 

*И, опять же, понимаем, что здесь под словом «хранить» подразумевается, что в каждой ртутной трубке «летел целый поезд» из волновых импульсов — вот что подразумевалось там под «хранением»…

На фото ниже можно как раз увидеть, как выглядел подобный блок из ртутных трубок:

Понятно, что долго так продолжаться не могло, и ртуть вовсе не была идеальным кандидатом на средство хранения; как мы уже упоминали выше, параллельно проводились эксперименты и с хранением в волновых процессах разных сред, в результате чего свет увидел ещё один вариант — хранение в виде волны, бегущей по проволоке:

Причём, было выявлено, что не все типы волн устойчивы к вносящим помехи факторам и самым успешным вариантом явился запуск волны скручивания с одного торца проволоки до другого — для этого на оба конца проволоки крепились магнитострикционные преобразователи — один из них, под влиянием подаваемого электрического тока изменял свои геометрические размеры, и быстро закручивал проволоку, запуская по ней волну, а второй, реагировал на эту волну, в результате скручивания, вырабатывая импульс электрического тока. 

Так как подобная волна была очень устойчива к внешним влияющим факторам, это позволяло хранить проволоку в достаточно внушительных мотках, добиваясь нужной степени задержки…

Способы волнового хранения не ограничивались только рассмотренными вариантами и, в качестве среды для распространения сигнала, могли использовать, в частности, кристаллы кварца.

Понятно, что такой простой и привлекательный способ для хранения информации, открывает большие возможности для создания разнообразных самоделок и экспериментирования с различными средами — так скажем, в одной из любопытных самоделок, энтузиастом была использована самая простая среда, из всех возможных (думается, в виду самой лёгкой доступности, в том числе): просто воздух! 

Он просто-напросто взял громкоговоритель, и микрофон, после чего громкоговоритель стал издавать громкие щелчки под управлением электроники, а микрофон улавливать! Как он сам заявляет, устройство позволяет хранить 4 бита — прямо в воздухе комнаты, в которой установлено!  

Для обеспечения необходимой задержки (грубо говоря, для хранения максимального числа бит, которое может быть сгенерировано в звуковом виде его схемой) — он разнёс микрофон и динамик на 7 метров друг от друга. 

Видео ещё одного аналогичного эксперимента можно найти ниже:

Таким образом, подытоживая, можно сказать, что мы узнали ещё один способ хранения информации, несколько неожиданный, прямо в волне, но особо привлекательный тем, что позволяет любому попробовать свои силы и разработать собственное устройство! ;-)

Размещайте облачную инфраструктуру и масштабируйте сервисы с надежным облачным провайдером Beget.
Эксклюзивно для читателей Хабра мы даем бонус 10% при первом пополнении.