遅延記憶装置

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UNIVAC Iの水銀遅延線(1951)

遅延記憶装置(ちえんきおくそうち)とは、媒体が音波などを伝える際の遅れを利用し、信号を循環させ記憶装置として使用するものである。種類によっては、遅延線記憶装置(delay line memory)という。技術的にはレーダーで使う信号処理技術などから生まれたもので、黎明期のコンピュータでよく使われた。

構成方法にもよるが、たとえば加算器に直列加算器が使えるなど、部品数を抑えて多くの情報を扱えるコンピュータを作ることができる、という利点がある。これは安上がりという点だけではなく、初期のコンピュータの多くが苦労した信頼性という点でも重要である。

水銀遅延線[編集]

黎明期のコンピュータで主記憶装置としてよく使われた遅延記憶装置が、水銀遅延線(すいぎんちえんせん)である。記憶装置としては、ジョン・エッカートが考案した。水銀の中の超音波を利用する。英語 delay line memory から(delay memory とはしない)「遅延」の語があるが、線というより管であることから水銀遅延管(すいぎんちえんかん)とも呼ばれる。英語でも mercury delay tube としている例が見られる。(真空管と勘違いしないように[1])tank の語を使うことも見られる。

Delay line memory fr.svg

水銀を詰めた管の両端に圧電素子をとり付けた構造をしている。片方の素子に信号を入力し、圧電効果(逆圧電効果)による振動で超音波を発生させる。超音波は水銀を媒体として管の中を伝わり、反対側の圧電素子を振動させる。振動させられた圧電素子は圧電効果により電圧を誘起するため、ここから入力信号と同様の波形を持つ信号が取り出せる。これを増幅して再び入力側に戻す(regeneration(再生)などと言う)と、信号が循環して、記憶装置として使うことができる。

このように、水銀遅延線では水晶振動子を電気信号で振動させ、水銀の中を振動が伝わっていく時間の分だけ、振動という形で情報を保持させることができる。

水銀遅延線は初期のコンピュータに用いられ、EDSACEDVACUNIVAC Iで採用された。また、日本初の電子式コンピュータ、FUJICにも水銀遅延線が使われている。

(なお、設計としては、片方を開放端か固定端として信号が反射するようにし、入力と取り出しを同じ側でおこなう、というものもありうる)

その他の材料[編集]

水銀以外に、記憶装置として使われた媒体としては、ETL Mark IIIなどで使われたガラス[2]、磁性体(金属)ワイヤを使った磁歪遅延線[3][4]、ETL Mark IVでタイミング調整用に使われ、HITAC 5020で(主記憶ではなく)レジスタに使われた、同軸ケーブル内を伝わる高周波信号の遅れを利用する電磁遅延線がある。固体遅延線や電磁遅延線は記憶以外に、アナログ時代にはフィルタの部品としてよく使われ、カラーテレビなどのために大量生産された(NTSC#ライン相関を利用したクシ形フィルタも参照。デジタル信号処理では逆に、記憶装置を使って信号の遅延が実現される)。

また、循環型で大容量のレジスタを作るために、磁気ドラムのトラックの一部を遅延線のように使うという手法があり、日本ではマルス1で使われたという例がある[5]

変わったエピソードとしては、モーリス・ウィルクスによれば、水銀より安い媒体を1947年に検討していた際、アラン・チューリングジンを提案した、というものがある。アルコールと水が、室温において温度係数がゼロになる割合で含まれているから、だという[6]。遅延記憶装置において、温度変化により動作速度がズレることは問題であり、恒温槽を必要とした、といった話があるが、FUJICでは逆転の発想で、水銀遅延線を動作させるクロックの速度を温度に合わて調節する(計算機本体との同期は、記憶装置側をマスタークロックとする)ことにより解決している[7]

[編集]

  1. ^ 『ウィルクス自伝』12章、p. 156
  2. ^ 情報処理学会コンピュータ博物館 によれば金石舎研究所(現京セラクリスタルデバイス)の協力による開発
  3. ^ 磁歪遅延線の解説と実装例(詳細不明)は、中野馨『脳をつくる』の pp. 137-138, p. 144 にある。
  4. ^ 磁歪遅延線がETL Mark IVで使われたとしているウェブページがあるが、開発者の一人である高橋茂著『コンピュータ クロニクル』 p.14 には、トランジスタの速度を下げたため、動作速度を下げると容量的に不利な遅延線は止め、磁気ドラムを採用した、とある。
  5. ^ 『日本のコンピュータの歴史』 pp. 155-172、第8章「MARS-1」
  6. ^ 『ACMチューリング賞講演集』 p. 235 。なお、『ウィルクス自伝』p. 169 によれば、精製された水銀ではなく商業用品質のものを使用したところ、タンク毎に音速が違うという問題が出た、とあり、媒体はそうなんでも良いというわけではない。同書 p. 176 にはおそらくこのチューリングの提案を指して「彼の能力の範囲外」という言葉があるので、独創的というよりは奇案に属するようである。
  7. ^ 『日本のコンピュータの歴史』(1985) p. 69

ギャラリー[編集]

外部リンク[編集]