随机存取存储器的诞生

英国的曼彻斯特“宝贝”是第一台用于存储程序的电子数字计算机。

无论是在网飞上看电影、玩电子游戏，还是单纯地浏览数码照片，你的电脑都会定期进入内存获取指令。没有随机存取存储器（RAM），今天的计算机甚至无法启动。

多年来，存储器一直由真空管、充满水银的玻璃管以及（最后出现的）半导体组成。

不过第一批计算机根本没有任何可重新编程的存储器。英国曼彻斯特的科学与工业博物馆表示，直到20世纪40年代末，每次机器需要改变任务时，都必须对其进行物理重新编程和重新布线。

曼彻斯特小型实验机是第一台能够在读/写存储器中存储指令和数据的电子数字计算机，它被称为曼彻斯特“宝贝”。1948年6月，它成功地从存储器中运行了程序。

计算机先驱弗雷德里克•C.威廉姆斯（Frederic C.Williams）、汤姆•基尔伯恩（Tom Kilburn）和杰夫•托蒂尔（Geoff Totill）在曼彻斯特大学研发制造了这台机器及其存储系统——威廉姆斯-基尔伯恩管。

曼彻斯特大学技术史讲师詹姆斯•萨姆纳（James Sumner）在接受《曼彻斯特晚报》采访时表示：“‘宝贝’的能力十分有限，但它是电子存储程序计算的首次实际演示，当今几乎所有的计算机都使用了这种快速灵活的存储方法。”

“宝贝”如何记住信息

第二次世界大战后，为了打造能够在存储器中执行多种任务的计算机，全球各地的研究小组都展开了研究。英国工程师威廉姆斯便是其中一名研究者，他是一位雷达先驱，在英国马尔文电信研究所（TRE）工作。

威廉姆斯在雷达系统和电子研究领域有着令人印象深刻的背景。他帮助开发了“敌我识别”系统，该系统可使用雷达脉冲在战争期间识别盟军飞机。

由于专业知识过硬，1945年，马尔文电信研究所委托威廉姆斯编辑一系列雷达技术书籍并为书籍供稿。作为研究的一部分内容，他前往位于新泽西州默里希尔的贝尔实验室了解其正在进行的工作，即如何从阴极射线管（CRT）上的雷达轨迹中去除地面回波。威廉姆斯想到的办法是使用两台阴极射线管，通过在两台阴极射线管之间来回传递雷达轨迹以对其进行存储。

威廉姆斯回到马尔文电信研究所并开始研究这个想法，他意识到，通过这样的方法也可以只用一台阴极射线管来存储数字数据。马尔文电信研究所的学术主任基尔伯恩也加入了威廉姆斯的研究。

阴极射线管可以使用电子枪将聚焦的电子束射向荧光屏。荧光粉被电子束射中时会发光；最终，荧光会消失，直到再次被电子束击中。

为存储数字数据，威廉姆斯和基尔伯恩使用了更强大的电子束。当电子束撞击屏幕时，它会将几个电子撞到一边，短暂地产生一个带正电的斑点，这个斑点被负电光环包围。读取数据则涉及写入面板上的每个数据点，并对附近金属板中产生的电流模式进行解码，解码取决于之前是否在该点写入了内容。

维基工程和技术史上关于“宝贝”的一个条目显示，随着时间的推移，电子的电荷会发生逃逸（正如电视屏幕上的荧光粉不再发光），并且不允许继续存储数据。为了保持电荷不消失，电子束必须反复读取荧光体上存储的数据，重新生成相关的电荷图。当今计算机的动态随机存取存储器（DRAM）也使用了这样的刷新过程。

1946年，两人展示了可实现1位存储的设备。此设备如今被称为威廉姆斯-基尔伯恩管，有时简称为威廉姆斯管。

同样在1946年，威廉姆斯加入了曼彻斯特大学并担任电工系主任。马尔文电信研究所临时派遣基尔伯恩去那里与他一起工作，两人在大学的计算机实验室继续开展研究。一年后，威廉姆斯招募了计算机科学家托蒂尔加入团队。1947年，他们使用威廉姆斯-基尔伯恩管成功实现了2048位存储。

打造原型

为测试威廉姆斯-基尔伯恩管的可靠性，1948年，在计算机实验室创始人马克斯•纽曼和计算机科学家艾伦•图灵的指导下，基尔伯恩和托蒂尔打造了一台小型实验机。他们花了6个月的时间，使用了二战时期密码破译机器的多余零部件。曼彻斯特“宝贝”由此诞生。

“宝贝”长5米、高2米、重约1吨，占据了实验室大楼的一整间房。这台计算机由金属架、上百个阀门和真空管以及一组垂直安装的手动开关组成。用户可通过开关一点一点地将程序输入内存，并可直接从威廉姆斯-基尔伯恩管的表面读取输出。

1948年6月21日，“宝贝”运行了第一个程序。该程序由基尔伯恩编写，包含了17条指令，用于查找整数的最大因子。“宝贝”在53分钟内进行了350万次计算后得出了正确答案。

截至1953年，全球有17个开创性计算机设计团队采用了威廉姆斯-基尔伯恩的随机存取存储器技术。

2022年6月，IEEE将“宝贝”列入IEEE里程碑事件以表纪念。IEEE英国和爱尔兰分会赞助了这项提名。里程碑计划由IEEE历史中心管理并得到了捐助者的支持，用以表彰世界各地杰出的技术发展。

 

审核编辑：刘清