De mercury delay line was ontwikkeld door William Shockley van Bell Labs en was voor de ENIAC computer verder verbeterd door J. Presper Eckert. Men was op het idee gekomen om gebruik te maken van het natuurkundige principe dat geluid vertraagd door een vloeistof loopt. Als men hier nu een buis van maakte waarbij geluid van de ene kant van de buis vertraagd aankomt aan de andere kant van de buis dan zou door dit voor een langere tijd te herhalen informatie kunnen bevatten. Aangezien het geluid verzwakt als het door de vloeistof loopt moet er aan het einde van de buis weer een versterking van het geluid plaatsvinden zodat het niet na een tijdje wegsterft. [1] [2] [6]
Bij de mercury delay line werd er gebruik gemaakt van een piëzo elektronisch kwarts kristal om het elektronische signaal om te zetten naar geluid. Deze geluidsgolven werden dan door een buis die gevuld was met kwik gestuurd. Aan de andere kant van de buis bevond zich een ander kwarts kristal welke de geluidsgolven detecteerde. Hierna was het nodig om de ontvangen pulsen weer te versterken en weer in de goede vorm te stoppen waarna ze weer naar het begin van de buis werden gestuurd. [1] [6]
Er waren diverse problemen met de mercury delay line namelijk:
De echo reflectie hoeveelheid is afhankelijk van de akoestische impedantie van de gebruikte vloeistof en van de akoestische impedantie van het kwarts kristal. Deze twee impedanties moesten zoveel mogelijk gelijk zijn. Bij verschillen tussen deze 2 impedanties ontstaan er echo’s aan het einde van de buis. Dit is een van de redenen waarom men hoofdzakelijk voor kwik heeft gekozen als vloeistof omdat deze een bijna gelijke akoestische impedantie heeft als het gebruikte kristal. Het echo probleem werd voorkomen door of hele lange buizen te gebruiken zodat wanneer de echo terug kwam het signaal al zo zwak was dat het niet meer gedetecteerd werd. Bij kleine buizen maakte men gebruik van een hoog geluidsabsorberend materiaal als eindstop van de buis en werd de ontvanger iets voor deze eindstop geplaatst. [1]
De temperatuursafhankelijke snelheid van de geluidsgolven in kwik was een groot probleem. De snelheid in kwik verandert ongeveer 1/3000 per graden Celsius verandering. Dit betekend dat als er 3000 bits in worden opgeslagen alle bits correct worden ontvangen aan de ontvangstzijde maar dat men niet weet welke bit er is ontvangen. De oplossing hiervoor was om het kwik in een goede temperatuur gecontroleerde omgeving te bewaren. Deze temperatuur moest constant blijven en er werd meestal voor gekozen om deze temperatuur een paar graden boven de temperatuur van de ruimte te houden. Dit had als nadeel dat voordat je het geheugen (en dus de computer) kon gebruiken er een opwarm tijd benodigd was om het kwik op temperatuur te krijgen en deze te stabiliseren daarop. De omliggende elektronica die benodigd was om het ontvangen signaal weer te verbeteren en te versterken produceerde ook een hoop warmte. Dit kon natuurlijk niet gebruikt worden zo dicht bij een temperatuur afhankelijke buis dus deze elektronica werd meestal een eind van de buizen afgeplaatst. [1] [6]
Er waren meerdere redenen waarom men hoofdzakelijk voor kwik heeft gekozen als de te gebruiken vloeistof in delay lines. Deze redenen waren:
[1]
Het resulterende geheugen wat met een delay line system kon worden gemaakt was niet een RAM (Random Access Memory). Dit betekend dat toegang tot een willekeurig woord in het opgeslagen geheugen niet willekeurig is. Het is een serieel geheugen. D.w.z. dat voordat een willekeurig woord kan worden gelezen er gewacht moet worden totdat dit woord door de buis is gelopen en kan worden uitgelezen. Dit kan in het gunstigste geval meteen aan het begin van de informatie stroom door de buis zijn maar in het slechtste geval ook helemaal aan het einde van de informatie stroom in de buis zijn. Dus de toegangstijd kan alles tussen 0 en de volledige doorlooptijd van de buis zijn. Gemiddeld is de toegangstijd dan de helft van de volledige doorlooptijd. Deze grote variabele toegangstijd was natuurlijk een grote vertraging van de machine want er moet eerst een instructie worden opgehaald daarna weer een data element en daarna weer een instructie. Er moet dus bij de opslag van de gegevens goed worden nagedacht over de volgorde van de gegevens en instructie in de delay line. Dit was een moeilijke opdracht voor de programmeurs. Dit werd deels versimpeld door gebruik te maken van kortere buizen en een groter aantal buizen. Als de verschillende buizen dan willekeurig in tijd van elkaar konden worden gebruikt dan werd de gemiddelde toegangstijd een groot deel verkort. [1] [6]
Op het volgende figuur is de mercury tank te zien die gebruikt werd in de UNIVAC. Deze bevatte meerdere mercury delay lines.
De mercury delay line was het eerste geheugen apparaat wat een grote acceptatie had als stabiel geheugen systeem. Het werd dan ook in veel machines gebruikt zoals de EDSAC, EDVAC, ACE, UNIVAC I etc. De ACE machine (voltooid in 1950) gebruikte 200 delay lines als geheugen. De EDSAC machine (voltooid in 1949) maakte gebruik van 16 lijnen die ieder 16 35-bit woorden bevatten. De EDVAC machine (voltooid in 1951) had 128 lijnen van ieder 8 44-bits woorden. [c]