El Launch Vehicle Digital Computer (LVDC) va tenir un paper clau en el programa lunar Apol·lo, impulsant el coet Saturn 5. Com la majoria d'ordinadors de l'època, emmagatzemava dades en nuclis magnètics diminuts. En aquest article, Cloud4Y parla del mòdul de memòria LVDC del luxe Steve Jurvetson.
Aquest mòdul de memòria es va millorar a mitjans dels anys 1960. Es va construir amb components de muntatge en superfície, mòduls híbrids i connexions flexibles, cosa que la fa un ordre de magnitud més petita i lleugera que la memòria d'ordinador convencional de l'època. No obstant això, el mòdul de memòria només permetia emmagatzemar 4096 paraules de 26 bits.
Mòdul de memòria de nucli magnètic. Aquest mòdul emmagatzema 4K paraules de 26 bits de dades i 2 bits de paritat. Amb quatre mòduls de memòria amb una capacitat total de 16 paraules, pesa 384 kg i mesura 2,3 cm × 14 cm × 14 cm.
L'aterratge a la lluna va començar el 25 de maig de 1961, quan el president Kennedy va anunciar que Amèrica posaria un home a la Lluna abans del final de la dècada. Per a això es va utilitzar un coet Saturn 5 de tres etapes, el coet més potent mai creat. Saturn 5 estava controlat i controlat per un ordinador (aquí sobre ell) la tercera etapa d'un vehicle de llançament, començant des de l'enlairament cap a l'òrbita de la Terra, i després cap a la Lluna. (La nau espacial Apol·lo s'estava separant del coet Saturn V en aquest punt i la missió LVDC es va completar.)
El LVDC s'instal·la al marc base. Els connectors circulars són visibles a la part frontal de l'ordinador. S'han utilitzat 8 connectors elèctrics i dos connectors per a refrigeració líquida
El LVDC era només un dels diversos ordinadors a bord de l'Apollo. El LVDC estava connectat al sistema de control de vol, un ordinador analògic de 45 kg. L'ordinador de guia Apollo (AGC) a bord va guiar la nau espacial cap a la superfície lunar. El mòdul de comandament contenia un AGC mentre que el mòdul lunar contenia un segon AGC juntament amb el sistema de navegació Abort, un ordinador d'emergència de recanvi.
A bord de l'Apollo hi havia diversos ordinadors.
Dispositius lògics d'unitat (ULD)
LVDC es va crear utilitzant una tecnologia híbrida interessant anomenada ULD, dispositiu de càrrega unitaria. Tot i que semblaven circuits integrats, els mòduls ULD contenien diversos components. Van utilitzar xips de silici simples, cadascun amb només un transistor o dos díodes. Aquestes matrius, juntament amb resistències impreses de pel·lícula gruixuda impreses, es van muntar en una hòstia de ceràmica per implementar circuits com una porta lògica. Aquests mòduls eren una variant dels mòduls SLT () dissenyat per als populars ordinadors de la sèrie IBM S/360. IBM va començar a desenvolupar mòduls SLT el 1961, abans que els circuits integrats fossin comercialment viables, i el 1966, IBM estava produint més de 100 milions de mòduls SLT a l'any.
Els mòduls ULD eren significativament més petits que els mòduls SLT, com es veu a la foto següent, el que els feia més adequats per a un ordinador espacial compacte. Els mòduls ULD utilitzaven coixinets de ceràmica en comptes de les agulles metàl·liques de l'SLT i tenien contactes metàl·lics a la part superior. superfície en lloc de pins. Els clips de la placa mantenien el mòdul ULD al seu lloc i es connectaven a aquests pins.
Per què IBM va utilitzar mòduls SLT en lloc de circuits integrats? El motiu principal va ser que els circuits integrats encara estaven en la seva infància, ja que es van inventar el 1959. El 1963, els mòduls SLT tenien avantatges de cost i rendiment respecte als circuits integrats. Tanmateix, els mòduls SLT sovint es consideraven inferiors als circuits integrats. Un dels avantatges dels mòduls SLT respecte als circuits integrats era que les resistències dels SLT eren molt més precises que les dels circuits integrats. Durant la fabricació, les resistències de pel·lícula gruixuda dels mòduls SLT es van fregar amb cura per eliminar la pel·lícula resistiva fins que van aconseguir la resistència desitjada. Els mòduls SLT també eren més barats que els circuits integrats comparables a la dècada de 1960.
El LVDC i els equips relacionats van utilitzar més de 50 tipus diferents d'ULD.
Els mòduls SLT (esquerra) són significativament més grans que els mòduls ULD (dreta). La mida ULD és de 7,6 mm × 8 mm
La foto següent mostra els components interns del mòdul ULD. Al costat esquerre de la placa ceràmica hi ha conductors connectats a quatre petits cristalls de silici quadrats. Sembla una placa de circuit, però tingueu en compte que és molt més petit que una ungla. Els rectangles negres de la dreta són resistències de pel·lícula gruixuda impreses a la part inferior de la placa.
ULD, vista superior i inferior. Els cristalls i resistències de silici són visibles. Mentre que els mòduls SLT tenien resistències a la superfície superior, els mòduls ULD tenien resistències a la part inferior, cosa que augmentava la densitat i el cost.
La foto següent mostra una matriu de silici del mòdul ULD, que implementava dos díodes. Les mides són inusualment petites, per comparació, hi ha cristalls de sucre a prop. El cristall tenia tres connexions externes a través de boles de coure soldades a tres cercles. Els dos cercles inferiors (els ànodes dels dos díodes) estaven dopats (zones més fosques), mentre que el cercle superior dret era el càtode connectat a la base.
Fotografia d'un cristall de silici de dos díodes al costat de cristalls de sucre
Com funciona la memòria del nucli magnètic
La memòria del nucli magnètic va ser la principal forma d'emmagatzematge de dades en els ordinadors des dels anys cinquanta fins que va ser substituïda per dispositius d'emmagatzematge d'estat sòlid als anys setanta. La memòria es va crear a partir de petits anells de ferrita anomenats nuclis. Es van col·locar anells de ferrita en una matriu rectangular i es van passar de dos a quatre cables per cada anell per llegir i escriure informació. Els anells permetien emmagatzemar un bit d'informació. El nucli es va magnetitzar mitjançant un pols de corrent a través dels cables que passaven per l'anell de ferrita. La direcció de magnetització d'un nucli es podria canviar enviant un pols en la direcció oposada.
Per llegir el valor del nucli, un pols de corrent posava l'anell en estat 0. Si el nucli havia estat prèviament en estat 1, el camp magnètic canviant creava una tensió en un dels cables que passaven pels nuclis. Però si el nucli ja estigués en estat 0, el camp magnètic no canviaria i el cable de sentit no augmentaria la tensió. Així, el valor del bit al nucli es va llegir reiniciant-lo a zero i comprovant la tensió del cable de lectura. Una característica important de la memòria dels nuclis magnètics va ser que el procés de lectura d'un anell de ferrita va destruir el seu valor, de manera que el nucli va haver de ser "reescrit".
Era inconvenient utilitzar un cable separat per canviar la magnetització de cada nucli, però a la dècada de 1950 es va desenvolupar una memòria de ferrita que funcionava segons el principi de coincidència de corrents. El circuit de quatre fils (X, Y, Sense, Inhibit) s'ha convertit en un lloc habitual. La tecnologia va explotar una propietat especial dels nuclis anomenada histèresi: un petit corrent no afecta la memòria de ferrita, però un corrent per sobre d'un llindar magnetitzaria el nucli. Quan es va alimentar amb la meitat del corrent requerit en una línia X i una línia Y, només el nucli en el qual es creuaven ambdues línies va rebre prou corrent per remagnetitzar, mentre que els altres nuclis van romandre intactes.
Així semblava la memòria de l'IBM 360 Model 50. L'LVDC i el Model 50 utilitzaven el mateix tipus de nucli, conegut com 19-32 perquè el seu diàmetre interior era de 19 mils (0.4826 mm) i el seu diàmetre exterior era de 32 mils. (0,8 mm). Podeu veure en aquesta foto que hi ha tres cables passant per cada nucli, però LVDC va utilitzar quatre cables.
La foto següent mostra una matriu de memòria LVDC rectangular. 8 Aquesta matriu té 128 cables X que funcionen verticalment i 64 cables Y que funcionen horitzontalment, amb un nucli a cada intersecció. Un únic cable de lectura passa per tots els nuclis paral·lel als cables Y. El cable d'escriptura i el cable d'inhibició passen per tots els nuclis paral·lels als cables X. Els cables es creuen al mig de la matriu; això redueix el soroll induït perquè el soroll d'una meitat anul·la el soroll de l'altra meitat.
Una matriu de memòria de ferrita LVDC que conté 8192 bits. La connexió amb altres matrius es realitza mitjançant pins a l'exterior
La matriu anterior tenia 8192 elements, cadascun emmagatzemant un bit. Per guardar una paraula de memòria, es van afegir diverses matrius bàsiques, una per a cada bit de la paraula. Els cables X i Y serpentejaven per totes les matrius principals. Cada matriu tenia una línia de lectura independent i una línia d'inhibició d'escriptura independents. La memòria LVDC utilitzava una pila de 14 matrius base (a sota) que emmagatzemaven una "síl·laba" de 13 bits juntament amb un bit de paritat.
La pila LVDC consta de 14 matrius principals
L'escriptura a la memòria del nucli magnètic requeria cables addicionals, les anomenades línies d'inhibició. Cada matriu tenia una línia d'inhibició que travessa tots els nuclis. Durant el procés d'escriptura, el corrent passa per les línies X i Y, remagnetitzant els anells seleccionats (un per pla) a l'estat 1, mantenint tots els 1 de la paraula. Per escriure un 0 a la posició del bit, la línia es va energitzar amb la meitat del corrent oposada a la línia X. Com a resultat, els nuclis es van mantenir a 0. Per tant, la línia d'inhibició no va permetre que el nucli s'invertís a 1. Qualsevol desitjat. la paraula es podria escriure a la memòria activant les línies d'inhibició corresponents.
Mòdul de memòria LVDC
Com es construeix físicament un mòdul de memòria LVDC? Al centre del mòdul de memòria hi ha una pila de 14 matrius de memòria ferromagnètica mostrades anteriorment. Està envoltat de diverses plaques amb circuits per conduir els cables X i Y i les línies d'inhibició, línies de lectura de bits, detecció d'errors i generació dels senyals de rellotge necessaris.
En general, la majoria dels circuits relacionats amb la memòria es troben a la lògica de l'ordinador LVDC, no al mòdul de memòria en si. En particular, la lògica informàtica conté registres per emmagatzemar adreces i paraules de dades i convertir entre sèrie i paral·lel. També conté circuits per a la lectura de les línies de bits de lectura, la comprovació d'errors i el rellotge.
Mòdul de memòria que mostra els components clau. MIB (Multilayer Interconnection Board) és una placa de circuit imprès de 12 capes
Placa de controlador de memòria Y
Una paraula de la memòria central es selecciona passant les respectives línies X i Y per la pila de la placa principal. Comencem descrivint el circuit del controlador Y i com genera un senyal a través d'una de les 64 línies Y. En lloc de 64 circuits de controlador separats, el mòdul redueix el nombre de circuits utilitzant 8 controladors "alts" i 8 controladors "baixos". Estan connectats en una configuració de "matriu", de manera que cada combinació de controladors alts i baixos selecciona diferents files. Així, 8 controladors "alt" i 8 "baix" seleccionen una de les 64 (8 × 8) línies Y.
La placa del controlador Y (frontal) condueix les línies de selecció Y de la pila de taulers
A la foto de sota podeu veure alguns dels mòduls ULD (blancs) i el parell de transistors (daurats) que impulsen les línies selectes Y. El mòdul "EI" és el cor del controlador: subministra un pols de tensió constant (E ) o fa passar un pols de corrent constant (I) per la línia de selecció. La línia de selecció es controla activant el mòdul EI en mode de tensió a un extrem de la línia i el mòdul EI en mode actual a l'altre extrem. El resultat és un pols amb la tensió i el corrent correctes, suficients per remagnetitzar el nucli. Es necessita molt d'impuls per donar-li la volta; el pols de tensió es fixa en 17 volts i el corrent oscil·la entre 180 mA i 260 mA segons la temperatura.
Foto macro de la placa del controlador Y que mostra sis mòduls ULD i sis parells de transistors. Cada mòdul ULD està etiquetat amb un número de peça d'IBM, un tipus de mòdul (per exemple, "EI") i un codi el significat del qual es desconeix.
La placa també està equipada amb mòduls de monitor d'error (ED) que detecten quan s'activa més d'una línia de selecció Y. El mòdul ED utilitza una solució semi-analògica senzilla: suma les tensions d'entrada mitjançant una xarxa de resistències. Si la tensió resultant està per sobre del llindar, s'activa la tecla.
Sota la placa del controlador hi ha una matriu de díodes que conté 256 díodes i 64 resistències. Aquesta matriu converteix els 8 parells superiors i 8 inferiors de senyals de la placa controladora en 64 connexions de línia Y que passen per la pila principal de plaques. Els cables flexibles a la part superior i inferior de la placa connecten la placa a la matriu de díodes. Dos cables flexibles a l'esquerra (no visibles a la foto) i dues barres a la dreta (una visible) connecten la matriu de díodes a la matriu de nuclis. El cable flexible visible a l'esquerra connecta la placa Y a la resta de l'ordinador mitjançant la placa d'E/S, mentre que el cable flexible de la part inferior dreta es connecta a la placa del generador de rellotge.
Placa de controladors de memòria X
La disposició per conduir les línies X és la mateixa que l'esquema Y, excepte que hi ha 128 línies X i 64 línies Y. Com que hi ha el doble de cables X, el mòdul té una segona placa de controlador X a sota. Tot i que les plaques X i Y tenen els mateixos components, el cablejat és diferent.
Aquest tauler i el de sota controlen X files seleccionades en una pila de taulers bàsics
La foto següent mostra que alguns components es van fer malbé a la placa. Un dels transistors està desplaçat, el mòdul ULD es trenca per la meitat i l'altre es trenca. El cablejat és visible al mòdul trencat, juntament amb un dels petits cristalls de silici (dreta). En aquesta foto també es poden veure els rastres de pistes conductores verticals i horitzontals en una placa de circuit imprès de 12 capes.
Primer pla de la secció danyada del tauler
A sota de les plaques de controlador X hi ha una matriu de díodes X que conté 288 díodes i 128 resistències. La matriu de díodes X utilitza una topologia diferent de la placa de díodes Y per evitar duplicar el nombre de components. Igual que la placa de díode Y, aquesta placa conté components muntats verticalment entre dues plaques de circuit imprès. Aquest mètode s'anomena "cordwood" i permet que els components estiguin ben empaquetats.
Una foto macro d'una matriu de díodes X que mostra díodes de fusta de cordó muntats verticalment entre 2 plaques de circuit imprès. Les dues plaques de controlador X se situen per sobre de la placa de díodes, separades d'elles per escuma de poliuretà. Tingueu en compte que les plaques de circuit imprès estan molt a prop les unes de les altres.
Amplificadors de memòria
La foto següent mostra la placa amplificadora de lectura. Té 7 canals per llegir 7 bits de la pila de memòria; el tauler idèntic de sota gestiona 7 bits més per a un total de 14 bits. L'objectiu de l'amplificador de sentit és detectar el petit senyal (20 mil·livolts) generat pel nucli remagnetizable i convertir-lo en una sortida d'1 bit. Cada canal consta d'un amplificador diferencial i un buffer, seguit d'un transformador diferencial i una pinça de sortida. A l'esquerra, un cable flexible de 28 fils es connecta a la pila de memòria, portant els dos extrems de cada cable de detecció a un circuit amplificador, començant pel mòdul MSA-1 (Memory Sense Amplifier). Els components individuals són resistències (cilindres marrons), condensadors (vermell), transformadors (negre) i transistors (daurats). Els bits de dades surten de les plaques de l'amplificador de sentit mitjançant el cable flexible de la dreta.
Placa amplificadora de lectura a la part superior del mòdul de memòria. Aquesta placa amplifica els senyals dels cables de detecció per crear bits de sortida
Controlador de línia d'inhibició d'escriptura
Els controladors d'inhibició s'utilitzen per escriure a la memòria i es troben a la part inferior del mòdul principal. Hi ha 14 línies d'inhibició, una per a cada matriu de la pila. Per escriure un bit 0, s'activa el controlador de bloqueig corresponent i el corrent a través de la línia d'inhibició evita que el nucli canviï a 1. Cada línia està impulsada per un mòdul ID-1 i ID-2 (controlador de línia d'inhibició d'escriptura) i un parell. de transistors. Les resistències de precisió de 20,8 ohms a la part superior i inferior de la placa regulen el corrent de bloqueig. El cable flexible de 14 fils de la dreta connecta els controladors als 14 cables d'inhibició de la pila de plaques centrals.
Placa d'inhibició a la part inferior del mòdul de memòria. Aquesta placa genera 14 senyals d'inhibició utilitzats durant la gravació
Memòria del controlador del rellotge
El controlador del rellotge és un parell de plaques que generen senyals de rellotge per al mòdul de memòria. Un cop l'ordinador comença una operació de memòria, els diferents senyals de rellotge utilitzats pel mòdul de memòria són generats de manera asíncrona pel controlador de rellotge del mòdul. Les plaques de la unitat del rellotge es troben a la part inferior del mòdul, entre la pila i la placa d'inhibició, de manera que les plaques són difícils de veure.
Les plaques del controlador del rellotge es troben per sota de la pila de memòria principal però per sobre de la placa de bloqueig
Els components de la placa blava de la foto de dalt són potenciòmetres de múltiples voltes, presumiblement per ajustar el temps o la tensió. Les resistències i els condensadors també són visibles a les plaques. El diagrama mostra diversos mòduls MCD (controlador de rellotge de memòria), però no hi ha cap mòdul visible a les plaques. És difícil saber si això es deu a una visibilitat limitada, un canvi de circuit o la presència d'una altra placa amb aquests mòduls.
Panell d'E/S de memòria
L'última placa del mòdul de memòria és la placa d'E/S, que distribueix els senyals entre les plaques del mòdul de memòria i la resta de l'ordinador LVDC. El connector verd de 98 pins a la part inferior es connecta al xassís de memòria LVDC, proporcionant senyals i alimentació des de l'ordinador. La majoria dels connectors de plàstic estan trencats, per això els contactes són visibles. El quadre de distribució està connectat a aquest connector mitjançant dos cables flexibles de 49 pins a la part inferior (només és visible el cable frontal). Altres cables flexibles distribueixen els senyals a la placa de controlador X (esquerra), la placa de controlador Y (dreta), la placa de l'amplificador Sense (a dalt) i la placa d'inhibició (a baix). 20 condensadors a la placa filtren l'alimentació subministrada al mòdul de memòria.
La placa d'E/S entre el mòdul de memòria i la resta de l'ordinador. El connector verd de la part inferior es connecta a l'ordinador i aquests senyals es dirigeixen a través de cables plans a altres parts del mòdul de memòria
Sortida
El mòdul de memòria LVDC principal proporciona un emmagatzematge compacte i fiable. Es poden col·locar fins a 8 mòduls de memòria a la meitat inferior de l'ordinador. Això va permetre a l'ordinador emmagatzemar 32 Paraules de 26 bits o 16 kiloparaules en mode "dúplex" redundant altament fiable.
Una característica interessant de LVDC era que els mòduls de memòria es podien duplicar per fiabilitat. En mode "dúplex", cada paraula s'emmagatzemava en dos mòduls de memòria. Si es va produir un error en un mòdul, es podria obtenir la paraula correcta d'un altre mòdul. Tot i que això va proporcionar fiabilitat, va reduir la petjada de memòria a la meitat. Alternativament, els mòduls de memòria es poden utilitzar en mode "simple", amb cada paraula emmagatzemada una vegada.
LVDC allotjava fins a vuit mòduls de memòria de CPU
El mòdul de memòria del nucli magnètic proporciona una representació visual del moment en què l'emmagatzematge de 8 KB requeria un mòdul de 5 kg (2,3 lliures). Tanmateix, aquest record era molt perfecte per a la seva època. Aquests dispositius van caure en desús a la dècada de 1970 amb l'aparició de les DRAM de semiconductors.
El contingut de la memòria RAM es conserva quan s'apaga l'alimentació, de manera que és probable que el mòdul encara emmagatzemi programari de l'última vegada que es va utilitzar l'ordinador. Sí, sí, allà podeu trobar alguna cosa interessant fins i tot dècades després. Seria interessant intentar recuperar aquestes dades, però els circuits danyats crea un problema, de manera que probablement el contingut no es podrà recuperar del mòdul de memòria durant una dècada més.
Què més pots llegir al blog?
→
→
→
→
→
Subscriu-te al nostre -canal, per no perdre's el següent article! Escrivim no més de dues vegades per setmana i només per negocis. També us recordem que Cloud4Y pot proporcionar un accés remot segur i fiable a les aplicacions empresarials i la informació necessària per a la continuïtat del negoci. El treball a distància és una barrera addicional per a la propagació del coronavirus. Els detalls són dels nostres gestors.
Font: www.habr.com