Computeren, der arbejdede i raketten (Launch Vehicle Digital Computer, LVDC), spillede en nøglerolle i Apollo-programmet ved at styre Saturn 5-raketten. Ligesom de fleste computere fra den tid gemte den data i små magnetiske kerner. I denne artikel fortæller Cloud4Y om LVDC's hukommelsesmodul fra den luksuriøse af Steve Jurvetson.
Dette hukommelsesmodul blev forbedret i midten af 1960'erne. Det blev bygget ved hjælp af komponenter til overflademontage, hybridmoduler og fleksible forbindelser, hvilket gjorde det betydeligt mindre og lettere end almindelig computermemory fra den tid. Desværre kunne hukommelsesmodulet kun gemme 4096 ord på 26 bit.
Hukommelsesmodul med magnetiske kerner. Dette modul gemmer 4K ord af 26 bit data og 2 bit paritet. Med fire hukommelsesmoduler, der giver en samlet kapacitet på 16.384 ord, vejer det 2,3 kg og har dimensionerne 14 cm × 14 cm × 16 cm.
Færden til månen begyndte den 25. maj 1961, da præsident Kennedy erklærede, at Amerika ville sende en mand til månen inden for dette årti. Til dette formål blev der brugt en tre-trins Saturn 5-raket, den mest kraftfulde raket, der nogensinde er bygget. Saturn 5 blev styret og kontrolleret af computeren (her om den) på rakettens tredje trin, fra opsendelsen i kredsløb om Jorden til bevægelsen mod månen. (Apollo-rumfartøjet adskilte sig på dette tidspunkt fra Saturn 5-raketten, og LVDC's opgave var udført).
LVDC er installeret i en støtte ramme. Runde stik er synlige på forsiden af computeren. Der blev brugt 8 elektriske stik og to stik til væskekøling.
LVDC var blot en af flere computere ombord på Apollo. LVDC blev tilsluttet styresystemet, en 45 kg analog computer. Apollo Guidance Computer (AGC) styrede rumfartøjet mod måneoverfladen. Kommandomodulet indeholdt én AGC, mens månens modul indeholdt en anden AGC sammen med Abort navigationssystemet, en backup nødcomputer.
Der var flere computere ombord på Apollo
Unit Logic Devices (ULD)
LVDC blev udviklet ved hjælp af en interessant hybridteknologi kaldet ULD, unit load device. Selvom de udefra lignede integrerede kredsløb, indeholdt ULD-modulerne flere komponenter. De brugte enkle siliciumkrystaller, hvor hver havde kun én transistor eller to dioder. Disse matricer sammen med trykte tyndfilm resistorer blev monteret på en keramisk plade for at realisere kredsløb som logiske porte. Disse moduler var en variant af SLT-modulerne (), der blev udviklet til de populære IBM S/360-computere. IBM begyndte at udvikle SLT-moduler i 1961, før integrerede kredsløb blev kommercielt rentable, og i 1966 producerede IBM mere end 100 millioner SLT-moduler om året.
ULD-modulerne var betydeligt mindre end SLT-modulerne, som set på billedet nedenfor, hvilket gjorde dem mere egnede til kompakte rumcomputere. ULD-modulerne brugte keramiske dækplader i stedet for metalbenene i SLT, og havde metalforbindelser på overfladen i stedet for stifter. Klemmerne på printpladen holdt ULD-modulet på plads og var forbundet til disse forbindelser.
Hvorfor brugte IBM SLT-moduler i stedet for integrerede kredsløb? Hovedårsagen var, at integrerede kredsløb stadig var på et tidligt stade, da de blev opfundet i 1959. I 1963 havde SLT-modulerne fordele i omkostninger og ydeevne i forhold til integrerede kredsløb. Ikke desto mindre blev SLT-moduler ofte betragtet som bagudkomne sammenlignet med integrerede kredsløb. En af fordelene ved SLT-modulerne over integrerede kredsløb var, at modstandene i SLT var langt mere præcise end i integrerede kredsløb. Under fremstillingen blev de tyndfilm resistorer, der blev brugt i SLT-modulerne, omhyggeligt sandblæst for at fjerne den resistive film, indtil den ønskede modstand blev opnået. SLT-modulerne var også billigere end tilsvarende integrerede kredsløb i 1960'erne.
LVDC og det tilknyttede udstyr brugte mere end 50 forskellige typer ULD.
SLT-modulerne (til venstre) er betydeligt større end ULD-modulerne (til højre). Størrelsen på ULD er 7,6 mm × 8 mm.
På billedet nedenfor er de interne komponenter i ULD-modulet vist. Til venstre på den keramiske plade ses ledere, der er forbundet til fire små kvadratiske siliciumkrystaller. Det ligner et printkort, men vær opmærksom på, at det er meget mindre end en fingernegl. De sorte rektangler til højre er tyndfilmsmodstande, der er trykt på undersiden af pladen.
ULD, set ovenfra og nedenfra. Siliciumkrystallerne og modstandene er synlige. Mens SLT-modulerne havde modstande på overfladen, havde ULD-modulerne modstande på undersiden, hvilket øgede tæthed og også omkostninger.
På fotografiet nedenfor ses et siliciumkrystal fra ULD-modulet, der implementerede to dioder. Størrelserne er usædvanligt små; til sammenligning er der sukkerkrystaller ved siden af. Krystallet havde tre eksterne forbindelser via kobberkugler, der var loddet til tre cirkler. De to nederste cirkler (anoderne til de to dioder) var dopet (de mørkere områder), mens den øverste højre cirkel var katoden, der var forbundet til basen.
Billede af et to-diode siliciumkrystal ved siden af sukkerkrystaller.
Hvordan arbejdet med magnetiske kerne-minner fungerer.
Magnetiske kerne-minner var den primære form for datalagring på computere fra 1950'erne, indtil de i 1970'erne blev erstattet af halvlederbaserede hukommelsesenheder. Hukommelsen blev lavet af små ferrit-ringe kaldet kerner. Ferrit-ringene blev arrangeret i en rektangulær matrix, og der gik to til fire ledninger gennem hver ring for at læse og skrive information. Ringene gjorde det muligt at lagre et enkelt bit information. Kernen blev magnetiseret ved hjælp af en strømpuls gennem ledningerne, der gik gennem ferrit-ringen. Retningen af magnetiseringen af en enkelt kerne kunne ændres ved at sende en impuls i den modsatte retning.
For reading the core value, the current pulse reset the ring to state 0. If the core was previously in state 1, the changing magnetic field generated voltage in one of the wires that penetrated the cores. But if the core was already in state 0, the magnetic field wouldn't change, and no voltage would rise in the reading wire. Thus, the bit value in the core was read by resetting it to zero and checking the voltage in the reading wire. An important feature of memory on magnetic cores was that the reading process destroyed its value, so the core needed to be re-written.
Using a separate wire to change the magnetization of each core was inconvenient, but in the 1950s, ferrite memory was developed based on the principle of current coincidence. The four-wire scheme — X, Y, read, inhibit — became standard. The technology utilized a special property of the cores known as hysteresis: a small current has no effect on ferrite memory, but a current above the threshold value would magnetize the core. By applying power with half the required current to one X line and one Y line, only the core where both lines intersect received enough current for remagnetization, while other cores remained untouched.
This is how the IBM 360 Model 50 memory looked. The LVDC and Model 50 used cores of the same type, known as 19-32, because their inner diameter was 19 mil (0.4826 mm) and their outer diameter was 32 mil (0.8 mm). This photo shows that three wires pass through each core, but the LVDC utilized four wires.
The photo below shows a rectangular memory matrix of the LVDC. This matrix has 128 X wires running vertically and 64 Y wires running horizontally, with a core at each intersection. The single reading wire passes through all the strands parallel to the Y wires. The writing wire and inhibit wire pass through all the strands parallel to the X wires. The wires intersect in the middle of the matrix; this reduces induced noise because the noise from one half neutralizes the noise from the other half.
En ferrit-memory matrix LVDC, der indeholder 8192 bits. Forbindelsen til andre matricer sker via stifter på ydersiden.
Den ovenstående matrix havde 8192 elementer, hvoraf hver gemte én bit. For at gemme et hukommelsesorb, blev flere grundmatricer stablet sammen, én for hver bit i ordbogen. X- og Y-ledningerne snoede sig gennem alle grundmatricerne. Hver matrix havde en separat læselinie og en separat skriveforbudslinie. LVDC-hukommelsen brugte en stak af 14 grundmatricer, der gemte en 13-bit 'stavelse' sammen med en paritetsbit.
Stakken LVDC består af 14 grundmatricer.
Skrivning til hukommelse på magnetiske kerner krævede ekstra ledninger, såkaldte forbudslinjer. Hver matrix havde en forbudslinie, der gennemsøgte alle kernerne i den. Under skrivningsprocessen flyder strømmen gennem X- og Y-linjerne, og ommagnetiserer de valgte ringe (en ad gangen på planet) til tilstand 1, og bevarer alle 1'ere i ordbogen. For at skrive 0 i bitpositionerne blev linjen fyldt med halv strøm modsat X-linjen. Som følge heraf forblev kernerne i værdien 0. På denne måde tillod forbudslinjen ikke, at kernen skiftede til 1. Ethvert ønsket ord kunne skrives til hukommelsen ved at aktivere de relevante forbudslinjer.
LVDC hukommelsesmodul
Hvordan er LVDC hukommelsesmodulet fysisk konstrueret? I centrum af hukommelsesmodulet er der en stak af 14 ferromagnetiske hukommelsesmater, som vist tidligere. Det er omgivet af flere kredsløbskort til styring af X- og Y-ledningerne samt forbudslinjerne, læselinjerne for bit, fejldetektering og generering af de nødvendige taktsignaler.
Generelt befinder størstedelen af de kredsløb, der er relateret til hukommelse, sig i LVDC-computerlogikken, og ikke i selve hukommelsesmodulet. Specifikt indeholder computerlogikken registre til opbevaring af adresse og datord og til transformation mellem sekventiel og parallel. Den indeholder også et kredsløb til at læse fra læselinjerne for bit, fejldetektering og taktdeling.
Hukommelsesmodul med angivelse af de vigtigste komponenter. MIB (Multilayer Interconnection Board) er et 12-lag trykt kredsløb.
Hukommelsesdriverkort Y
Et ord i hukommelsen på magnetkerner vælges ved at gennemføre de relevante X- og Y-linjer gennem den primære stak af plader. Lad os begynde med at beskrive Y-driverens kredsløb og hvordan det genererer et signal gennem en af de 64 Y-linjer. I stedet for 64 separate driverkredsløb reducerer modulet antallet af kredsløb ved at bruge 8 "høje" drivere og 8 "lave" drivere. De er tilsluttet i en "matrix" konfiguration, så hver kombination af høje og lave drivere vælger forskellige linjer. Dermed vælger 8 "høje" og 8 "lave" drivere en af 64 (8 × 8) Y-linjer.
Y-driveren (forsiden) styrer valglinjerne Y i stakken af plader
På billedet nedenfor kan man se nogle af ULD-modulerne (hvide) og par af transistorer (gyldne), der styrer valglinjerne Y. "EI" modulet er hjertet af driveren: det sender et konstant spændingsimpuls (E) eller lader et konstant strømpuls (I) gå gennem valglinjen. Valglinjen styres ved aktivering af EI-modulet i spændingsmode i den ene ende af linjen og EI-modulet i strømmode i den anden ende. Resultatet er et impuls med den rette spænding og strøm, tilstrækkelig til at magnetisere kernen. Der kræves et stort impuls for at vende det; spændingsimpulsen er fastsat til 17 volt, og strømmen varierer fra 180 mA til 260 mA afhængigt af temperaturen.
Makrooptagelse af Y-driveren, der viser seks ULD-moduler og seks par transistorer. Hver ULD-modul er mærket med IBM reservedelednummer, modulstype (f.eks. "EI") og en kode, hvis værdi er uafklaret
Printpladen er også udstyret med fejlopfølgningsmoduler (ED), som registrerer, når mere end én valglinje Y aktiveres samtidig. ED-modulet bruger en simpel halvanalog løsning: det summerer indgangsspændingerne ved hjælp af et netværk af modstande. Hvis den resulterende spænding overstiger tærsklen, aktiveres nøglen.
Under the driver board is a diode matrix containing 256 diodes and 64 resistors. This matrix converts 8 upper and 8 lower pairs of signals from the driver boards into connections with 64 Y-lines that pass through the main stack of boards. Flexible cables on the top and bottom of the board connect the board to the diode matrix. Two flexible cables on the left (not visible in the photo) and two buses on the right (one is visible) connect the diode matrix to an array of cores. The flexible cable visible on the left connects the Y-board to the rest of the computer through the I/O board, while a small flexible cable in the lower right corner connects to the clock generator board.
Memory driver board X
The circuit for controlling the X lines is similar to the Y circuit, except there are 128 X lines and 64 Y lines. Since there are twice as many X wires, the module has a second X driver board located beneath it. Although the X and Y boards have the same components, the layout is different.
This board and the similar one beneath it control the selected X lines in the stack of boards with cores.
The photo below shows that some components on the board were damaged. One of the transistors is shifted, module ULD is broken in half, and another is chipped off. The layout is visible at the broken module, where one of the tiny silicon crystals (on the right) is also visible. This photo also shows traces of vertical and horizontal conductive tracks on a 12-layer printed circuit board.
Close-up of the damaged section of the board
Under the X driver boards is an X diode matrix containing 288 diodes and 128 resistors. The X diode matrix uses a topology different from the Y diode board to avoid doubling the number of components. Like the Y diode board, this board contains components installed vertically between two printed circuit boards. This method is called 'cordwood' and allows for dense packing of components.
The macro photo of the X diode matrix shows vertically mounted diodes using the cordwood method between 2 printed circuit boards. Two X driver boards are above the diode board, separated from it by polyurethane foam. Note that the printed circuit boards are placed very close to each other.
Memory amplifiers
På billedet nedenfor ses forstærkningskortet til læseren. Det har 7 kanaler til at læse 7 bits fra hukommelsestakken; et identisk kort nedenfor behandler yderligere 7 bits, i alt 14 bits. Læseforstærkerens opgave er at opdage et svagt signal (20 millivolt), der genereres af en ommagnetiseret kerne, og omdanne det til en 1-bit output. Hver kanal består af en differentiel forstærker og en buffer, efterfulgt af en differentiel transformer og en output-forespørger. Til venstre tilsluttes et 28-leder fladjordkabel til hukommelsestakken, hvilket forbinder begge ender af hver læseledningsledning til forstærkerens kredsløb, startende med MSA-1-modulet (hukommelseslæseforstærker). De enkelte komponenter er modstande (brune cylindere), kondensatorer (røde), transformatorer (sorte) og transistorer (gyldne). Data bits kommer ud af læserforstærkningskortene via fladjordkablet til højre.
Læserforstærkningskortet øverst på hukommelsesmodulet. Dette kort forstærker signalerne fra sensorledningerne for at skabe output bits
Skrivebeskyttelseslinjedriver
Skrivebeskyttelsesdrivere bruges til at skrive til hukommelsen og er placeret på undersiden af hovedmodulet. Der er 14 skrivebeskyttelseskabler, én for hver matrix i stakken. For at skrive 0 bit aktiveres den tilsvarende skrivebeskyttelsesdriver, og strømmen gennem skrivebeskyttelseslinjen forhindrer skiftet af kernen til 1. Hver linje drives af modul ID-1 og ID-2 (skrivebeskyttelseslinjedriver) og et par transistorer. Højpræcisionsmodstande på 20,8 Ohm i toppen og bunden af kortet regulerer skrivebeskyttelsesstrømmen. Det 14-leder fladjordkabel til højre forbinder driverne med de 14 skrivebeskyttelsesledninger i stakken med kerner.
Skrivebeskyttelseskortet i bunden af hukommelsesmodulet. Dette kort genererer 14 skrivebeskyttelsessignaler, der anvendes under skrivning
Hukommelsesurdriver
Urdriveren er et par kort, der genererer synkroniseringssignaler til hukommelsesmodulet. Så snart computeren starter en operation med hukommelsen, genereres forskellige synkroniseringssignaler, der anvendes af hukommelsesmodulet asynkront af modulens urdriver. Urdriverkortene befinder sig i bunden af modulet, mellem stakken og skrivebeskyttelseskortet, så kortene er svære at se.
Driver boards for the clock frequency are located below the main memory stack, but above the blocking board.
The blue components of the board in the photo above are multi-turn potentiometers, presumably for adjusting time or voltage. Resistors and capacitors are also visible on the boards. The diagram shows several MCD (Memory Clock Driver) modules, but none are visible on the boards. It is hard to tell whether this is due to limited visibility, a change in the schematic, or the presence of another board with these modules.
Memory input-output panel
The last board of the memory module is the input-output panel, which distributes signals between the memory module boards and the rest of the LVDC computer. The green 98-pin connector at the bottom connects to the LVDC memory chassis, providing signals and power from the computer. Most of the plastic connectors are broken, exposing the contacts. The distribution board is connected to this connector by two 49-pin flexible cables at the bottom (only the front cable is visible). Other flexible cables distribute signals to the X-driver board (left), Y-driver board (right), read amplifier board (top), and inhibit board (bottom). 20 capacitors on the board filter the power supplied to the memory module.
Input-output board between the memory module and the rest of the computer. The green connector at the bottom connects to the computer, and these signals are transmitted through flat cables to other parts of the memory module.
Output
The main LVDC memory module provided compact, reliable storage. Up to 8 memory modules could fit into the lower half of the computer. This allowed the computer to store 32 26-bit words or 16 kilowords in a redundant high-reliability "duplex" mode.
One interesting feature of LVDC was that memory modules could be mirrored for reliability. In "duplex" mode, each word was stored in two memory modules. If one module had an error, the correct word could be obtained from the other module. While this provided reliability, it reduced the amount of memory by half. Alternatively, memory modules could be used in "simplex" mode, where each word is stored once.
LVDC kunne rumme op til otte centralprocessor-moduler.
Modulet med magneter giver en visuel forståelse af, hvornår det krævede en 5-punds (2,3 kg) modul for at opbevare 8 KB. Alligevel var denne hukommelse ret avanceret for sin tid. Lignende enheder blev taget ud af brug i 1970'erne med fremkomsten af halvleder-DRAM.
Indholdet i RAM'en forbliver bevaret, når strømmen er afbrudt, så det er meget sandsynligt, at modulet stadig gemmer software fra det sidste brug af computeren. Ja, der kan være interessante ting at finde selv efter årtier. Det ville være spændende at forsøge at genskabe disse data, men den beskadigede kredsløbsbane skaber et problem, så indholdet vil sandsynligvis ikke kunne hentes fra hukommelsesmodulet i mange årtier.
Hvad mere nyttigt kan man læse i bloggen
→
→
→
→
→
Tilmeld dig vores -kanal, så du ikke går glip af den næste artikel! Vi skriver ikke oftere end to gange om ugen og kun når der er noget vigtigt. Vi minder også om, at Cloud4Y kan levere sikker og pålidelig fjernadgang til forretningsapplikationer og information, som er nødvendig for at opretholde forretningskontinuitet. Fjernarbejde er et ekstra skridt for at forhindre spredningen af coronavirus. Flere detaljer kan fås hos vores medarbejdere.
Kilde: habr.com
