Launch Vehicle Digital Computer (LVDC) spillede en nøglerolle i Apollo-måneprogrammet, der drev Saturn 5-raketten. Ligesom de fleste computere på den tid lagrede den data i små magnetiske kerner. I denne artikel fortæller Cloud4Y om LVDC-hukommelsesmodulet fra deluxe Steve Jurvetson.
Dette hukommelsesmodul blev forbedret i midten af 1960'erne. Den blev bygget ved hjælp af overflademonterede komponenter, hybridmoduler og fleksible forbindelser, hvilket gør den til en størrelsesorden mindre og lettere end datidens konventionel computerhukommelse. Hukommelsesmodulet tillod dog kun at gemme 4096 ord af 26 bit.
Magnetisk kerne hukommelsesmodul. Dette modul gemmer 4K-ord med 26 databit og 2 paritetsbit. Med fire hukommelsesmoduler, der giver en samlet kapacitet på 16 ord, vejer den 384 kg og måler 2,3 cm × 14 cm × 14 cm.
Månelandingen begyndte den 25. maj 1961, da præsident Kennedy meddelte, at Amerika ville sætte en mand på månen inden udgangen af årtiet. Til dette blev der brugt en tre-trins Saturn 5 raket, den mest kraftfulde raket, der nogensinde er skabt. Saturn 5 blev styret og styret af en computer (her om ham) tredje fase af en løfteraket, startende fra start i Jordens kredsløb og derefter på vej til Månen. (Apollo-rumfartøjet blev adskilt fra Saturn V-raketten på dette tidspunkt, og LVDC-missionen blev afsluttet.)
LVDC er installeret i basisrammen. Cirkulære stik er synlige på forsiden af computeren. Brugt 8 el-stik og to stik til væskekøling
LVDC var blot en af flere computere ombord på Apollo. LVDC var forbundet til flyvekontrolsystemet, en 45 kg analog computer. Den indbyggede Apollo Guidance Computer (AGC) guidede rumfartøjet til månens overflade. Kommandomodulet indeholdt en AGC, mens månemodulet indeholdt en anden AGC sammen med Abort navigationssystemet, en ekstra nødcomputer.
Der var flere computere om bord på Apollo.
Unit Logic Devices (ULD)
LVDC blev skabt ved hjælp af en interessant hybridteknologi kaldet ULD, unit load device. Selvom de lignede integrerede kredsløb, indeholdt ULD-moduler flere komponenter. De brugte simple siliciumchips, hver med kun en transistor eller to dioder. Disse arrays blev sammen med trykte tykfilmstrykte modstande monteret på en keramisk wafer for at implementere kredsløb såsom en logisk gate. Disse moduler var en variant af SLT-modulerne () designet til de populære computere i IBM S/360-serien. IBM begyndte at udvikle SLT-moduler i 1961, før integrerede kredsløb var kommercielt levedygtige, og i 1966 producerede IBM over 100 millioner SLT-moduler om året.
ULD-modulerne var væsentligt mindre end SLT-modulerne, som det ses på billedet nedenfor, hvilket gør dem mere velegnede til en kompakt rumcomputer. ULD-modulerne brugte keramiske puder i stedet for metalstifterne i SLT, og havde metalkontakter på toppen overflade i stedet for stifter. Klemmer på kortet holdt ULD-modulet på plads og forbundet til disse ben.
Hvorfor brugte IBM SLT-moduler i stedet for integrerede kredsløb? Hovedårsagen var, at integrerede kredsløb stadig var i deres vorden, efter at de blev opfundet i 1959. I 1963 havde SLT-moduler omkostnings- og ydeevnefordele i forhold til integrerede kredsløb. Imidlertid blev SLT-moduler ofte set som ringere end integrerede kredsløb. En af fordelene ved SLT-moduler i forhold til integrerede kredsløb var, at modstandene i SLT'er var meget mere nøjagtige end dem i integrerede kredsløb. Under fremstillingen blev tykfilmsmodstandene i SLT-modulerne omhyggeligt sandblæst for at fjerne den modstandsdygtige film, indtil de opnåede den ønskede modstand. SLT-moduler var også billigere end sammenlignelige integrerede kredsløb i 1960'erne.
LVDC og tilhørende udstyr brugte over 50 forskellige typer ULD'er.
SLT-moduler (venstre) er væsentligt større end ULD-moduler (højre). ULD-størrelsen er 7,6 mm×8 mm
Billedet nedenfor viser de interne komponenter i ULD-modulet. På venstre side af den keramiske plade er ledere forbundet til fire bittesmå firkantede siliciumkrystaller. Det ligner et printkort, men husk at det er meget mindre end en fingernegl. De sorte rektangler til højre er tykfilmsmodstande trykt på undersiden af pladen.
ULD, set fra oven og forneden. Siliciumkrystaller og modstande er synlige. Mens SLT-moduler havde modstande på den øverste overflade, havde ULD-moduler modstande på bunden, hvilket øgede tætheden såvel som omkostningerne.
Billedet nedenfor viser en siliciummatrice fra ULD-modulet, som implementerede to dioder. Størrelserne er usædvanligt små, til sammenligning er der sukkerkrystaller i nærheden. Krystallen havde tre eksterne forbindelser gennem kobberkugler loddet til tre cirkler. De to nederste cirkler (anoderne på de to dioder) var doteret (mørkere områder), mens den øverste højre cirkel var katoden forbundet med basen.
Fotografi af en to-diode siliciumkrystal ved siden af sukkerkrystaller
Hvordan magnetisk kernehukommelse virker
Magnetisk kernehukommelse var den vigtigste form for datalagring i computere fra 1950'erne, indtil den blev erstattet af solid state-lagringsenheder i 1970'erne. Hukommelse blev skabt ud fra bittesmå ferritringe kaldet kerner. Ferritringe blev anbragt i en rektangulær matrix og to til fire ledninger ført gennem hver ring for at læse og skrive information. Ringene gjorde det muligt at lagre en bit information. Kernen blev magnetiseret ved hjælp af en strømimpuls gennem ledningerne, der passerede gennem ferritringen. Magnetiseringsretningen af en kerne kan ændres ved at sende en impuls i den modsatte retning.
For at aflæse kernens værdi satte en strømimpuls ringen i tilstand 0. Hvis kernen tidligere havde været i tilstand 1, skabte det skiftende magnetfelt en spænding i en af ledningerne, der løber gennem kernerne. Men hvis kernen allerede var i tilstand 0, ville magnetfeltet ikke ændre sig, og føletråden ville ikke stige i spænding. Så værdien af bit i kernen blev aflæst ved at nulstille den til nul og kontrollere spændingen på læseledningen. Et vigtigt træk ved hukommelsen på magnetiske kerner var, at processen med at læse en ferritring ødelagde dens værdi, så kernen måtte "omskrives".
Det var ubelejligt at bruge en separat ledning til at ændre magnetiseringen af hver kerne, men i 1950'erne blev der udviklet en ferrithukommelse, der arbejdede efter princippet om strømsammenfald. Firetrådskredsløbet - X, Y, Sense, Inhibit - er blevet almindeligt. Teknologien udnyttede en særlig egenskab ved kerner kaldet hysterese: en lille strøm påvirker ikke ferrithukommelsen, men en strøm over en tærskel ville magnetisere kernen. Når den blev aktiveret med halvdelen af den nødvendige strøm på en X-linje og en Y-linje, modtog kun den kerne, hvori begge linjer krydsede, strøm nok til at remagnetisere, mens de andre kerner forblev intakte.
Sådan så IBM 360 Model 50-hukommelsen ud. LVDC og Model 50 brugte den samme type kerne, kendt som 19-32, fordi deres indre diameter var 19 mils (0.4826 mm) og deres ydre diameter var 32 mils (0,8 mm) ). Du kan se på dette billede, at der løber tre ledninger gennem hver kerne, men LVDC brugte fire ledninger.
Billedet nedenfor viser et rektangulært LVDC-hukommelsesarray. 8 Denne matrix har 128 X-ledninger, der løber lodret og 64 Y-ledninger, der løber vandret, med en kerne ved hvert kryds. En enkelt læst ledning løber gennem alle kerner parallelt med Y-ledningerne. Skriveledningen og spærretråden løber gennem alle kerner parallelt med X-ledningerne. Trådene krydser i midten af matrixen; dette reducerer den inducerede støj, fordi støjen fra den ene halvdel ophæver støjen fra den anden halvdel.
Én LVDC ferrithukommelsesmatrix indeholdende 8192 bit. Forbindelse med andre matricer udføres gennem stifter på ydersiden
Matrixen ovenfor havde 8192 elementer, der hver lagrede en bit. For at gemme et hukommelsesord blev flere grundlæggende matricer lagt sammen, en for hver bit i ordet. Trådene X og Y snoede sig gennem alle hovedmatricerne. Hver matrix havde en separat læselinje og en separat skriveinhiberingslinje. LVDC-hukommelse brugte en stak på 14 basismatricer (nedenfor) til at lagre en 13-bit "stavelse" sammen med en paritetsbit.
LVDC-stakken består af 14 hovedmatricer
At skrive til magnetisk kernehukommelse krævede yderligere ledninger, de såkaldte inhiberingslinjer. Hver matrix havde en inhiberingslinje, der løb gennem alle kernerne i den. Under skriveprocessen passerer strømmen gennem X- og Y-linjerne og remagnetiserer de valgte ringe (en pr. plan) til tilstand 1, idet alle 1'ere holdes i ordet. For at skrive et 0 ved bitpositionen blev linjen aktiveret med halvdelen af strømmen modsat linjen X. Som et resultat forblev kernerne på værdien 0. Således tillod spærrelinjen ikke kernen at vende til 1. Ethvert ønsket ord kunne skrives til hukommelsen ved at aktivere de tilsvarende spærrelinjer.
LVDC hukommelsesmodul
Hvordan er et LVDC-hukommelsesmodul fysisk konstrueret? I midten af hukommelsesmodulet er en stak af 14 ferromagnetiske hukommelsesarrays vist tidligere. Det er omgivet af flere tavler med kredsløb til at drive X- og Y-ledningerne og spærrelinjerne, bitlæselinjer, fejldetektering og generering af de nødvendige clocksignaler.
Generelt er det meste af de hukommelsesrelaterede kredsløb i LVDC-computerlogikken, ikke i selve hukommelsesmodulet. Især computerlogik indeholder registre til lagring af adresser og dataord og konvertering mellem seriel og parallel. Den indeholder også kredsløb til læsning fra læsebitlinjerne, fejlkontrol og clocking.
Hukommelsesmodul, der viser nøglekomponenter. MIB (Multilayer Interconnection Board) er et 12-lags printkort
Y-hukommelses-driverkort
Et ord i kernehukommelsen vælges ved at føre de respektive X- og Y-linjer gennem hovedkortets stak. Lad os starte med at beskrive Y-driverkredsløbet, 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 forbundet i en "matrix"-konfiguration, så hver kombination af høje og lave drivere vælger forskellige rækker. Således vælger 8 "høj" og 8 "lav" drivere en af de 64 (8 × 8) Y-linjer.
Y-driverkort (forrest) driver Y-selektionslinjerne i stakken af boards
På billedet nedenfor kan du se nogle af ULD-modulerne (hvid) og transistorparret (guld), der driver Y-selektionslinjerne. "EI"-modulet er driverens hjerte: det leverer en konstant spændingsimpuls (E) ) eller sender en konstant strømimpuls (I) gennem valglinjen. Select-linjen styres ved at aktivere EI-modulet i spændingstilstand i den ene ende af linjen og EI-modulet i strømtilstand i den anden ende. Resultatet er en puls med den korrekte spænding og strøm, tilstrækkelig til at remagnetisere kernen. Det kræver meget momentum at vende det; spændingsimpulsen er fastsat til 17 volt, og strømmen varierer fra 180 mA til 260 mA afhængig af temperaturen.
Makrofoto af Y-driverkortet, der viser seks ULD-moduler og seks par transistorer. Hvert ULD-modul er mærket med et IBM-varenummer, modultype (f.eks. "EI") og en kode, hvis betydning er ukendt
Tavlen er også udstyret med fejlmonitor (ED) moduler, der registrerer, når mere end én Y select linje er aktiveret på samme tid. ED modulet bruger en simpel semi-analog løsning: det summerer indgangsspændingerne ved hjælp af et netværk af modstande. Hvis den resulterende spænding er over tærsklen, udløses nøglen.
Under driverkortet er et diodearray, der indeholder 256 dioder og 64 modstande. Denne matrix konverterer de 8 øverste og 8 nederste par af signaler fra driverkortet til 64 Y-linjeforbindelser, der løber gennem hovedstakken af boards. Fleksible kabler i toppen og bunden af kortet forbinder kortet med diode-arrayet. To flexkabler til venstre (ikke synligt på billedet) og to samleskinner til højre (en synlig) forbinder diodematricen til rækken af kerner. Flex-kablet, der er synligt til venstre, forbinder Y-boardet med resten af computeren via I/O-kortet, mens det lille flex-kabel nederst til højre forbindes til urgeneratorkortet.
X Memory Driver Board
Layoutet til at drive X-linjerne ligner det for Y, bortset fra at der er 128 X-linjer og 64 Y-linjer. Fordi der er dobbelt så mange X-ledninger, har modulet et andet X-driverkort nedenunder. Selvom X- og Y-pladerne har de samme komponenter, er ledningsføringen anderledes.
Dette bræt og det under det styrer X udvalgte rækker i en stak kernebrætter
Billedet nedenfor viser, at nogle komponenter var beskadiget på kortet. En af transistorerne er forskudt, ULD-modulet er knækket på midten, og den anden er brækket af. Ledningerne er synlige på det ødelagte modul sammen med en af de små siliciumkrystaller (til højre). På dette billede kan du også se sporene af lodrette og vandrette ledende spor på et 12-lags printkort.
Nærbillede af den beskadigede sektion af tavlen
Under X driver boards er en X diode matrix indeholdende 288 dioder og 128 modstande. X-diode-arrayet bruger en anden topologi end Y-diode-kortet for at undgå at fordoble antallet af komponenter. Ligesom Y-diodekortet indeholder dette kort komponenter monteret lodret mellem to printkort. Denne metode kaldes "cordwood" og gør det muligt at pakke komponenterne tæt.
Et makrofoto af et X-diodearray, der viser vertikalt monterede cordwood-dioder mellem 2 printkort. De to X driver boards sidder over diode boardet, adskilt fra dem af polyurethanskum. Bemærk venligst, at printpladerne er meget tæt på hinanden.
Hukommelsesforstærkere
Billedet nedenfor viser udlæsningsforstærkerkortet. Har 7 kanaler til at læse 7 bits fra hukommelsesstakken; det identiske bord nedenfor håndterer yderligere 7 bits til i alt 14 bits. Formålet med sense-forstærkeren er at detektere det lille signal (20 millivolt), der genereres af den remagnetiserbare kerne og omdanne det til en 1-bit udgang. Hver kanal består af en differentialforstærker og buffer, efterfulgt af en differentialtransformator og udgangsklemme. Til venstre forbindes et 28-leder flexkabel til hukommelsesstakken, der fører de to ender af hver sensorledning til et forstærkerkredsløb, startende med MSA-1 (Memory Sense Amplifier) modulet. De enkelte komponenter er modstande (brune cylindre), kondensatorer (røde), transformatorer (sort) og transistorer (guld). Databittene kommer ud af sense-forstærkerkortene via det fleksible kabel til højre.
Udlæsningsforstærkerkort øverst på hukommelsesmodulet. Dette kort forstærker signalerne fra sensorledningerne for at skabe outputbits
Skriv Inhibit Line Driver
Inhibit-drivere bruges til at skrive til hukommelsen og er placeret på undersiden af hovedmodulet. Der er 14 inhiberingslinjer, en for hver matrix på stakken. For at skrive en 0 bit aktiveres den tilsvarende låsedriver, og strømmen gennem spærrelinjen forhindrer kernen i at skifte til 1. Hver linje drives af et ID-1 og ID-2 modul (skrivespærre linjedriver) og et par af transistorer. Præcisionsmodstande på 20,8 ohm i toppen og bunden af kortet regulerer blokeringsstrømmen. Det 14-leder flexkabel til højre forbinder driverne med de 14 spærretråde i stakken af kerneplader.
Inhibition board i bunden af hukommelsesmodulet. Dette kort genererer 14 blokeringssignaler, der bruges under optagelse
Ur driver hukommelse
Urdriveren er et par kort, der genererer ursignaler til hukommelsesmodulet. Når først computeren begynder en hukommelsesoperation, genereres de forskellige ursignaler, der bruges af hukommelsesmodulet, asynkront af modulets urdriver. Urdrevet boards er placeret i bunden af modulet, mellem stakken og inhibit boardet, så boards er svære at se.
Urdriverkortene er under hovedhukommelsesstakken, men over låsekortet
De blå bordkomponenter på billedet ovenfor er multi-turn potentiometre, formentlig til timing eller spændingsjustering. Modstande og kondensatorer er også synlige på pladerne. Diagrammet viser flere MCD (Memory Clock Driver) moduler, men ingen moduler er synlige på tavlerne. Det er svært at sige, om dette skyldes begrænset synlighed, en kredsløbsændring eller tilstedeværelsen af et andet kort med disse moduler.
Hukommelse I/O panel
Det sidste hukommelsesmodulkort er I/O-kortet, som fordeler signaler mellem hukommelsesmodulkortene og resten af LVDC-computeren. Det grønne 98-bens stik i bunden forbindes til LVDC-hukommelseschassiset og giver signaler og strøm fra computeren. De fleste af plaststikkene er i stykker, hvorfor kontakterne er synlige. Fordelingstavlen er forbundet til dette stik med to 49-bens fleksible kabler i bunden (kun frontkablet er synligt). Andre flexkabler distribuerer signaler til X Driver Board (venstre), Y Driver Board (højre), Sense Amplifier Board (øverst) og Inhibit Board (nederst). 20 kondensatorer på kortet filtrerer den strøm, der leveres til hukommelsesmodulet.
I/O-kortet mellem hukommelsesmodulet og resten af computeren. Det grønne stik i bunden forbindes til computeren, og disse signaler ledes gennem flade kabler til andre dele af hukommelsesmodulet
Output
Det primære LVDC-hukommelsesmodul gav kompakt, pålidelig lagring. Op til 8 hukommelsesmoduler kan placeres i den nederste halvdel af computeren. Dette gjorde det muligt for computeren at gemme 32 26-bit ord eller 16 kiloord i redundant meget pålidelig "duplex"-tilstand.
Et interessant træk ved LVDC var, at hukommelsesmoduler kunne spejles for pålidelighed. I "duplex"-tilstand blev hvert ord gemt i to hukommelsesmoduler. Hvis der opstod en fejl i et modul, kunne det korrekte ord hentes fra et andet modul. Selvom dette gav pålidelighed, halverede det hukommelsesfodaftrykket. Alternativt kan hukommelsesmodulerne bruges i "simplex" tilstand, hvor hvert ord gemmes én gang.
LVDC rummede op til otte CPU-hukommelsesmoduler
Det magnetiske kernehukommelsesmodul giver en visuel repræsentation af det tidspunkt, hvor 8 KB lagerplads krævede et 5-pund (2,3 kg) modul. Dette minde var dog meget perfekt til sin tid. Sådanne enheder gik ud af brug i 1970'erne med fremkomsten af halvleder-DRAM'er.
Indholdet af RAM bevares, når strømmen er slukket, så det er sandsynligt, at modulet stadig gemmer software fra sidste gang, computeren blev brugt. Ja, ja, der kan du finde noget interessant selv årtier senere. Det ville være interessant at forsøge at gendanne disse data, men det beskadigede kredsløb skaber et problem, så indholdet vil sandsynligvis ikke kunne hentes fra hukommelsesmodulet i endnu et årti.
Hvad kan du ellers læse på bloggen?
→
→
→
→
→
Abonner på vores -kanal, for ikke at gå glip af næste artikel! Vi skriver ikke mere end to gange om ugen og kun på forretningsrejse. Vi minder dig også om, at Cloud4Y kan give sikker og pålidelig fjernadgang til forretningsapplikationer og information, der er nødvendig for forretningskontinuitet. Fjernarbejde er en yderligere barriere for spredning af coronavirus. Detaljer er fra vores ledere.
Kilde: www.habr.com