Mälu magnetkivikestes Saturn 5 raketis

Kandidaadi digitaalne arvuti (Launch Vehicle Digital Computer, LVDC) mängis võtmerolli Apollo kuu programmides, juhtides Saturn 5 raketti. Nagu enamik tol ajal kasutatavaid arvuteid, salvestas ta andmeid väikestes magnettõmmustes. Käesolevas Cloud4Y artiklis tutvustatakse LVDC mälu moduuli luksuslikust kogust Steve Jurvetsonist.

See mälu moduul täiustati 1960. aastate keskel. Selle loomiseks kasutati pinnamontaaži komponente, hübriidmooduleid ja paindlikke ühendusi, mis tegi sellest oluliselt väiksema ja kergema kui tollased arvutite mälu lahendused. Siiski võimaldas mälu moodul salvestada vaid 4096 sõna 26 bitiga.

Magneetkoodide mälu moodul. See moodul salvestab 4K sõna 26 bitiga andmete ja 2 bitiga pariteedi. Nelja mälu mooduliga, mis annavad kokku 16 384 sõna mahutavuse, kaalub see 2,3 kg ja mõõtmed on 14 cm × 14 cm × 16 cm.

Kuu lend algas 25. mail 1961, kui president Kennedy kuulutas, et Ameerika saadab inimese kuule enne kümnendi lõppu. Selleks kasutati kolmest astmest koosnevat Saturn 5 raketti, mis oli kõige võimsam kunagi ehitatud rakett. Saturn 5-d juhiti ja kontrolliti arvuti kaudu (siit siit saate rohkem teavet selle kohta) kandja raketi kolmanda astme poolt, alates tõusust Maale ja seejärel liikudes Kuule. (Sel hetkel eraldus Apollo kosmoselaeva Saturn-5 raketist ja LVDC ülesanne oli täidetud).

LVDC on paigaldatud tugiraamile. Ümmargused pistikud on nähtavad arvuti esiküljel. Kasutati 8 elektrilist pistikut ja kahte vedeliku jahutuse pistikut.

LVDC oli vaid üks paljusid arvuteid Apollo pardal. LVDC oli ühendatud lennuhalduse süsteemiga, 45-kilogrammise analoogarvutiga. Apollo pardaarvuti (Apollo Guidance Computer, AGC) suunas kosmoselaeva Kuu pinnale. Kommando moodulis oli üks AGC, samas kui kuu moodulis oli teine AGC koos Abort navigatsioonisüsteemiga ja varuarvutiga.

Apollo pardal oli mitu arvutit

Unit Logic seadmed (ULD)

LVDC-d loodi huvitava hübriidtehnoloogia abil, mida nimetatakse ULD-ks, unit load device. Kuigi nad nägid välja nagu integreeritud skeemid, sisaldasid ULD moodulid mitmeid komponente. Need kasutasid lihtsaid räni kristalle, milles oli ainult üks transistor või kaks dioodi. Need maatriksid koos paksu kile trükitud takistitega paigaldati keraamilisele plaatidele, et rakendada skeeme, nagu loogikaventil. Need moodulid olid SLT moodulite variandid (Solid Logic Technology), mis töötati välja IBM-i populaarses S/360 seerias. IBM alustas SLT moodulite arendamist 1961. aastal, enne kui integreeritud skeemid said kaubanduslikult efektiivseks, ja 1966. aastaks tootis IBM üle 100 miljoni SLT mooduli aastas.

ULD moodulid olid märgatavalt väiksemad kui SLT moodulid, nagu on näha alloleval pildil, mis teeb need kompaktse kosmosearvuti jaoks sobivamaks. ULD moodulid kasutasid metallpindade, mitte metalliste tikkude küljes, ja neil olid ülemisel pinnal metallkontaktid, mitte sõrmed. Plaadi klambrid hoidsid ULD moodulit paigal ja ühendasid need kontaktidega.

Miks kasutas IBM SLT mooduleid, mitte integreet-lüliteid? Peamine põhjus oli see, et integreeritud circuit'id olid alles lapsekingades, need leiutati 1959. aastal. 1963. aastal pakkusid SLT moodulid võrreldes integreeritud circuit'idega kulude ja jõudluse eeliseid. Sellegipoolest peeti SLT mooduleid sageli vananenuks võrreldes integreeritud circuit'idega. Üks SLT moodulite eeliseid integreeritud circuit'ide ees oli see, et SLT vastupidavad elemendid olid palju täpsemad kui integreeritud circuit'ides. SLT moodulite jämedate kilega vastupidavad elemendid läbisid tootmisprotsessis põhjalikku liivapritsi töötlemist, et eemaldada vastupidav kile kuni soovitud takistuseni. SLT moodulid olid samal ajal ka odavamad kui sarnased integreeritud circuit'id 1960-ndatel.

LVDC ja sellega seotud seadmed kasutasid üle 50 erineva tüüpi ULD.

SLT moodulid (vasakul) on oluliselt suuremad kui ULD moodulid (paremal). ULD suurus on 7,6 mm × 8 mm.

Allpool pildil on nähtavad ULD-mooduli sisekomponendid. Vasakul on keraamilise plaadi peal juhtmed, mis on ühendatud nelja pisikese ruudukujulise räni kristalliga. See sarnaneb trükkplaadiga, kuid pidage meeles, et see on palju väiksem kui küünte tipp.

ULD, vaade ülalt ja alt. Näha on räni kristallid ja takistid. Kuigi SLT-moodulitel olid takistid ülemisel pinnal, olid ULD-moodulitel takistid all, mis suurendas tihedust ja ka maksumust.

Allpool pildil on näha ULD-mooduli räni kristall, mis sisaldas kahte dioodi. Mõõtmed on erakordselt väikesed, võrreldes on seal kõrval suhkrukristallid. Kristallil oli kolm välist ühendust vasekuulidega, mis olid kinnitatud kolme ringiga. Kaks alumist ringi (kaks dioodi anoodi) olid legaalsed (tumedad alad), samas kui ülemine parem ring oli katood, mis oli ühendatud alusega.

Pilt kahest dioodiga räni kristallist suhkrukristallide kõrval.

Kuidas töötab magnetkera mälu.

Magneetil põhinev mälu oli andmete salvestamise peamine vorm arvutites alates 1950. aastatest, kuni see 1970. aastatel asendati pooljuhtmälu seadmetega. See mälu koosnes tillukestest ferriitringidest, mida nimetati südamikuteks. Ferriitringid asetati ristkülikukujulisse maatriksisse ja iga ringi kaudu kulges kaks kuni neli juhet teabe lugemiseks ja kirjutamiseks. Need ringid võimaldasid salvestada ühe bitti teavet. Südamikku magnetiseeriti vooluimpulsi abil, mis kulges läbi ferriitringi läbivate juhtmete. Ühe südamiku magnetiseerimise suunda sai muuta, saates impulsi vastassuunas.

Südamiku väärtuse lugemiseks viidi vooluring ringi olekusse 0. Kui südamik oli varem olekus 1, siis muutuv magnetväli genereeris pinge ühes südamikke läbiva juhtme sees. Kuid kui südamik oli juba olekus 0, ei oleks magnetväli muutunud ja lugemisse juhtmes pinge ei tõusnud. Nii et südamiku bitiväärtust loeti, lähtestades selle nulli ja kontrollides pinget lugemisse juhtmes. Oluline omadus magnetiliste südamike mälus oli see, et ferromagnetilise ringi lugemisprotsess hävitas selle väärtuse, mistõttu südamik tuli "üles kirjutada".

Iga tuumal põhinev magnetiseerimise muutmine oli ebamugav, kuid 1950. aastatel töötati välja ferriitmälu, mis toimis voolu vastavuse põhimõttel. Neli juhtme skeem — X, Y, lugemine, keelamine — sai tavapäraseks. Tehnoloogia kasutas tuumal olevat erilist omadust, mida nimetatakse histereetikuks: väike vool ei mõjutanud ferriitmälu, kuid vool, mis ületas läviväärtuse, magnetiseeris tuuma. Kui toide antakse poole vajaliku vooluga ühele X-joonele ja ühele Y-joonele, saades piisava voolu magnetiseerimiseks ainult tuumal, kus mõlemad jooned ristuvad, samas kui teised tuumad jäävad muutmata.

Nii nägi välja IBM 360 Model 50 mälu. LVDC ja mudel 50 kasutasid ühte tüüpi tuumasid, mida tunti kui 19-32, kuna nende sise läbimõõt oli 19 mil (0,4826 mm) ja nende väline läbimõõt oli 32 mil (0,8 mm). Sel pildil on näha, et iga tuuma kaudu kulgeb kolm juhet, kuid LVDC kasutas nelja juhet.

Allpool on toodud LVDC mälumatrix. See matrix sisaldab 128 vertikaalset X-traati ja 64 horisontaalset Y-traati, millel on südamik igas ristumiskohas. Ainus lugemisjuhe kulgeb paralleelselt Y-traatidega läbi kõik sooned. Kirjutus- ja keelujuhtmed kulgevad paralleelselt X-traatidega läbi kõik sooned. Traatid kohtuvad matrixi keskel; see vähendab induktsiooni müra, kuna ühe pooled mürad neutraliseerivad teise poole müra.

Üks LVDC ferriitmälumatrix, mis sisaldab 8192 bitti. Ühendus teiste matrixidega toimub välistel külgedel olevate tapide kaudu.

Ülaltoodud matrixil oli 8192 elementi, millest igaühes hoiti ühte bitti. Mälusõna talletamiseks kokku pandi mitu põhimatriit, üks iga bitti jaoks. X- ja Y-traatid kulgesid lainetena üle kõikide põhimatriitide. Igal matrixil oli eraldi lugemis- ja keelamisliin kirjutamiseks. LVDC mälu kasutas 14 põhimatriidi (allpool) virna, säilitades 13-bitise „silo“ koos pariteedibiti.

LVDC kontsern koosneb 14 põhimaatriksist

Mälu salvestamine magnetkernides nõudis täiendavaid juhtmeid, nn keeluliine. Igal maatriksil oli üks keeluliin, mis läbis kõiki selle sees olevaid kerne. Salvestamise käigus voolab vool läbi X ja Y liinide, magnetiseerides valitud rõngad (ühe tasapinna kohta) seisundisse 1, salvestades kõik 1 sõnas. Et sisestada 0 bitipositsioonidesse, toideti liin poole voolu pikkusega, mis oli vastupidine X liinile. Selle tulemusena jäid kernid väärtusele 0. Seega ei lubanud keeluliin kernil pöörduda 1-ks. Iga soovitud sõna sai mälu salvestada vastavate keeluliinide aktiveerimise kaudu.

LVDC mälu moodul

Kuidas on LVDC mälu moodul füüsiliselt konstrueeritud? Mälu mooduli keskmes on 14 ferromagnetilise mälu maatriksist koosnev kontsern, nagu eelnevalt näidatud. Seda ümbritsevad mitmed plaadid, millel on skeem X ja Y liinide ning keeluliinide juhtimiseks, bitite lugemise, vigade tuvastamise ja vajalike kellasignaalide genereerimise liinid.

Tegelikult on enamiku mälu skeemidest seotud arvutiloogikaga LVDC, mitte mälu mooduliga endaga. Eriti sisaldab arvuti loogika aadressi ja andmesõnade salvestamiseks registreid ning muundamist järjestikuste ja paralleelsete vahel. Samuti sisaldab see skeemi bitide lugemisel lugemisliinidelt, veakontrolli ja taktimise.

Mälu moodul koos peamiste komponentidega. MIB (Multilayer Interconnection Board) on 12-kihiline trükkplaat.

Mälu draiveri plaat Y.

Sõna mälu magnettuumades valitakse vastavate X- ja Y-liinide läbimise kaudu põhiplaadi kaudu. Alustame Y-draiveri skeemi kirjeldamisest ja sellest, kuidas see genereerib signaali ühe 64 Y-liini kaudu. Selle asemel, et kasutada 64 eraldi draiveriahelat, vähendab moodul skeemide arvu 8 „kõrge“ draiveri ja 8 „madala“ draiveri abil. Need on ühendatud „võrgusilma“ konfiguratsioonis, seega valib iga kombinatsioon kõrgete ja madalate draiveritega erinevad read. Seega valivad 8 „kõrget“ ja 8 „madalat“ draiverit ühe 64 (8 × 8) Y-liini.

Y draiveri plaat (esiosa) juhib Y valikuliine plaatide virnas

Allpool oleval pildil on nähtavad mõned ULD moodulid (valged) ja paar transistorit (kuldse värvusega), mis juhivad Y valikuliine. Moodul „EI” on draiveri süda: see edastab konstantse pinge impulsi (E) või laseb konstantse voolu impulsi (I) Y valikuliini. Valikuliin juhitakse mooduli EI aktiveerimise kaudu pingerežiimis ühe otsa juures ja mooduli EI voolurežiimis teise otsa juures. Tulemuseks on impulss õige pingega ja vooluga, piisav südamiku ümbermagnetiseerimiseks. Selle ümberpööramiseks on vajalik suur impulss; ping impulse on fikseeritud 17 volti, vool kõigub temperatuurist sõltuvalt 180 mA kuni 260 mA.

Makrofoto Y draiveri plaadist, mis näitab kuute ULD moodulit ja kuut paari transistorit. Iga ULD moodul on märgitud IBM-i varuosakoodiga, mooduli tüübiga (nt „EI”) ja koodiga, mille väärtus on selgitamata

Plaadil on ka vigade jälgimise moodulid (ED), mis tuvastavad, kui korraga aktiveeritakse rohkem kui üks Y-valiku rida. ED-moodul kasutab lihtsat poolanalooglahendust: see summeerib sisendpinged resistorkoormuse kaudu. Kui tulemuseks saadud pinged ületavad läveväärtuse, aktiveeritakse lüliti.

Juhtplaadi all on dioodide matriits, mis sisaldab 256 dioodi ja 64 takistit. See matriits muundab 8 ülemist ja 8 alumist signaalipari juhi plaadilt 64 Y-read ühendusteks, mis läbivad peamist plaatide virna. Paindlikud kaablid plaadi üla- ja alapoole ühendavad plaadi dioodimatriitsiga. Kaks paindlikku kaablit vasakul (pildil pole näha) ja kaks bussi paremal (üks on nähtav) ühendavad dioodimatriitsi südamike massiiviga. Vasakul nähtav paindlik kaabel ühendab Y-plaatu arvuti ülejäänud osadega läbi sisend-väljund plaadi ja paremas alumises nurgas asuv väike paindlik kaabel ühendub taktsignaali genereerimise plaadiga.

Mälu draiveri plaat X

X-liinide juhtimisskeem sarnaneb Y-skeemile, välja arvatud see, et X-liine on 128 ja Y-liine 64. Kuna X-juhtmeid on kaks korda rohkem, on moodulil teine X-juhtide plaat, mis asub selle all. Kuigi X- ja Y-plaatidel on samad komponendid, on nende ühendused erinevad.

See plaat ja sarnane plaat allpool juhivad X valitud ridu stendplokkide siinus tuumadega.

Alloleval fotol on näha, et plaadil on mõned komponendid kahjustatud. Üks transistor on nihkunud, ULD moodul on pooleks murdunud ja teine on katki. Ühendused on nähtavad murdunud moodulis, seal on näha ka üks tilluke räni kristall (paremal). Sellel fotol on samuti näha vertikaalsete ja horisontaalsete juhtivate radade jälgi 12-kihilisel trükkplaadil.

Suumitud vaade kahjustatud plaadi alale

X-dioodimatriks asub X draiveriplaatide all, sisaldades 288 dioodi ja 128 takistit. X-dioodimatriks kasutab erinevat topoloogiat kui Y-dioodiplaat, et vältida komponentide arvu kahekordistumist. Nagu Y-dioodiplaadil, on ka sellel plaadil komponendid paigutatud vertikaalselt kahe trükkplaadi vahel. Seda meetodit nimetatakse "kordvaht" ja see võimaldab komponente tihedalt pakkida.

Makrofoto X dioodimatriksist näitab vertikaalselt paigaldatud dioode kordvaht meetodiga kahe trükkplaadi vahel. Kaks X draiveriplaati asuvad dioodiplaadi kohal, eraldatuna neilt polüuretaanist. Pange tähele, et trükkplaadid on üksteisega väga lähedal.

Mälu võimendid

Allpool on näidatud lugemise võimendi plaat. See sisaldab 7 kanalit, et lugeda 7 bitti mälust; allpool olev identne plaat töötleb veel 7 bitti, kokku 14 bitti. Lugemise võimendi ülesanne on tuvastada nõrk signaal (20 millivolti), mida genereerib ümbermagnetiseeritav südamik, ja muuta see 1-bitise väljundiks. Iga kanal koosneb diferentsiaalvõimendist ja puhverseadmest, millele järgneb diferentsiaaltrafo ja väljundite kindlustaja. Vasakul on 28-juhtmeline paindlik kaabel, mis on ühendatud mälukaardiga, juhtides iga lugemisjuhtme kaks otsa võimendi skeemile, alustades MSA-1 moodulist (mälulugemise võimendi). Eraldi komponentideks on takistid (pruunid tsylinderid), kondensaatorid (punased), trafod (mustad) ja transistorid (kuldsed). Andmebittide väljund võimendi plaatidest toimub paindliku kaabli kaudu paremal.

Lugemise võimendi plaat mälumooduli üleosas. See plaat suurendab signaale sensorijuhtmetest, et genereerida väljundibitte.

Kirjutamise keelamise liinidraiver

Keelamisjuhikud kasutatakse mälus kirjutamiseks ja need asuvad põhikomplekti alumisel küljel. Seal on 14 keelamisjoont, üks iga matriisi jaoks virnas. 0 biti kirjutamiseks aktiveeritakse vastav blokeerimisseade, ja vool keelamisjoone kaudu takistab südamiku lülitamist 1 peale. Iga joont juhivad ID-1 ja ID-2 moodul (kirjutamise keelamisjoone juht) ja kaks transistori. Kõrge täpsusega 20,8 Ohmi takistid plaadi üla- ja alaosas reguleerivad blokeerimisvoolu. 14-traatne paindlik kaabel paremal ühendab juhikud 14 keelamisjuhtmega plaatide virnas, mis sisaldavad südamikke.

Keelamisplaat mälumooduli alumises osas. See plaat genereerib 14 keelamissignaali, mida kasutatakse kirjutamise ajal.

Kella juhtme säilitamine

Kellajuht on paar plaate, mis genereerivad sünkroonimissignaale mälumoodulile. Kui arvuti alustab mäluga seonduvat operatsiooni, genereerib kellajuht mälumooduli jaoks erinevaid sünkroonimissignaale asünkroonselt. Kellajuhtimisplaadid asuvad mälumooduli alumises osas, vahepeal steki ja blokeerimisplaadi vahel, mistõttu on plaadid halvasti nähtavad.

Kellajuhtimisplaadid asuvad põhimeemori steki all, aga blokeerimisplaadi kohal.

Fotol ülalolevad sinised komponendid on mitme pöördusega potentsiomeetrid, eeldatavasti ajastuse või pingetulemuseks. Plaatidel on näha ka takiste ja kondensaatorite olemasolu. Skeem näitab mitmeid MCD (Memory Clock Driver) mooduleid, kuid plaatidel pole mooduleid nähtavad. Raskusi põhjustab madal nähtavus, skeemi muutus või mõne teise plaadi olemasolu nende moodulitega.

Mälu sisend-väljundpaneel

Mälu mooduli viimane osa on sisend- väljundplaat, mis jagab signaale mälu mooduli ja ülejäänud arvuti LVDC vahel. All olev roheline 98-kontaktiga pistik on ühendatud LVDC mälu korpusega, edastades signaale ja toite arvutist. Suur osa plastpistikutest on purunenud, mistõttu kontaktid on nähtavad. Jaotusplaat on ühendatud selle pistikuga kahe 49-kontaktiga paindlike kaablitega all (näkku on näha vaid esimest kaablit). Teised paindlikud kaablid edastavad signaale X-draiveri plaatidele (vasakul), Y-draiveri plaatidele (paremal), lugemise võimendi plaadile (üleval) ja blokeerimise plaadile (all). 20 kondensaatorit plaadil filtreerivad toite, mis on suunatud mälu moodulile.

Sisend- väljundplaat mälu mooduli ja ülejäänud arvuti vahel. All olev roheline pistik on ühendatud arvutiga ja need signaalid suunatakse läbi lamekaablite mälu mooduli teistesse osadesse.

Kokkuvõte

Peamine LVDC mälu moodul pakkus kompaktset ja usaldusväärset salvestusvõimet. Arvuti alumisse ossa sai mahutada kuni 8 mälu moodulit. See võimaldas arvutil salvestada 32 kilovatti 26-bit sõnu või 16 kilovörd ülemineku ülikindla "dupleksrežiimi" korral.

Üks huvitav omadus LVDC-s oli see, et mälumooduleid võis peegeldada usaldusväärsuse suurendamiseks. "Dupleksrežiimis" salvestati iga sõna kahel mälumoodulil. Kui ühes moodulis tekkis viga, võidi õige sõna saada teisest moodulist. Kuigi see tagas usaldusväärsuse, vähendas see mälu mahtu poole võrra. Alternatiivina võidakse mälumooduleid kasutada "simplex-režiimis", kus iga sõna salvestatakse ainult üks kord.

LVDC mahutas kuni kaheksa keskprotsessori mälumoodulit.

Magnetkeradel töötav mälumoodul annab selge ettekujutuse ajast, mil 8 KB salvestamiseks oli vajalik 5-naelane (2,3 kg) moodul. Siiski oli see mälu oma aja jaoks üsna arenenud. Selliseid seadmeid hakati 1970. aastatel kasutama, kui ilmusid pooljuhikomplektid DRAM.

RAM-i sisu säilib siis, kui toiteallikas on välja lülitatud, seetõttu on täiesti võimalik, et moodul sisaldab endiselt tarkvara arvuti viimase kasutamise hetkest. Jah, sealt võib leida huvitavaid asju isegi pärast aastakümneid. Oleks huvitav proovida neid andmeid taastada, kuid kahjustatud skeem tekitab probleemi, mistõttu sisu tõenäoliselt ei õnnestu mälumoodulist veel aastakümnete pärast välja võtta.

Mida veel huvitavat blogis lugeda Cloud4Y

→ Munaotsingud Šveitsi topograafilistel kaartidel
→ 90ndate arvutibrändid, osa 1
→ Kuidas häkkeri ema vanglasse sisenes ja juhataja arvuti nakatas
→ Võrgusidemete diagnostika virtuaalses EDGE marsruuteris
→ Kuidas pank 'katkestati'

Liituge meiega Telegram-kanal, et mitte jääda ilma järgmisest artiklist! Kirjutame mitte tihemini kui kaks korda nädalas ja ainult asjakohaselt. Samuti tuletame meelde, et Cloud4Y võib pakkuda turvalist ja usaldusväärset kaugjuurdepääsu äri rakendustele ja teabele, mis on vajalik äri katkematuse tagamiseks. Kaugtöö on täiendav tõke koroonaviiruse leviku vastu. Üksikasjad meie juhtidega.

Allikas: habr.com