Launch Vehicle Digital Computer (LVDC) mängis Apollo Kuu programmis võtmerolli, juhtides raketti Saturn 5. Nagu enamik tolleaegseid arvuteid, salvestas see andmeid pisikestesse magnetsüdamikesse. Selles artiklis räägib Cloud4Y Deluxe LVDC mälumoodulist Steve Jurvetson.
Seda mälumoodulit täiustati 1960. aastate keskel. Selle ehitamisel kasutati pinnale paigaldatavaid komponente, hübriidmooduleid ja paindlikke ühendusi, muutes selle suurusjärgu võrra väiksemaks ja kergemaks kui tolleaegne tavaline arvutimälu. Mälumoodul võimaldas aga salvestada vaid 4096 26-bitist sõna.
Magnetilise südamikuga mälumoodul. See moodul salvestab 4K sõnu 26 andmebitist ja 2 paarsusbitist. Nelja mälumooduliga, mis mahutavad kokku 16 384 sõna, kaalub see 2,3 kg ja mõõdud 14 cm × 14 cm × 16 cm.
Kuule maandumine algas 25. mail 1961, kui president Kennedy teatas, et Ameerika paneb Kuule mehe enne kümnendi lõppu. Selleks kasutati kolmeastmelist Saturn 5 raketti, mis on kõigi aegade võimsaim rakett. Saturn 5 juhiti ja juhiti arvutiga (siin tema kohta) kanderaketi kolmas etapp, mis algab stardist Maa orbiidile ja seejärel teel Kuule. (Apollo kosmoselaev eraldus sel hetkel Saturn V raketist ja LVDC missioon oli lõpule viidud.)
LVDC paigaldatakse alusraami sisse. Arvuti esiküljel on näha ümmargused pistikud. Kasutatud 8 elektripistikut ja vedelikjahutuseks kaks pistikut
LVDC oli vaid üks paljudest Apollo pardal olnud arvutitest. LVDC ühendati lennujuhtimissüsteemiga, 45 kg kaaluva analoogarvutiga. Pardal asuv Apollo juhendamisarvuti (AGC) juhatas kosmoselaeva Kuu pinnale. Käsumoodul sisaldas ühte AGC-d, Kuumoodul aga teist AGC-d koos Aborti navigatsioonisüsteemiga, varuarvutiga.
Apollo pardal oli mitu arvutit.
Unit Logic Devices (ULD)
LVDC loodi, kasutades huvitavat hübriidtehnoloogiat nimega ULD, ühikkoormusseade. Kuigi need nägid välja nagu integraallülitused, sisaldasid ULD-moodulid mitmeid komponente. Nad kasutasid lihtsaid ränikiipe, millest igaühel oli ainult üks transistor või kaks dioodi. Need massiivid koos trükitud paksukilega trükitud takistitega paigaldati keraamilisele vahvlile, et rakendada selliseid ahelaid nagu loogikavärav. Need moodulid olid SLT moodulite () mõeldud populaarsete IBM S/360 seeria arvutite jaoks. IBM alustas SLT-moodulite väljatöötamist 1961. aastal, enne kui integraallülitused olid äriliselt tasuvad, ja 1966. aastaks tootis IBM üle 100 miljoni SLT-mooduli aastas.
ULD moodulid olid SLT moodulitest oluliselt väiksemad, nagu on näha alloleval fotol, mistõttu sobisid nad kompaktse kosmosearvuti jaoks paremini ULD moodulites kasutati SLT metalltihvtide asemel keraamilisi plokke ning peal olid metallkontaktid pinda tihvtide asemel. Plaadil olevad klambrid hoidsid ULD-moodulit paigal ja ühendati nende kontaktidega.
Miks kasutas IBM integraallülituste asemel SLT-mooduleid? Peamine põhjus oli selles, et integraallülitused olid alles lapsekingades, kuna need leiutati 1959. aastal. 1963. aastal oli SLT moodulitel integraallülituste ees kulude ja jõudluse eelised. Siiski peeti SLT-mooduleid sageli integraallülitustest halvemaks. SLT-moodulite üks eeliseid integraallülituste ees oli see, et SLT-de takistid olid palju täpsemad kui integraallülituste omad. Valmistamise ajal puhastati SLT-moodulite paksukiletakistid hoolikalt liivapritsiga, et eemaldada takistuskile, kuni saavutati soovitud takistus. SLT moodulid olid 1960. aastatel ka odavamad kui võrreldavad integraallülitused.
LVDC ja sellega seotud seadmed kasutasid enam kui 50 erinevat tüüpi ULD-d.
SLT moodulid (vasakul) on oluliselt suuremad kui ULD moodulid (paremal). ULD suurus on 7,6 mm × 8 mm
Alloleval fotol on kujutatud ULD-mooduli sisemised komponendid. Keraamilise plaadi vasakul küljel on juhid, mis on ühendatud nelja pisikese kandilise ränikristalliga. See näeb välja nagu trükkplaat, kuid pidage meeles, et see on küünest palju väiksem. Parempoolsed mustad ristkülikud on paksu kile takistid, mis on trükitud plaadi alumisele küljele.
ULD, ülalt ja alt vaade. Silikoonkristallid ja takistid on nähtavad. Kui SLT moodulitel olid ülemisel pinnal takistid, siis ULD moodulitel olid takistid all, mis suurendas nii tihedust kui ka maksumust.
Alloleval fotol on kujutatud ULD-mooduli ränivormi, mis rakendas kahte dioodi. Suurused on ebatavaliselt väikesed, võrdluseks on lähedal suhkrukristallid. Kristallil oli kolm välist ühendust läbi kolme ringi külge joodetud vaskkuulide. Alumised kaks ringi (kahe dioodi anoodid) olid legeeritud (tumedad alad), ülemine parem ring aga katood, mis oli ühendatud alusega.
Foto kahe dioodiga ränikristallist suhkrukristallide kõrval
Kuidas magnetilise südamiku mälu töötab
Magnetmälu oli 1950. aastatest arvutites peamine andmete salvestamise vorm kuni selle asendamiseni tahkismäluseadmetega 1970. aastatel. Mälu loodi pisikestest ferriitrõngastest, mida nimetatakse südamikeks. Ferriitrõngad asetati ristkülikukujulisse maatriksisse ja iga rõnga kaudu viidi läbi kaks kuni neli juhtmest teabe lugemiseks ja kirjutamiseks. Sõrmused võimaldasid salvestada ühe bitti teavet. Südamik magnetiseeriti vooluimpulsi abil, mis läbis ferriitrõngast läbivaid juhtmeid. Ühe südamiku magnetiseerimise suunda sai muuta, saates impulsi vastassuunas.
Südamiku väärtuse lugemiseks pani vooluimpulss rõnga olekusse 0. Kui südamik oli varem olnud olekus 1, tekitas muutuv magnetväli pinge ühes südamikku läbivas juhtmes. Aga kui tuum oleks juba olekus 0, siis magnetväli ei muutuks ja tundejuhtme pinge ei tõuseks. Seega loeti südamikus oleva biti väärtus nulli lähtestades ja lugemisjuhtme pinget kontrollides. Magnetsüdamike mälu oluliseks tunnuseks oli see, et ferriitrõnga lugemisprotsess hävitas selle väärtuse, mistõttu tuli südamik "ümber kirjutada".
Iga südamiku magnetiseerituse muutmiseks oli ebamugav kasutada eraldi juhet, kuid 1950. aastatel töötati välja ferriitmälu, mis töötas voolude kokkulangemise põhimõttel. Neljajuhtmeline ahel – X, Y, Sense, Inhibit – on muutunud tavapäraseks. Tehnoloogias kasutati tuumade erilist omadust, mida nimetatakse hüstereesiks: väike vool ei mõjuta ferriitmälu, kuid läve ületav vool magnetiseerib südamiku. Kui ühel X- ja ühel Y-liinil oli pool nõutavast voolust pingestatud, sai ainult südamik, milles mõlemad liinid ristusid, piisavalt voolu ümbermagnetiseerimiseks, samas kui teised südamikud jäid puutumata.
Selline nägi välja IBM 360 mudeli 50 mälu. LVDC ja mudel 50 kasutasid sama tüüpi südamikku, mida tuntakse 19-32 nime all, kuna nende siseläbimõõt oli 19 miili (0.4826 mm) ja välisläbimõõt 32 miili (0,8 mm). Sellel fotol on näha, et igast südamikust läbib kolm juhet, kuid LVDC kasutas nelja juhtmest.
Alloleval fotol on näha üks ristkülikukujuline LVDC mälumassiivi. 8 Sellel maatriksil on 128 vertikaalselt jooksvat X-traati ja horisontaalselt 64 Y-juhet, mille igas ristumiskohas on südamik. Üks lugemistraat jookseb läbi kõigi tuumade paralleelselt Y-juhtmetega. Kirjutusjuhe ja tõkestusjuhe jooksevad läbi kõigi tuumade paralleelselt X-juhtmetega. Juhtmed ristuvad maatriksi keskel; see vähendab tekitatud müra, sest ühe poole müra summutab teise poole müra.
Üks LVDC ferriitmälumaatriks, mis sisaldab 8192 bitti. Ühendus teiste maatriksitega toimub välisküljel olevate tihvtide kaudu
Ülaltoodud maatriksil oli 8192 elementi, millest igaüks salvestab ühe biti. Mälusõna salvestamiseks liideti mitu põhimaatriksit, üks iga sõna biti kohta. Juhtmed X ja Y läksid kõigist põhimaatriksitest läbi. Igal maatriksil oli eraldi lugemisrida ja eraldi kirjutamisinhibiitori rida. LVDC mälu kasutas 14 põhimaatriksi virna (allpool), mis salvestas 13-bitise "silbi" koos paarsusbitiga.
LVDC pinu koosneb 14 põhimaatriksist
Magnetsüdamiku mällu kirjutamine nõudis lisajuhtmeid, nn inhibeerimisliine. Igal maatriksil oli üks inhibeerimisjoon, mis jooksis läbi selle kõigi tuumade. Kirjutamisprotsessi ajal läbib vool X- ja Y-liini, magnetiseerides valitud rõngad (üks tasapinna kohta) olekusse 1, säilitades sõnas kõik 1-d. Bitiasendisse 0 kirjutamiseks pingestati joon poole vooluga, mis vastas X-joonele. Selle tulemusena jäid tuumad 0-le. Seega ei võimaldanud inhibeerimisjoon südamikul 1-ni pöörata. Sõna saab mällu kirjutada, aktiveerides vastavad inhibeerivad read.
LVDC mälumoodul
Kuidas on LVDC mälumoodul füüsiliselt ehitatud? Mälumooduli keskel on varem näidatud 14 ferromagnetilise mälumassiivi virn. See on ümbritsetud mitme plaadiga, millel on vooluring X- ja Y-juhtmete ning blokeerimisliinide, bitilugemisliinide, vigade tuvastamise ja vajalike kellasignaalide genereerimiseks.
Üldiselt on suurem osa mäluga seotud vooluringidest LVDC arvutiloogikas, mitte mälumoodulis endas. Eelkõige sisaldab arvutiloogika registreid aadresside ja andmesõnade salvestamiseks ning jada- ja paralleelrežiimi vahel teisendamiseks. See sisaldab ka lülitusi lugemisbitiridade lugemiseks, vigade kontrollimiseks ja taktideks.
Mälumoodul, mis näitab põhikomponente. MIB (Multlayer Interconnection Board) on 12-kihiline trükkplaat
Y-mälu draiveri plaat
Tuummälus olev sõna valitakse vastavate X- ja Y-ridade läbimisel põhiplaadi pinu. Alustuseks kirjeldame Y-draiveri ahelat ja seda, kuidas see genereerib signaali läbi ühe 64 Y-liinist. 64 eraldi draiveriahela asemel vähendab moodul ahelate arvu, kasutades 8 "kõrget" draiverit ja 8 "madalat" draiverit. Need on ühendatud "maatriksi" konfiguratsiooniga, nii et iga kõrge ja madala draiveri kombinatsioon valib erinevad read. Seega valivad 8 "kõrget" ja 8 "madalat" draiverit ühe 64 (8 × 8) Y-reast.
Y-draiveri plaat (eesmine) juhib plaatide virnas olevaid Y-valiku ridu
Alloleval fotol näete mõnda ULD-moodulit (valge) ja transistoride paari (kuldne), mis juhivad Y-valiku liine. "EI" moodul on draiveri süda: see annab konstantse pingeimpulsi (E ) või laseb läbi valikuliini konstantse vooluimpulsi (I). Valikuliini juhitakse aktiveerides EI-mooduli pingerežiimis liini ühes otsas ja EI-mooduli voolurežiimis teises otsas. Tulemuseks on õige pinge ja vooluga impulss, millest piisab südamiku ümbermagnetiseerimiseks. Selle ümberpööramine võtab palju hoogu; pingeimpulss on fikseeritud 17 volti ja vool on sõltuvalt temperatuurist vahemikus 180 mA kuni 260 mA.
Makrofoto Y draiveriplaadist, millel on kuus ULD-moodulit ja kuus paari transistore. Iga ULD moodul on märgistatud IBM-i osanumbri, mooduli tüübi (näiteks "EI") ja koodiga, mille tähendus on teadmata
Plaat on varustatud ka veamonitori (ED) moodulitega, mis tuvastavad, kui korraga aktiveeritakse rohkem kui üks Y-selektor. ED-moodul kasutab lihtsat poolanalooglahendust: summeerib sisendpinged takistite võrgu abil. Kui tulemuseks olev pinge on üle läve, käivitub võti.
Draiveri plaadi all on dioodide massiiv, mis sisaldab 256 dioodi ja 64 takistit. See maatriks teisendab draiveriplaadi 8 ülemist ja 8 alumist signaalipaari 64 Y-liini ühenduseks, mis läbivad peamise plaatide virna. Paindlikud kaablid plaadi üla- ja alaosas ühendavad plaadi dioodimassiiviga. Kaks paindkaablit vasakul (pole fotol näha) ja kaks siini paremal (üks nähtav) ühendavad dioodimaatriksi südamikuga. Vasakul nähtav painduv kaabel ühendab Y-plaadi I/O plaadi kaudu ülejäänud arvutiga, all paremal asuv väike painduv kaabel aga kella generaatoriplaadiga.
X-mälu draiveri plaat
X-liinide juhtimise paigutus on sama, mis Y-skeemil, välja arvatud 128 X-liini ja Y-liini 64. Kuna X-juhtmeid on kaks korda rohkem, on mooduli all teine X-draiveri plaat. Kuigi X- ja Y-plaatidel on samad komponendid, on juhtmestik erinev.
See tahvel ja selle all olev plaat juhivad X valitud rida põhitahvlite virnas
Alloleval fotol on näha, et plaadil olid kahjustatud osad. Üks transistoridest on nihkunud, ULD-moodul on pooleks purunenud ja teine on katki. Juhtmestik on nähtav katkisel moodulil koos ühe pisikese ränikristalliga (paremal). Sellel fotol on näha ka vertikaalsete ja horisontaalsete juhtivate radade jälgi 12-kihilisel trükkplaadil.
Lähivõte tahvli kahjustatud osast
X draiveriplaatide all on X-dioodi maatriks, mis sisaldab 288 dioodi ja 128 takistit. X-dioodi massiiv kasutab erinevat topoloogiat kui Y-dioodi plaat, et vältida komponentide arvu kahekordistamist. Nagu Y-dioodplaat, sisaldab see plaat komponente, mis on paigaldatud vertikaalselt kahe trükkplaadi vahele. Seda meetodit nimetatakse "cordwoodiks" ja see võimaldab komponendid tihedalt kokku pakkida.
Makrofoto X-dioodide massiivist, millel on vertikaalselt paigaldatud nöörpuidust dioodid kahe trükkplaadi vahel. Kaks X draiveriplaati asetsevad dioodiplaadi kohal ja on neist polüuretaanvahuga eraldatud. Pange tähele, et trükkplaadid on üksteisele väga lähedal.
Mälu võimendid
Alloleval fotol on näiduvõimendi plaat. Sellel on 7 kanalit 7 biti lugemiseks mälupinust; allolev identne plaat käsitleb veel 7 bitti, kokku 14 bitti. Sensoorse võimendi eesmärk on tuvastada ümbermagnetiseeritava südamiku poolt genereeritud väike signaal (20 millivolti) ja muuta see 1-bitiseks väljundiks. Iga kanal koosneb diferentsiaalvõimendist ja puhvrist, millele järgneb diferentsiaaltrafo ja väljundklamber. Vasakul ühendub 28-juhtmeline painduv kaabel mäluvirnaga, mis viib iga sensorjuhtme kaks otsa võimendiahelasse, alustades moodulist MSA-1 (Memory Sense Amplifier). Üksikud komponendid on takistid (pruunid silindrid), kondensaatorid (punased), trafod (mustad) ja transistorid (kuldsed). Andmebitid väljuvad sensorvõimendi plaatidelt paremal asuva painduva kaabli kaudu.
Lugemisvõimendi plaat mälumooduli ülaosas. See plaat võimendab sensorjuhtmete signaale, et luua väljundbitte
Kirjutage Inhibit Line Driver
Inhibit draivereid kasutatakse mällu kirjutamiseks ja need asuvad põhimooduli alumisel küljel. Seal on 14 inhibeerimisjoont, üks iga virna maatriksi jaoks. 0-biti kirjutamiseks aktiveeritakse vastav lukudraiver ja blokeerimisliini läbiv vool ei lase südamikul lülituda väärtusele 1. Iga liini juhivad ID-1 ja ID-2 moodul (kirjutustõkestusliini draiver) ja paar transistoridest. Täpsed 20,8-oomised takistid plaadi üla- ja alaosas reguleerivad blokeerimisvoolu. Parempoolne 14-juhtmeline painduv kaabel ühendab draiverid südamikplaatide virnas oleva 14 tõkestusjuhtmega.
Mälumooduli allosas asuv tõkestusplaat. See plaat genereerib 14 inhibeerivat signaali, mida kasutatakse salvestamise ajal
Kella draiveri mälu
Kella draiver on paar tahvlit, mis genereerivad mälumooduli jaoks kellasignaale. Kui arvuti alustab mälutoimingut, genereerib mooduli kelladraiver asünkroonselt mälumooduli kasutatavad erinevad kellasignaalid. Kellaajami plaadid asuvad mooduli allosas, virna ja blokeerimisplaadi vahel, nii et plaate on raske näha.
Kelladraiveri plaadid asuvad põhimälu pinu all, kuid lukustusplaadi kohal
Ülaltoodud fotol olevad sinised tahvli komponendid on mitme pöördega potentsiomeetrid, arvatavasti ajastuse või pinge reguleerimiseks. Tahvlitel on näha ka takistid ja kondensaatorid. Diagramm näitab mitut MCD (Memory Clock Driver) moodulit, kuid plaatidel pole mooduleid näha. Raske on öelda, kas see on tingitud piiratud nähtavusest, vooluringi muutusest või mõne muu plaadi olemasolust nende moodulitega.
Mälu I/O paneel
Viimane mälumooduli plaat on I/O plaat, mis jaotab signaalid mälumooduli plaatide ja ülejäänud LVDC arvuti vahel. Allosas asuv roheline 98-kontaktiline pistik ühendub LVDC-mälu šassiiga, pakkudes signaale ja toidet arvutist. Enamus plastikust pistikud on katki, mistõttu on kontaktid näha. Jaotuskilp on selle pistikuga ühendatud kahe 49-kontaktilise painduva kaabliga allosas (nähtav on ainult eesmine kaabel). Teised painduvad kaablid jagavad signaale X-draiveri plaadile (vasakul), Y-draiveri plaadile (paremal), Sense Amplifier plaadile (üleval) ja inhibeerimisplaadile (all). Plaadil on 20 kondensaatorit, mis filtreerivad mälumoodulile antavat voolu.
I/O-plaat mälumooduli ja ülejäänud arvuti vahel. Allosas olev roheline pistik ühendub arvutiga ja need signaalid suunatakse lamedate kaablite kaudu mälumooduli teistesse osadesse
Väljund
Peamine LVDC mälumoodul pakkus kompaktset ja usaldusväärset salvestusruumi. Arvuti alumisse poolde sai paigutada kuni 8 mälumoodulit. See võimaldas arvutil salvestada 32 26-bitised sõnad või 16 kilosõna liiases ülimalt töökindlas dupleksrežiimis.
LVDC üks huvitav omadus oli see, et mälumooduleid sai töökindluse tagamiseks peegeldada. "Dupleks" režiimis salvestati iga sõna kahte mälumoodulisse. Kui ühes moodulis ilmnes viga, sai õige sõna hankida teisest moodulist. Kuigi see tagas töökindluse, vähendas see mälumahtu poole võrra. Teise võimalusena saab mälumooduleid kasutada "simplex" režiimis, kusjuures iga sõna salvestatakse üks kord.
LVDC mahutas kuni kaheksa CPU mälumoodulit
Magnetilise südamikuga mälumoodul annab visuaalse ülevaate ajast, mil 8 KB salvestusruumi jaoks oli vaja 5-naelast (2,3 kg) moodulit. See mälestus oli aga oma aja kohta väga täiuslik. Sellised seadmed jäid kasutusest 1970ndatel pooljuht-DRAM-ide tulekuga.
RAM-i sisu säilib ka toite väljalülitamisel, seega on tõenäoline, et moodulis on endiselt alles arvuti viimase kasutuskorra tarkvara. Jah, jah, sealt võib ka aastakümneid hiljem midagi huvitavat leida. Oleks huvitav proovida neid andmeid taastada, kuid kahjustatud vooluring tekitab probleemi, nii et tõenäoliselt ei saa sisu mälumoodulist veel kümne aasta jooksul kätte saada.
Mida veel blogist lugeda saab?
→
→
→
→
→
Telli meie -kanal, et mitte järgmisest artiklist ilma jääda! Kirjutame mitte rohkem kui kaks korda nädalas ja ainult tööasjades. Samuti tuletame meelde, et Cloud4Y suudab pakkuda turvalist ja usaldusväärset kaugjuurdepääsu ärirakendustele ja äritegevuse järjepidevuse tagamiseks vajalikule teabele. Kaugtöö on täiendav takistus koroonaviiruse levikule. Üksikasjad on meie juhtidelt.
Allikas: www.habr.com