Mälu magnetkerades Saturn 5 raketis

Kü komputer, mis töötas raketisüsteemis (Launch Vehicle Digital Computer, LVDC), mängis võtmerolli Apollo kuuprogrammis, juhtides Saturn 5 raketti. Nagu enamik tolleaegseid arvuteid, salvestas see andmeid tillukestesse magnetkeraamidesse. Käesolevas Cloud4Y artiklis räägitakse LVDC mälu moodulist luksuslikus kogus Steve Jurvetsonilt.

See mälu moodul täiustati 1960ndate alguses. Selle valmistamiseks kasutati pindmontaažikomponente, hübriidmooduleid ja painduvaid ühendusi, muutes selle tunduvalt väiksemaks ja kergemaks kui tolleaegsed arvutite mälu. Kuid mälu moodul võimaldas salvestada vaid 4096 sõna 26 bitiga.

Magnetkerade mälu moodul. See moodul salvestab 4K sõna, kus on 26 bitti andmeid ja 2 bitti pariteeti. Nelja mälu mooduliga, mis annavad kokku 16 384 sõna, kaalub see 2,3 kg ning selle mõõtmed on 14 cm × 14 cm × 16 cm.

Lennud Kuule algasid 25. mail 1961, kui president Kennedy kuulutas välja, et Ameerika laskub inimesega Kuule kümnendi lõpuks. Selleks kasutati kolmest astmest koosnevat Saturn 5 raketti, mis oli kõigi aegade võimsaim rakett. Saturn 5-d juhtis ja kontrollis arvuti (siin rohkem infot selle kohta), mis oli raketi kolmanda astme osa, alustades maapinnalt orbiidile lendamist ja edasi Kuule liikumist. (Apollo laev eraldus sel hetkel Saturn 5 raketist ja LVDC ülesanne oli täidetud).

LVDC on paigaldatud tugiraami. Ümmargused liidesed on nähtavad arvuti esiküljel. Kasutati 8 elektrilist liidest ja kahte vedeliku jahutuse liidest.

LVDC oli vaid üks mitmest arvutist Apollo pardal. LVDC oli ühendatud lennujuhtimisse süsteemiga, 45-kilose analoogarvutiga. Apollo navigatsioonikaugustuskontroll (Apollo Guidance Computer, AGC) suunas kosmoselaeva Kuule. Komandandimoodul sisaldas ühte AGC-d, samas kui kuu moodul sisaldas teist AGC-d koos Abort Navigation süsteemiga, varu hädaarvutiga.

Apollo pardal oli mitu arvutit

Üksuse loogikaseadmed (ULD)

LVDC loodi loodi huvitava hübriidtehnoloogia abil nimega ULD, unit load device. Kuigi nad sarnanesid välimuselt integreeritud ringidega, sisaldasid ULD moodulid mitmeid komponente. Neis kasutati lihtsaid räni kristalle, milles oli vaid üks transistor või kaks dioodi. Need süsteemid koos paksu kihi trükkplaatidega resistorrid paigaldati keraamilisele plaadile, et rakendada skeeme nagu loogikaventiil. Need moodulid olid SLT moodulite variant (Solid Logic Technology), mis olid välja töötatud IBM populaarse S/360 seeria jaoks. IBM alustas SLT moodulite arendamist 1961. aastal, enne kui integreeritud ringid muutusid kaubanduslikult efektiivseks, ja 1966. aastaks tootis IBM üle 100 miljoni SLT mooduli aastas.

ULD moodulid olid märkimisväärselt väiksemad kui SLT moodulid, nagu on näha alloleval pildil, mis teeb need kergemini sobivaks kompaktse kosmosetööjaama jaoks. ULD moodulid kasutasid keraamilisi katteplaate asemel metallpingeid SLT-s ning neil olid metallkontaktid ülemisel pinnal pinalde asemel. Plaadi kinnitusklambrid hoidsid ULD mooduli kohapeal ja ühendusid nende kontaktidega.

Miks kasutas IBM SLT mooduleid integreeritud ringide asemel? Peamine põhjus oli see, et integreeritud ringid olid veel lapsekingades, neid loodi 1959. aastal. 1963. aastal oli SLT moodulitel kulude ja jõudluse eelised integreeritud ringide ees. Siiski peeti SLT mooduleid tihti integreeritud ringide kõrval mahajäänuteks. Üks SLT moodulite eelistest integreeritud ringide ees oli see, et SLT-resistorid olid palju täpsemad kui integreeritud ringides. Pakendi valmistamise ajal läbisid SLT moodulites paksu kihi resistorrid hoolika liivapritsi, et eemaldada resistiivne kile, kuni nad saavutasid soovitud takistuse. Samuti olid SLT moodulid 1960. aastal võrreldes sarnaste integreeritud ringidega odavamad.

LVDC ja sellega seotud seadmed kasutasid rohkem kui 50 erinevat tüüpi ULD.

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

Allpool pildil on ULD-mooduli sisekomponendid. Vasakul keraamilisel plaadil on nähtavad juhtmed, mis on ühendatud nelja väikese ruudukujulise silikoonikristalliga. See näeb välja nagu trükkplaat, kuid pidage meeles, et see on palju väiksem kui küünte pea. Paremal olevad mustad ristkülikud on paksukile takistid, mis on trükitud plaadi alumisele poolele.

ULD, ülemise ja alumise vaate all. Näha on silikoonikristalle ja takisteid. Kui SLT-moodulitel olid takistid ülemisel pinnal, siis ULD-moodulitel olid takistid alumisel pooled, mis suurendas tihedust, samuti hinda.

Allpool pildil on ULD-mooduli silikoonikristall, mis sisaldas kahte dioodi. Mõõtmed on erakordselt väikesed, võrdluseks on kõrval suhkrukristallid. Kristallil oli kolm välist ühendust vaskkuulide kaudu, mis olid kleebitud kolmele ringile. Kaks alumist ringi (kahte dioodi anoodid) olid legitiimid (tumedamad alad), samas kui ülemise parempoolse ringi katood oli ühendatud alusega.

Kahte dioodi sisaldava silikoonikristalli foto suhkrukristallide kõrval.

Kuidas töötab magnetseente mälu.

Magnetseente mälu oli peamine andmesalvestusvorm arvutites alates 1950. aastatest, kuni see asendati 1970. aastatel pooljuhtide salvestusseadmetega. Mälu koosnes väikestest ferromagnetilistest ringidest, mida nimetatakse südamikeks. Ferromagnetilised ringid asetati ristkülikukujulisse maatriksisse ja igast ringist möödus kaks kuni neli juhtme, et lugeda ja salvestada teavet. Ringid võimaldasid salvestada ühe bitti teavet. Südamik magnetiseeriti vooluimpulsiga, mis voolas läbi ringis olevate juhtmete. Ühe südamiku magnetiseerimise suunda sai muuta, saates impulsi vastassuunas.

Südamiku väärtuse lugemiseks viidi voolu impulsse ringseisundisse 0. Kui südamik oli varasemalt seisundis 1, tekitas muutuvas magnetväljas pinge ühes juhtmes, mis läbib südamikku. Kuid kui südamik juba seisundis 0, ei oleks magnetväli muutunud ja lugemiskaablis ei tõusnud pinget. Seega loeti südamiku biti väärtust, lähtudes nullisättest ja pinge kontrollimisest lugemiskaablis. Oluline omadus magnetmaterjalide mälus oli see, et ferriidi rõngaste lugemisprotsess hävitas nende väärtuse, seetõttu tuli südamik „ümber kirjutada“.

Iga südamiku magnetiseerimise muutmiseks eraldi kaabli kasutamine oli ebamugav, kuid 1950ndatel arendati välja ferriitmälu, mis töötas voolude kokkulangevuse põhimõttel. Neli kaablit — X, Y, lugemine, keelamine — on saavutanud üldise vastuvõtu. Tehnoloogia kasutas südamike spetsiaalset omadust, mida nimetatakse histeesiiseks: väike vool ei mõjuta ferriitmälusid, kuid vool, mis ületab piirmäära, magnetiseerib südamikku. Kui toide, millel oli pool vajalikust voolust, suunatakse ühele X-joonele ja ühele Y-joonele, siis ainult see südamik, kus mõlemad jooned ristuvad, sai piisavalt voolu magnetiseerimiseks, samas kui teised südamikud jäid puutumatuks.

Nii nägi välja IBM 360 Model 50 mälu. LVDC ja mudel 50 kasutasid ühesuguseid südamikke, mida tuntakse kui 19-32, kuna nende sisemine diameeter oli 19 mil (0.4826 mm) ja välimine diameeter 32 mil (0,8 mm). Sel fotol on näha, et läbi iga südamiku läheb kolm kaablit, kuid LVDC kasutas nelja kaablit.

Alloleval fotol on kujutatud ühte LVDC ruudukujulist mälumatrixit. See matrix sisaldab 128 vertikaalset X-juhet ja 64 horisontaalset Y-juhet, südamik on iga ristmiku juures. Ainus lugemisjuhe kulgeb paralleelselt Y-juhtmete kõikide südamike kaudu. Kirjutamisjuhe ja keelamisjuhe lähevad paralleelselt X-juhtmete kõikide südamike kaudu. Juhtmed ristuvad ruudustiku keskel; see vähendab indutseeritud müra, kuna ühe poole müra neutraliseerib teise poole müra.

Üks LVDC ferriitmälu maatriks, mis sisaldab 8192 bitti. Ühendus teiste maatrikstega toimub väljaspool olevate pinnihüppajate kaudu.

Üllas maatriksil oli 8192 elementi, millest igaüks säilitas ühe bitti. Mälu säilitamiseks koondati mitu baasmaatrikst ühte, igaühele nende bitti sõna. X- ja Y-juhid kulgesid kõikide baasmaatrikste kaudu. Igal maatriksel oli eraldi lugemisliin ja eraldi kirjutamise keeldumise liin. LVDC mälu kasutas 14 baasmaatriksist koosnevat kuhjat, mis hoiavad 13-bitist 'sümbolit' koos pariteetbitiga.

LVDC kuhjamine koosneb 14 baasmaatrikst.

Mälu kirjutamine magnetkärnykhades nõudis täiendavaid juhte, mida nimetatakse keeldumise liinideks. Igal maatriksel oli üks keeldumise liin, mis läbi lõikas kõik kärnykud. Kirjutamise protsessis voolab vool läbi X- ja Y-liinide, muutes valitud rõngaid (üks tasapinna kohta) seisundisse 1, säilitades kõik 1 sõnas. Et kirjutada 0 bitipositsioonidesse, varustati liin poole vooluga, mis oli vastupidine X-liinile. Selle tulemusena jäid kärnykhud väärtusele 0. Seega ei lubanud keeldumise liin kärnykhel pöörata 1 peale. Igasugune soovitud sõna võis kirjutada mällu vastavate keeldumise liinide aktiveerimise kaudu.

LVDC mälu moodul

Kuidas on füüsiliselt konstrueritud LVDC mälu moodul? Mälu mooduli keskosas on 14 ferriitmälun maatriksit, nagu eelnevalt näidatud. Seda ümbritseb mitu plaati, millel on skeem X- ja Y-juhte ning keeldumise liine, bitide lugemise liine, veakontrolli ja vajalikud taktsignaalide genereerimisseadmed.

Üldiselt asub suurem osa mäluga seotud skeemidest LVDC arvutiloogikas, mitte mälu moodulis endas. Eelkõige sisaldab arvutiloogika registreid aadressi ja andmesõna salvestamiseks ning muundamiseks järjestikustest paralleelseteks. Samuti sisaldab see skeemi bitide lugemisliinide, veakontrolli ja taktimisena.

Mälu moodul, mis rõhutab võtmekomponente. MIB (Multilayer Interconnection Board) on 12-kihiline trükkplaat.

Mälu draiveri plaat Y

Sõna mälu magnetkernadel valitakse, kui X- ja Y-liinide kaudu läbib peamises trükises asuvate plaatide virna. Alustame Y-draiveri skeemi kirjeldamisest ja sellest, kuidas see genereerib signaali 64 Y-liini seast. 64 eraldi draivikeerise asemel vähendab moodul skeemide arvu 8 'kõrge' ja 8 'madala' draiveri kasutamise kaudu. Need on ühendatud 'mattid' konfiguratsioonis, seega iga kõrge ja madala draiveri kombinatsioon valib erinevad read. Seetõttu valivad 8 'kõrge' ja 8 'madala' draiverit ühe 64 (8 × 8) Y-liini.

Y-draiveriplaat (ese) juhib Y-valikuliine plaatide virnas

Allolevas pildis on näha mõned ULD moodulid (valged) ja paar transistorit (kuldne), mis juhivad Y-valikuliine. 'EI' moodul on draiveri süda: see edastab pideva pinget impulsi (E) või lubab pideva voolu impulsi (I) läbi valikuliini. Valikuliini kontrollitakse, aktiveerides EI-mooduli pinge režiimis ühe otsa juures ja EI-mooduli voolurežiimis teise otsa juures. Tulemuseks on impulss õige pingega ja vooluga, mis on piisav磁核i magnetimiseks. Selle ümberpööramiseks on vajalik suur impulss; pinge impulss on fikseeritud 17 volti ja vool kõigub 180 mA kuni 260 mA sõltuvalt temperatuurist.

Makrofoto Y-draiveriplaanist, mis näitab kuut ULD moodulit ja kuut paari transistorit. Iga ULD moodul on tähistatud IBM-i osanumbriga, mooduli tüübiga (nt 'EI') ja koodiga, mille tähendus ei ole teada

Plaadi küljes on ka veakontrollimoodulid (ED), mis tuvastavad, kui samal ajal aktiveerub rohkem kui üks Y-valikuliin. ED-moodul kasutab lihtsat pool-analooglahendust: see summeerib sissetulevad pinged, kasutades takistite võrku. Kui tulemuseks olev pinge on kõrgem kui lävi, siis lüliti aktiveeritakse.

Juhtplaadi all on dioodimatriks, mis sisaldab 256 dioodi ja 64 takistit. See matriits muudab 8 ülemist ja 8 alumist signaalipaari juhtplaadilt ühendusteks 64 Y-joonega, mis kulgevad läbi peamise plaatide virna. Paindlikud kaablid plaadi üla- ja alaosas ühendavad plaati dioodimatriksiga. Kaks paindlikku kaablit vasakul (pildil ei ole nähtavad) ja kaks bussi paremal (üks nähtav) ühendavad dioodimatriksi südamike massiiviga. Vasakul nähtav paindlik kaabel ühendab Y-plaadi ülejäänud arvutiga läbi liideseplaadi, samas kui väike paindlik kaabel paremas alumises nurgas ühendub takts генератора plaadiga.

Mälu juhtplaad X

X-joonte juhtimiseks mõeldud skeem on sarnane Y-skeemiga, välja arvatud see, et X-jooni on 128 ja Y-jooni 64. Kuna X-kaableid on kaks korda rohkem, on moodulil teine X-juhtplaad alla selle. Ehkki X- ja Y-plaadid sisaldavad samu komponente, on järjestus erinev.

See plaat ja selle all olev sarnane plaat juhivad X-Valitud jooni plaatide virnas südamike seas.

Alloleval pildil on näha, et plaadil on mõningaid komponente kahjustatud. Üks transistor on nihkunud, ULD moodul on pooleks murtud ja teine on katkenud. Järjestus on näha katkenud moodulilt, seal on nähtav ka üks väikestest räni kristallidest (paremal). Selles pildis on ka näha vertikaalsete ja horisontaalsete juhtivate teede jälgi 12-kihilisel trükkplaadil.

Suumimine kahjustatud plaadi ossa

X-juhtplaatide all asub X-dioodimatriks, mis sisaldab 288 dioodi ja 128 takistit. X-dioodimatriks kasutab erinevat topoloogiat kui Y-dioodiplokk, et vältida komponentide arvu kahekordistumist. Nagu Y-dioodiplaat, sisaldab ka see plaat komponente, mis on vertikaalselt paigaldatud kahe trükkplaadi vahele. Seda meetodit nimetatakse "cordwood" ja see võimaldab komponente tihedalt kokku pakkida.

Makrofotod X-dioodimatriksist näitavad vertikaalselt paigaldatud dioode, mis on paigaldatud cordwood meetodi järgi kahe trükkplaadi vahele. Kaks X-juhtplaati asuvad dioodiplaadi kohal, eraldatud neist vahtpolüuretaaniga. Pange tähele, et trükkplaadid on üksteisele väga lähedal.

Mälu võimendid

Allpool on näidatud lugemisvõimendi plaat. Sellel on 7 kanalit, et lugeda 7 bitti mälust; allpool olev identne plaat töötleb veel 7 bitti, kokku 14 bitti. Lugemisvõimendi ülesanne on tuvastada nõrk signaal (20 millivolt), mida genereerib ringi magnetiseeritav südamik, ja muuta see 1-bitiseks väljundiks. Iga kanal koosneb diferentsiaalvõimendist ja puhastist, millele järgneb diferentsiaaltrafo ja väljundi fiksaator. Vasakul on 28-juheline painduv kaabel ühendatud mälu stack'iga, viies iga lugemisjuhtme kaks otsa võimendi skeemi, alustades MSA-1 moodulist (mälulugemisvõimendi). Eraldi komponentideks on takistid (pruunid silindrid), kondensaatorid (punased), trafo (mustad) ja transistorid (kuldsed). Andmebitid väljuvad lugemisvõimendi plaatidelt paremal asuva painduva kaabli kaudu.

Lugemisvõimendi plaat mälumooduli ülaosas. See plaat suurendab signaale sensorijuhtmete kaudu, et luua väljundbitid.

Kirjutamise keeldumise liini draiver

Keeldumise draivereid kasutatakse mälus kirjutamiseks ja need asuvad peamise mooduli alumisel küljel. Seal on 14 keeldumist, üks iga matriksi jaoks stack'is. 0 bit'i kirjutamiseks aktiveeritakse vastav keeldumise draiver ja vool keeldumise liinil takistab südamiku lülitamist 1-ks. Iga keeldust juhivad ID-1 ja ID-2 moodul (kirjutamise keeldumise liini draiver) ning paar transistorit. Kõrge täpsusega takistid 20,8 ohmi plaadi üla- ja alapoole reguleerivad keeldumisvoolu. Paremal asuv 14-juheline painduv kaabel ühendab draiverid 14 keeldumisjuhtmega stack'iga südamikeplaatidega.

Keeldumise plaat mälumooduli alumises osas. See plaat genereerib 14 keeldumise signaali, mida kasutatakse kirjutamise ajal.

Kelladraiveri mälu

Kelladraiver on paar plaati, mis genereerivad sünkroonimis signaale mälumooduli jaoks. Kui arvuti alustab mälu operatsiooni, genereerib kelladraiver mooduli jaoks erinevad asünkroonsed sünkroonimissignaalid. Kelladraiveri plaadid asuvad mooduli alumises osas, stack'i ja keeldumisplaadi vahel, seega on plaadid halvasti nähtavad.

Kellade signaaligeneraja asub peamise mälu struktuuri all, kuid lukustusplaadi kohal.

Ülemise pildi sinised komponentide plaadid on mitme pöördega potentsiomeetrid, eeldatavasti aja või pinge reguleerimiseks. Plaatidel on samuti nähtavad takistid ja kondensaatorid. Skeem näitab mitmeid MCD (Mälu Kellageneraator) mooduleid, kuid mooduleid plaatidel ei ole nähtav. Raske on öelda, kas see on piiratud nähtavuse, skeemi muutumise või mõne teise plaadi olemasolu tõttu nende moodulitega.

Mälu sisend-väljundpaneel

Viimane mälu mooduli plaat on sisend-väljundpaneel, mis jagab signaale mälu mooduli plaatide ja ülejäänud LVDC arvuti vahel. All olev roheline 98-pinsine ühendus on ühendatud LVDC mälu šassii, andes signaalid ja toite arvutist. Enamik plastmassist ühendusi on katki, mistõttu kontaktid on nähtavad. Jaotusplaat on ühendatud selle ühendusega kahe 49-pinnise painduva kaabliga all (ainult eesmine kaabel on nähtav). Teised painduvad kaablid jagavad signaale X-draiveri plaadile (vasakul), Y-draiveri plaadile (paremal), lugemiskasvataja plaadile (üles) ja keelamisplaadile (all). Plaadil on 20 kondensaatorit, mis filtreerivad mälu moodulile edastatavat toidet.

Sisend-väljundplaat mälu mooduli ja arvuti ülejäänud osa vahel. All olev roheline ühendus on arvutiga ühendatud ning need signaalid suunatakse lapikute kaablite kaudu mälu mooduli teistesse osadesse.

Kokkuvõte

Peamine LVDC mälu moodul pakkus kompaktse, usaldusväärse salvestuse. Arvuti alumisse ossa mahtus kuni 8 mälu moodulit. See võimaldas arvutil salvestada 32 kilovord 26-bitist sõna või 16 kilovordi kõrge usaldusväärsusega „dublikaadi” režiimis.

Üks huvitav LVDC omadus oli see, et mälu mooduleid sai peegeldada usaldusväärsuse tagamiseks. „Dublikaadi” režiimis salvestati iga sõna kahes mälu moodulis. Kui ühes moodulis tekkis viga, võidi õige sõna saada teiselt moodulilt. Kuigi see tagas usaldusväärsuse, vähendas see mälu mahtu poole võrra. Alternatiivina võidi mälu mooduleid kasutada „simpelksi” režiimis, kus iga sõna salvestati ainult ühe korra.

LVDC mahutab kuni kaheksa keskprotsessori mälu moodulit

Magneetkeradel põhinev mälu moodul aitab selgelt näha hetke, mil 8 KB säilitamise jaoks oli vajalik 5-naelane (2,3 kg) moodul. Siiski oli see mälu oma aja kohta üsna arenenud. Selliseid seadmeid hakati kasutama 1970. aastatel koos pooljuhtide DRAM-idesse üleminekuga.

Operatiivmälu sisu säilib toite katkestamisel, seega on täiesti võimalik, et moodul hoiab endas tarkvara viimasest arvuti kasutamisest. Jah, seal võib leida midagi huvitavat isegi pärast aastakümneid. Oleks huvitav proovida neid andmeid taastada, kuid kahjustunud skeem tekitab probleemi, seega on tõenäoline, et sisu ei õnnestu veel aastakümneid välja võtta.

Millest veel huvitavat lugeda blogis Cloud4Y

→ Mängud Šveitsi topograafilistel kaartidel
→ 90ndate arvutibrändid, osa 1
→ Kuidas häkkeri ema vanglasse põgenes ja nakkas ülemuse arvutit
→ Virtuaalse EDGE suunanäidiku võrguühenduste diagnostika
→ Kuidas pank "ära kukkus"

Telli meie Telegram-kanal, et mitte jääda kohustuslikust artiklist ilma! Kirjutame mitte sagedamini kui kaks korda nädalas ja ainult asjakohaselt. Veelgi enam, me meenutame, et Cloud4Y võib pakkuda turvalist ja usaldusväärset kaugjuurdepääsu ärirakendustele ja teabele, mis on vajalik äritegevuse katkematuse tagamiseks. Kaug- töötamine on täiendav barjäär koroonaviiruse leviku takistamiseks. Lisainfot leiate meie haldustelt.

Allikas: habr.com