Launch Vehicle Digital Computer (LVDC) oli avainasemassa Apollon kuun ohjelmassa, ja se ajoi Saturn 5 -rakettia. Kuten useimmat sen ajan tietokoneet, se tallensi tietoja pieniin magneettiytimiin. Tässä artikkelissa Cloud4Y puhuu deluxen LVDC-muistimoduulista Steve Jurvetson.
Tätä muistimoduulia parannettiin 1960-luvun puolivälissä. Se rakennettiin käyttämällä pinta-asennuskomponentteja, hybridimoduuleja ja joustavia liitäntöjä, joten se on suuruusluokkaa pienempi ja kevyempi kuin sen ajan perinteinen tietokoneen muisti. Muistimoduuli salli kuitenkin tallentaa vain 4096 26-bitin sanaa.
Magneettinen ydinmuistimoduuli. Tämä moduuli tallentaa 4 databitin ja 26 pariteettibitin 2K-sanaa. Neljällä muistimoduulilla, joiden kokonaiskapasiteetti on 16 384 sanaa, se painaa 2,3 kg ja mitat 14 cm × 14 cm × 16 cm.
Laskeutuminen kuuhun alkoi 25. toukokuuta 1961, kun presidentti Kennedy ilmoitti, että Amerikka laittaa miehen kuuhun ennen vuosikymmenen loppua. Tätä varten käytettiin kolmivaiheista Saturn 5 -rakettia, joka on kaikkien aikojen tehokkain raketti. Saturn 5:tä ohjattiin ja ohjattiin tietokoneella (tässä hänestä) kantoraketin kolmas vaihe, joka alkaa noususta Maan kiertoradalle ja sitten matkalla Kuuhun. (Apollo-avaruusalus oli eroamassa Saturn V -raketista tässä vaiheessa, ja LVDC-tehtävä saatiin päätökseen.)
LVDC on asennettu pohjarunkoon. Pyöreät liittimet näkyvät tietokoneen etupuolella. Käytetty 8 sähköliitintä ja kaksi nestejäähdytysliitintä
LVDC oli vain yksi monista Apollon tietokoneista. LVDC liitettiin lennonohjausjärjestelmään, 45 kg painavaan analogiseen tietokoneeseen. Laivalla oleva Apollo Guidance Computer (AGC) ohjasi avaruusaluksen kuun pinnalle. Komentomoduuli sisälsi yhden AGC:n, kun taas kuumoduuli sisälsi toisen AGC:n sekä Abort-navigointijärjestelmän, varatietokoneen.
Apollossa oli useita tietokoneita.
Unit Logic Devices (ULD)
LVDC luotiin mielenkiintoisella hybriditeknologialla nimeltä ULD, yksikkökuormalaite. Vaikka ULD-moduulit näyttivät integroiduilta piireiltä, ne sisälsivät useita komponentteja. He käyttivät yksinkertaisia piisiruja, joissa jokaisessa oli vain yksi transistori tai kaksi diodia. Nämä ryhmät yhdessä painettujen paksukalvopainettujen vastusten kanssa asennettiin keraamiseen kiekkoon piirien, kuten logiikkaportin, toteuttamiseksi. Nämä moduulit olivat muunnelmia SLT-moduuleista () suunniteltu suosituille IBM S/360 -sarjan tietokoneille. IBM alkoi kehittää SLT-moduuleja vuonna 1961, ennen kuin integroidut piirit olivat kaupallisesti kannattavia, ja vuoteen 1966 mennessä IBM tuotti yli 100 miljoonaa SLT-moduulia vuodessa.
ULD-moduulit olivat huomattavasti pienempiä kuin SLT-moduulit, kuten alla olevasta kuvasta näkyy, joten ne sopivat paremmin kompaktiin avaruustietokoneeseen. ULD-moduuleissa käytettiin keraamisia tyynyjä SLT:n metallitappien sijaan ja niissä oli metalliset koskettimet päällä pinta tappien sijaan. Levyllä olevat pidikkeet pitivät ULD-moduulin paikallaan ja liitettiin näihin nastoihin.
Miksi IBM käytti SLT-moduuleja integroitujen piirien sijaan? Pääsyynä oli se, että integroidut piirit olivat vielä lapsenkengissään, koska ne keksittiin vuonna 1959. Vuonna 1963 SLT-moduuleilla oli kustannus- ja suorituskykyetuja integroituihin piireihin verrattuna. SLT-moduuleja pidettiin kuitenkin usein taaksepäin verrattuna integroituihin piireihin. Yksi SLT-moduulien etu integroituihin piireihin verrattuna oli, että SLT:iden vastukset olivat paljon tarkempia kuin integroitujen piirien vastukset. Valmistuksen aikana SLT-moduulien paksukalvovastukset hiekkapuhallettiin varovasti resistiivisen kalvon poistamiseksi, kunnes ne saavuttivat halutun vastuksen. SLT-moduulit olivat myös halvempia kuin vastaavat integroidut piirit 1960-luvulla.
LVDC ja siihen liittyvät laitteet käyttivät yli 50 erityyppistä ULD:tä.
SLT-moduulit (vasemmalla) ovat huomattavasti suurempia kuin ULD-moduulit (oikealla). ULD-koko on 7,6 mm × 8 mm
Alla olevassa kuvassa näkyvät ULD-moduulin sisäiset komponentit. Keraamisen levyn vasemmalla puolella on johtimet, jotka on yhdistetty neljään pieneen nelikulmaiseen piikiteeseen. Se näyttää piirilevyltä, mutta muista, että se on paljon pienempi kuin kynsi. Oikealla olevat mustat suorakulmiot ovat paksukalvovastuksia, jotka on painettu levyn alapuolelle.
ULD, ylhäältä ja alhaalta katsottuna. Piikiteet ja vastukset ovat näkyvissä. Kun SLT-moduuleissa oli vastukset yläpinnalla, ULD-moduuleissa oli vastukset pohjassa, mikä lisäsi tiheyttä ja kustannuksia.
Alla olevassa kuvassa näkyy ULD-moduulin piisuutin, joka toteutti kaksi diodia. Koot ovat epätavallisen pieniä, vertailun vuoksi lähellä on sokerikiteitä. Kristallilla oli kolme ulkoista liitäntää kuparipallojen kautta, jotka oli juotettu kolmeen ympyrään. Kaksi alinta ympyrää (kahden diodin anodit) oli seostettu (tummemmat alueet), kun taas oikea yläympyrä oli pohjaan kytketty katodi.
Valokuva kaksidiodisesta piikiteestä sokerikiteiden vieressä
Kuinka magneettinen ydinmuisti toimii
Magneettinen ydinmuisti oli pääasiallinen tietojen tallennusmuoto tietokoneissa 1950-luvulta lähtien, kunnes se korvattiin puolijohdemuistilaitteilla 1970-luvulla. Muisti luotiin pienistä ferriittirenkaista, joita kutsutaan ytimiksi. Ferriittirenkaat asetettiin suorakaiteen muotoiseen matriisiin ja kunkin renkaan läpi kuljetettiin kahdesta neljään johtoa tietojen lukemiseksi ja kirjoittamiseksi. Sormukset mahdollistivat yhden bitin tiedon tallentamisen. Ydin magnetoitiin käyttämällä virtapulssia ferriittirenkaan läpi kulkevien johtimien läpi. Yhden ytimen magnetoinnin suuntaa voitiin muuttaa lähettämällä pulssi vastakkaiseen suuntaan.
Sydämen arvon lukemiseksi virtapulssi asetti renkaan tilaan 0. Jos sydän oli aiemmin ollut tilassa 1, muuttuva magneettikenttä aiheutti jännitteen yhteen sydämen läpi kulkevista johtimista. Mutta jos ydin olisi jo tilassa 0, magneettikenttä ei muuttuisi eikä tunnistuslangan jännite nousisi. Joten ytimessä olevan bitin arvo luettiin nollaamalla se ja tarkistamalla lukujohdon jännite. Magneettisydämien muistin tärkeä piirre oli, että ferriittirenkaan lukuprosessi tuhosi sen arvon, joten ydin piti "kirjoittaa uudelleen".
Oli hankalaa käyttää erillistä lankaa kunkin sydämen magnetisoinnin vaihtamiseen, mutta 1950-luvulla kehitettiin ferriittimuisti, joka toimi virtojen yhteensattumaperiaatteella. Nelijohtiminen piiri - X, Y, Sense, Inhibit - on tullut yleiseksi. Tekniikka hyödynsi ytimien erityistä ominaisuutta, jota kutsutaan hystereesiksi: pieni virta ei vaikuta ferriittimuistiin, mutta kynnyksen ylittävä virta magnetoisi ytimen. Kun jännite oli puolet vaadittavasta virrasta yhdellä X- ja yhdellä Y-linjalla, vain sydän, jossa molemmat linjat ylittivät, sai tarpeeksi virtaa uudelleenmagnetoitumiseen, kun taas muut ytimet pysyivät ehjinä.
IBM 360 Model 50:n muisti näytti tältä. LVDC ja Model 50 käyttivät samantyyppistä ydintä, joka tunnetaan nimellä 19-32, koska niiden sisähalkaisija oli 19 mil (0.4826 mm) ja ulkohalkaisija oli 32 mil (0,8 mm). Tässä kuvassa näkyy, että kunkin sydämen läpi kulkee kolme johtoa, mutta LVDC käytti neljää johtoa.
Alla olevassa kuvassa on yksi suorakaiteen muotoinen LVDC-muistiryhmä. 8 Tässä matriisissa on 128 pystysuoraan kulkevaa X-johtoa ja 64 vaakasuoraan kulkevaa Y-johtoa, joista jokaisessa risteyksessä on ydin. Yksi lukulanka kulkee kaikkien ytimien läpi Y-johtojen rinnalla. Kirjoitusjohto ja estojohto kulkevat kaikkien ytimien läpi rinnakkain X-johtojen kanssa. Johdot risteävät matriisin keskellä; tämä vähentää aiheutettua kohinaa, koska yhdestä puolikkaasta tuleva kohina vaimentaa toisen puoliskon kohinan.
Yksi LVDC-ferriittimuistimatriisi, joka sisältää 8192 bittiä. Yhteys muihin matriiseihin tehdään ulkopuolisten tappien kautta
Yllä olevassa matriisissa oli 8192 elementtiä, joista jokainen tallensi yhden bitin. Muistisanan tallentamiseksi yhdistettiin useita perusmatriiseja, yksi kullekin sanan bitille. Johdot X ja Y kiertyivät kaikkien päämatriisien läpi. Jokaisella matriisilla oli erillinen lukurivi ja erillinen kirjoitusnestolinja. LVDC-muisti käytti 14 perusmatriisin pinoa (alla), jotka tallentivat 13-bittisen "tavun" pariteettibitin kanssa.
LVDC-pino koostuu 14 päämatriisista
Magneettisydämen muistiin kirjoittaminen vaati lisäjohtoja, ns. estolinjoja. Jokaisessa matriisissa oli yksi estoviiva, joka kulki kaikkien sen sisältämien ytimien läpi. Kirjoitusprosessin aikana virta kulkee X- ja Y-linjojen läpi, uudelleenmagnetoimalla valitut renkaat (yksi tasoa kohti) tilaan 1 pitäen sanassa kaikki ykköset. 1:n kirjoittamiseksi bittikohtaan linja virrattiin puolella X-linjaa vastakkaisesta virrasta, minkä seurauksena ytimet pysyivät arvossa 0. Siten estoviiva ei antanut ytimen kääntyä 0. Mikä tahansa haluttu sana voidaan kirjoittaa muistiin aktivoimalla vastaavat estoliivit.
LVDC-muistimoduuli
Miten LVDC-muistimoduuli on fyysisesti rakennettu? Muistimoduulin keskellä on pino 14 ferromagneettista muistiryhmää, jotka on esitetty aiemmin. Sitä ympäröivät useat piirilevyt, jotka ohjaavat X- ja Y-johtimia ja estolinjoja, bittien lukulinjoja, virheiden havaitsemista ja tarvittavien kellosignaalien generoimista.
Yleensä suurin osa muistiin liittyvistä piireistä on LVDC-tietokonelogiikassa, ei itse muistimoduulissa. Erityisesti tietokonelogiikka sisältää rekistereitä osoitteiden ja datasanojen tallentamista ja muuntamista varten sarja- ja rinnakkaisten välillä. Se sisältää myös piirit lukubittilinjojen lukemiseen, virheiden tarkistamiseen ja kellotukseen.
Muistimoduuli, joka näyttää tärkeimmät komponentit. MIB (Multlayer Interconnection Board) on 12-kerroksinen painettu piirilevy
Y-muistiohjainkortti
Ydinmuistissa oleva sana valitaan viemällä vastaavat X- ja Y-rivit päälevypinon läpi. Aloitetaan kuvaamalla Y-ohjainpiiri ja kuinka se tuottaa signaalin yhden 64 Y-linjan kautta. 64 erillisen ohjainpiirin sijaan moduuli vähentää piirien määrää käyttämällä 8 "korkeaa" ohjainta ja 8 "matala" ajuria. Ne on kytketty "matriisi"-kokoonpanoon, joten jokainen korkean ja matalan ohjainten yhdistelmä valitsee eri rivit. Siten 8 "korkea" ja 8 "matala" kuljettaja valitsee yhden 64 (8 × 8) Y-rivistä.
Y-ohjainkortti (etu) ohjaa Y-valintoja korttipinossa
Alla olevassa kuvassa näkyy joitain ULD-moduuleja (valkoinen) ja transistoreita (kulta), jotka ohjaavat Y-valintalinjoja. "EI"-moduuli on ajurin sydän: se syöttää vakiojännitepulssin (E). ) tai siirtää vakiovirtapulssin (I) valintarivin läpi. Valintalinjaa ohjataan aktivoimalla EI-moduuli jännitetilassa johdon toisessa päässä ja EI-moduuli virtatilassa toisessa päässä. Tuloksena on pulssi, jolla on oikea jännite ja virta, joka riittää uudelleenmagnetoimaan sydämen. Sen kääntäminen vie paljon vauhtia; jännitepulssi on kiinteä 17 volttia ja virta vaihtelee 180 mA - 260 mA lämpötilasta riippuen.
Makrokuva Y-ohjainkortista, jossa näkyy kuusi ULD-moduulia ja kuusi paria transistoreita. Jokainen ULD-moduuli on merkitty IBM:n osanumerolla, moduulityypillä (esimerkiksi "EI") ja koodilla, jonka merkitystä ei tunneta.
Kortilla on myös virhevalvontamoduulit (ED), jotka havaitsevat, kun useampi kuin yksi Y-valintalinja aktivoituu samanaikaisesti. Jos tuloksena oleva jännite on kynnyksen yläpuolella, avain laukeaa.
Ohjainlevyn alla on diodiryhmä, joka sisältää 256 diodia ja 64 vastusta. Tämä matriisi muuntaa 8 ylintä ja 8 alinta signaaliparia ajurikortilta 64 Y-linjaliitokseksi, jotka kulkevat pääkorttipinon läpi. Levyn ylä- ja alaosassa olevat taipuisat kaapelit yhdistävät levyn diodiryhmään. Kaksi joustavaa kaapelia vasemmalla (ei näy kuvassa) ja kaksi virtakiskoa oikealla (yksi näkyvissä) yhdistävät diodimatriisin ytimiin. Vasemmalla näkyvä taipuisa kaapeli yhdistää Y-kortin muuhun tietokoneeseen I/O-kortin kautta, kun taas oikealla alareunassa oleva pieni joustava kaapeli liitetään kellogeneraattorikorttiin.
X Memory Driver Board
X-linjojen asettelu on samanlainen kuin Y-linjassa, paitsi että X-linjoja on 128 ja Y-linjoja 64. Koska X-johtoja on kaksi kertaa enemmän, moduulin alla on toinen X-ohjainkortti. Vaikka X- ja Y-korteissa on samat komponentit, johdotus on erilainen.
Tämä ja sen alla oleva lauta hallitsevat X valittua riviä ydinlevypinossa
Alla olevasta kuvasta näkyy, että jotkin levyn komponentit olivat vaurioituneet. Toinen transistoreista on siirtynyt, ULD-moduuli on katkennut ja toinen on katkennut. Johdotus näkyy rikkinäisessä moduulissa yhdessä pienen piikiteen kanssa (oikealla). Tässä kuvassa näet myös pysty- ja vaakasuuntaisten johtavien raitojen jäljet 12-kerroksisella piirilevyllä.
Lähikuva levyn vaurioituneesta osasta
X-ohjainkorttien alla on X-diodimatriisi, joka sisältää 288 diodia ja 128 vastusta. X-diodiryhmä käyttää eri topologiaa kuin Y-diodikortti, jotta komponenttien lukumäärä ei kaksinkertaistuisi. Kuten Y-diodilevy, tämä kortti sisältää komponentteja, jotka on asennettu pystysuoraan kahden painetun piirilevyn väliin. Tätä menetelmää kutsutaan "cordwoodiksi", ja sen avulla komponentit voidaan pakata tiiviisti.
Makrokuva X-diodiryhmästä, jossa näkyy pystysuoraan asennetut akordipuudiodit kahden painetun piirilevyn välissä. Kaksi X-ohjainkorttia sijaitsevat diodilevyn yläpuolella, ja ne on erotettu niistä polyuretaanivaahdolla. Huomaa, että piirilevyt ovat hyvin lähellä toisiaan.
Muistin vahvistimet
Alla olevassa kuvassa näkyy lukuvahvistinlevy. Siinä on 7 kanavaa 7 bitin lukemiseen muistipinosta; alla oleva identtinen kortti käsittelee 7 bittiä lisää, yhteensä 14 bittiä. Sensorivahvistimen tarkoitus on havaita uudelleenmagnetoitavan ytimen synnyttämä pieni signaali (20 millivolttia) ja muuttaa se 1-bittiseksi ulostuloksi. Jokainen kanava koostuu differentiaalivahvistimesta ja puskurista, jota seuraa differentiaalimuuntaja ja lähtöliitin. Vasemmalla 28-johtiminen taipuisa kaapeli liitetään muistipinoon, joka johtaa kunkin sensorijohdon kaksi päätä vahvistinpiiriin alkaen MSA-1 (Memory Sense Amplifier) -moduulista. Yksittäiset komponentit ovat vastukset (ruskeat sylinterit), kondensaattorit (punaiset), muuntajat (musta) ja transistorit (kulta). Databitit poistuvat sensorivahvistinkorteilta oikeanpuoleisen taipuisan kaapelin kautta.
Lukuvahvistinkortti muistimoduulin yläosassa. Tämä kortti vahvistaa tunnistusjohtojen signaaleja luodakseen ulostulobittejä
Kirjoita Inhibit Line Driver
Inhibit-ohjaimia käytetään muistiin kirjoittamiseen, ja ne sijaitsevat päämoduulin alapuolella. Estoviivaa on 14, yksi jokaiselle pinon matriisille. 0-bitin kirjoittamiseksi vastaava lukitusajuri aktivoituu ja estolinjan läpi kulkeva virta estää ydintä vaihtamasta arvoon 1. Jokaista linjaa ohjaavat ID-1- ja ID-2-moduuli (kirjoituksenestolinjaohjain) ja pari transistoreista. Tarkat 20,8 ohmin vastukset levyn ylä- ja alaosassa säätelevät lukitusvirtaa. Oikealla oleva 14-johtiminen taipuisa kaapeli yhdistää ajurit 14 estojohtoon ydinlevypinossa.
Estokortti muistimoduulin pohjassa. Tämä kortti tuottaa 14 estosignaalia, joita käytetään tallennuksen aikana
Kelloohjaimen muisti
Kelloohjain on pari korttia, joka tuottaa kellosignaaleja muistimoduulille. Kun tietokone aloittaa muistitoiminnon, moduulin kelloohjain generoi asynkronisesti muistimoduulin käyttämät erilaiset kellosignaalit. Kellokäyttölevyt sijaitsevat moduulin pohjassa pinon ja estolevyn välissä, joten levyjä on vaikea nähdä.
Kelloohjainlevyt ovat päämuistipinon alapuolella, mutta lukituslevyn yläpuolella
Yllä olevan kuvan siniset levykomponentit ovat monikierrospotentiometrejä, oletettavasti ajoitusta tai jännitteen säätöä varten. Myös vastukset ja kondensaattorit näkyvät levyissä. Kaaviossa näkyy useita MCD (Memory Clock Driver) -moduuleja, mutta korteilla ei näy moduuleja. On vaikea sanoa, johtuuko tämä rajoitetusta näkyvyydestä, piirin muutoksesta vai toisen kortin olemassaolosta näillä moduuleilla.
Muistin I/O-paneeli
Viimeinen muistimoduulikortti on I/O-kortti, joka jakaa signaalit muistimoduulikorttien ja muun LVDC-tietokoneen välillä. Pohjassa oleva vihreä 98-nastainen liitin liitetään LVDC-muistikoteloon ja tuottaa signaaleja ja virtaa tietokoneesta. Suurin osa muoviliittimistä on rikki, minkä vuoksi koskettimet näkyvät. Jakotaulu on kytketty tähän liittimeen kahdella 49-nastaisella taipuisalla kaapelilla pohjassa (vain etukaapeli näkyy). Muut joustavat kaapelit jakavat signaalit X Driver Boardille (vasemmalla), Y Driver Boardille (oikealla), Sense Amplifier Boardille (ylhäällä) ja Inhibit Boardille (alhaalla). Kortilla on 20 kondensaattoria, jotka suodattavat muistimoduuliin syötetyn virran.
I/O-kortti muistimoduulin ja muun tietokoneen välillä. Pohjassa oleva vihreä liitin liitetään tietokoneeseen ja nämä signaalit reititetään litteillä kaapeleilla muistimoduulin muihin osiin
johtopäätös
Pääasiallinen LVDC-muistimoduuli tarjosi kompaktin ja luotettavan tallennustilan. Jopa 8 muistimoduulia voidaan sijoittaa tietokoneen alaosaan. Tämä antoi tietokoneelle mahdollisuuden tallentaa 32 26-bittiset sanat tai 16 kilosanaa redundantissa erittäin luotettavassa "duplex"-tilassa.
Yksi LVDC:n mielenkiintoinen ominaisuus oli, että muistimoduulit voitiin peilata luotettavuuden vuoksi. "Duplex"-tilassa jokainen sana tallennettiin kahteen muistimoduuliin. Jos yhdessä moduulissa tapahtui virhe, oikea sana voitiin saada toisesta moduulista. Vaikka tämä tarjosi luotettavuutta, se puolitti muistin jalanjäljen. Vaihtoehtoisesti muistimoduuleja voidaan käyttää "simplex"-tilassa, jolloin jokainen sana tallennetaan kerran.
LVDC:ssä oli jopa kahdeksan CPU-muistimoduulia
Magneettiydinmuistimoduuli tarjoaa visuaalisen esityksen ajasta, jolloin 8 kilotavun tallennustila vaati 5 kg:n moduulin. Tämä muisto oli kuitenkin aikansa täydellinen. Tällaiset laitteet poistuivat käytöstä 2,3-luvulla puolijohde-DRAM-muistien myötä.
RAM-muistin sisältö säilyy, kun virta katkaistaan, joten on todennäköistä, että moduuli tallentaa edelleen ohjelmistoja tietokoneen viimeisestä käyttökerrasta. Kyllä, kyllä, sieltä voi löytää jotain mielenkiintoista jopa vuosikymmeniä myöhemmin. Olisi mielenkiintoista yrittää palauttaa nämä tiedot, mutta vaurioitunut piiri aiheuttaa ongelman, joten sisältöä ei todennäköisesti voida hakea muistimoduulista toiseen kymmeneen vuoteen.
Mitä muuta voit lukea blogista?
→
→
→
→
→
Tilaa meidän -kanava, jotta et missaa seuraavaa artikkelia! Kirjoitamme korkeintaan kaksi kertaa viikossa ja vain työasioissa. Muistutamme myös, että Cloud4Y voi tarjota turvallisen ja luotettavan etäkäytön yrityssovelluksiin ja liiketoiminnan jatkuvuuden kannalta tarpeellisiin tietoihin. Etätyö on lisäeste koronaviruksen leviämiselle. Yksityiskohdat ovat esimiehiltämme.
Lähde: will.com