Digitalno računalo lansirnog vozila (LVDC) igralo je ključnu ulogu u programu Apollo Mjeseca, kontrolirajući raketu Saturn 5. Poput većine računala tog vremena, pohranjivalo je podatke u malene magnetske jezgre. U ovom članku Cloud4Y govori o luksuznom LVDC memorijskom modulu Steve Jurvetson.
Ovaj memorijski modul poboljšan je sredinom 1960-ih. Napravljen je pomoću komponenti za površinsku montažu, hibridnih modula i fleksibilnih veza, što ga je učinilo za red veličine manjim i lakšim od konvencionalne računalne memorije tog vremena. Međutim, memorijski modul je dopuštao pohranu samo 4096 riječi od 26 bita.
Memorijski modul na magnetskim jezgrama. Ovaj modul pohranjuje 4K riječi od 26 bita podataka i 2 bita parnosti. S četiri memorijska modula koji daju ukupni kapacitet od 16 riječi, teži 384 kg i ima dimenzije 2,3 cm x 14 cm x 14 cm.
Misija na Mjesec započela je 25. svibnja 1961., kada je predsjednik Kennedy najavio da će Amerika spustiti čovjeka na Mjesec prije kraja desetljeća. Koristila je trostupanjsku raketu Saturn 5, najsnažniju raketu ikada napravljenu. Saturn 5 kontrolirao je i kontrolirao kompjuter (ovdje o njemu) trećeg stupnja rakete-nosača, počevši od polijetanja u Zemljinu orbitu, a zatim tijekom kretanja prema Mjesecu. (Svemirska letjelica Apollo se u ovom trenutku odvajala od rakete Saturn V, a misija LVDC je završena.)
LVDC je instaliran u potporni okvir. Na prednjoj strani računala vidljivi su okrugli konektori. Korišteno 8 električnih konektora i dva konektora za tekuće hlađenje
LVDC je bio samo jedno od nekoliko računala na brodu Apollo. LVDC je bio spojen na sustav kontrole leta, analogno računalo teško 45 kg. Apollovo ugrađeno navigacijsko računalo (Apollo Guidance Computer, AGC) vodilo je letjelicu prema površini Mjeseca. Zapovjedni modul sadržavao je jedan AGC, dok je lunarni modul sadržavao drugi AGC zajedno s Abort navigacijskim sustavom, rezervnim računalom za hitne slučajeve.
Na brodu Apollo bilo je nekoliko računala.
Jedinični logički uređaji (ULD)
LVDC je stvoren korištenjem zanimljive hibridne tehnologije nazvane ULD, unit load device. Iako su površinski nalikovali integriranim krugovima, ULD moduli sadržavali su više komponenti. Koristili su jednostavne silikonske čipove, od kojih je svaki sadržavao samo jedan tranzistor ili dvije diode. Ove matrice, zajedno s tiskanim debelim filmskim otpornicima, montirane su na keramičku pločicu za implementaciju sklopova poput logičkih vrata. Ovi moduli bili su varijanta SLT modula (), razvijen za IBM računala popularne serije S/360. IBM je počeo razvijati SLT module 1961., prije nego što su integrirani krugovi postali komercijalno održivi, a do 1966. IBM je proizvodio preko 100 milijuna SLT modula godišnje.
ULD moduli bili su znatno manji od SLT modula, kao što se vidi na slici ispod, što ih je činilo prikladnijima za kompaktna svemirska računala. ULD moduli koristili su keramičke jastučiće umjesto metalnih pinova u SLT-u i imali su metalne kontakte na vrhu površina umjesto pribadača. Stezaljke na ploči držale su ULD modul na mjestu i spojene na ove pinove.
Zašto je IBM koristio SLT module umjesto integriranih sklopova? Glavni razlog bio je taj što su integrirani krugovi bili tek u povojima, budući da su izumljeni 1959. godine. Godine 1963. SLT moduli imali su prednosti u pogledu cijene i izvedbe u odnosu na integrirane sklopove. Međutim, SLT moduli često su smatrani inferiornijima u usporedbi s integriranim krugovima. Jedna od prednosti SLT modula nad integriranim krugovima bila je ta što su otpornici u SLT-u bili mnogo precizniji od onih u integriranim krugovima. Tijekom proizvodnje otpornici debelog sloja u SLT modulima pažljivo su pjeskareni kako bi se uklonio otporni film dok se ne postigne željeni otpor. SLT moduli su također bili jeftiniji od usporedivih integriranih sklopova u 1960-ima.
LVDC i srodna oprema koriste više od 50 različitih vrsta ULD-ova.
SLT moduli (lijevo) znatno su veći od ULD modula (desno). ULD veličina je 7,6 mm × 8 mm
Slika ispod prikazuje unutarnje komponente ULD modula. S lijeve strane, keramička pločica prikazuje vodiče spojene na četiri sićušna četvrtasta silikonska čipa. Izgleda kao tiskana ploča, ali imajte na umu da je mnogo manji od nokta. Crni pravokutnici s desne strane otpornici su debelog filma otisnuti na donjoj strani pločice.
ULD, pogled odozgo i odozdo. Vidljivi su kristali silicija i otpornici. Dok su SLT moduli imali otpornike na gornjoj površini, ULD moduli su imali otpornike na dnu, što je povećalo gustoću kao i cijenu
Slika ispod prikazuje kristal silicija iz ULD modula koji je implementirao dvije diode. Veličine su neobično male; za usporedbu, u blizini su kristali šećera. Kristal je imao tri vanjske veze preko bakrenih kuglica zalemljenih na tri kruga. Donja dva kruga (anode dviju dioda) su dopirane (tamnija područja), dok je gornji desni krug bila katoda spojena na bazu.
Fotografija silicijske matrice s dvije diode pored kristala šećera
Kako radi memorija magnetske jezgre?
Memorija s magnetskom jezgrom bila je primarni oblik pohrane podataka u računalima od 1950-ih dok je nisu zamijenili poluvodički uređaji za pohranu u 1970-ima. Memorija je stvorena od sićušnih feritnih prstenova koji se nazivaju jezgre. Feritni prstenovi bili su raspoređeni u pravokutnu matricu i dvije do četiri žice prolazile su kroz svaki prsten za čitanje i pisanje informacija. Prstenovi su dopuštali pohranjivanje jednog bita informacija. Jezgra je magnetizirana strujnim impulsom kroz žice koje prolaze kroz feritni prsten. Smjer magnetizacije jedne jezgre mogao se promijeniti slanjem impulsa u suprotnom smjeru.
Da bi se očitala vrijednost jezgre, strujni impuls pomaknuo je prsten u stanje 0. Ako je jezgra prethodno bila u stanju 1, promjenjivo magnetsko polje stvorilo je napon u jednoj od žica koje prolaze kroz jezgre. Ali ako je jezgra već u stanju 0, magnetsko polje se ne bi promijenilo i napon ne bi porastao u žici za očitavanje. Stoga je vrijednost bita u jezgri očitana resetiranjem na nulu i provjerom napona na senzorskoj žici. Važna značajka memorije magnetske jezgre bila je ta da je proces očitavanja feritnog prstena uništavao njegovu vrijednost, pa je jezgru trebalo "prepisivati".
Korištenje zasebne žice za promjenu magnetizacije svake jezgre bilo je nezgodno, ali 1950-ih razvili su feritnu memoriju koja radi na principu koincidentnih struja. Četverožilni sklop - X, Y, očitaj, zabrani - postao je općeprihvaćen. Tehnologija je iskoristila posebno svojstvo jezgri zvano histereza: mala struja ne bi utjecala na feritnu memoriju, ali bi struja iznad praga magnetizirala jezgru. Primjenom snage s pola potrebne struje na jednu X liniju i jednu Y liniju, samo jezgra u kojoj su se obje linije križale primila je dovoljno struje za ponovno magnetiziranje, dok su druge jezgre ostale netaknute.
Ovako je izgledala memorija IBM 360 Model 50. LVDC i Model 50 koristili su isti tip jezgre, poznat kao 19-32 jer im je unutarnji promjer bio 19 mila (0.4826 mm), a vanjski promjer 32 mila (0,8 mm) . Ova fotografija pokazuje da kroz svaku jezgru prolaze tri žice, ali LVDC je koristio četiri žice
Slika ispod prikazuje jednu pravokutnu LVDC memorijsku matricu. 8 Ova matrica ima 128 X-žica koje idu okomito i 64 Y-žice koje idu vodoravno, sa jezgrom na svakom sjecištu. Jedna žica za očitavanje prolazi kroz sve jezgre paralelno sa žicama u obliku slova Y. Žica za upisivanje i žica za zabranu prolaze kroz sve jezgre paralelne s X-žicama. Žice se križaju u sredini matrice; ovo smanjuje inducirani šum jer šum iz jedne polovice poništava šum iz druge polovice.
Jedno LVDC feritno memorijsko polje koje sadrži 8192 bita. Spajanje s drugim matricama vrši se preko klinova s vanjske strane
Gornja matrica je imala 8192 elementa, od kojih je svaki pohranjivao jedan bit. Da bi se pohranila memorijska riječ, zbraja se nekoliko osnovnih matrica, po jedna za svaki bit u riječi. Žice X i Y vijugale su kroz sve glavne matrice. Svaka matrica je imala zasebnu liniju za čitanje i posebnu liniju zabrane pisanja. LVDC memorija koristila se hrpom od 14 osnovnih matrica (ispod) koje su spremale 13-bitni "slog" zajedno s paritetnim bitom.
LVDC skup sastoji se od 14 glavnih matrica
Snimanje u memoriju na magnetskim jezgrama zahtijevalo je dodatne žice, takozvane isključene linije. Svaki matriks imao je jednu liniju inhibicije koja je prolazila kroz sve jezgre u njemu. Tijekom procesa pisanja, struja teče kroz linije X i Y, ponovno magnetizirajući odabrane prstenove (jedan po ravnini) u stanje 1, pohranjujući sve 1 u riječi. Da bi se upisala 0 na poziciju bita, linija je bila napajana s pola struje nasuprot liniji X. Kao rezultat toga, jezgre su ostale na vrijednosti 0. Dakle, linija zabrane spriječila jezgru da se okrene na 1. Bilo koja željena riječ može se zapisati u memoriju aktiviranjem odgovarajućih inhibitnih linija.
LVDC memorijski modul
Kako je fizički dizajniran LVDC memorijski modul? U središtu memorijskog modula je hrpa od 14 feromagnetskih memorijskih matrica prikazanih ranije. Okružuje ga nekoliko ploča sa strujnim krugovima za kontrolu X i Y žica i linija zabrane, čitanje linija bitova, otkrivanje grešaka i generiranje potrebnih signala takta.
Općenito, većina sklopova povezanih s memorijom nalazi se u logici LVDC računala, a ne u samom memorijskom modulu. Konkretno, računalna logika sadrži registre za pohranu podataka o adresama i riječima i pretvaranje između serijskih i paralelnih. Također sadrži sklopove za čitanje bitnih linija, provjeru grešaka i taktiranje.
Memorijski modul prikazuje ključne komponente. MIB (Multilayer Interconnection Board) je 12-slojna tiskana pločica
Ploča upravljačkog programa memorije Y
Riječ u memoriji magnetske jezgre odabire se prolaskom odgovarajućih linija X i Y kroz glavni niz ploča. Počnimo s opisom Y pokretačkog kruga i kako on generira signal kroz jednu od 64 Y linije. Umjesto 64 pojedinačna pokretačka kruga, modul smanjuje broj krugova korištenjem 8 "visokih" pokretača i 8 "niskih" pokretača. Povezani su u "matrix" konfiguraciji, tako da svaka kombinacija visokog i niskog pokretača odabire različite linije. Dakle, 8 "visokih" i 8 "niskih" vozača odabiru jednu od 64 (8 × 8) Y-linije.
Y upravljačka ploča (sprijeda) pokreće Y odabirne linije u nizu ploča
Na fotografiji ispod možete vidjeti neke od ULD modula (bijeli) i parove tranzistora (zlatni) koji pokreću linije odabira Y. Modul "EI" je srce pokretača: on daje konstantni impuls napona (E) ili propušta impuls konstantne struje (I) kroz selekcijsku liniju. Linija za odabir se kontrolira aktiviranjem EI modula u naponskom načinu rada na jednom kraju linije i EI modula u strujnom načinu rada na drugom kraju. Rezultat je puls s ispravnim naponom i strujom koji su dovoljni da preokrenu magnetizaciju jezgre. Potrebno je puno zamaha da se to preokrene; impuls napona je fiksiran na 17 volti, a struja se kreće od 180 mA do 260 mA ovisno o temperaturi.
Makro fotografija Y upravljačke ploče koja prikazuje šest ULD modula i šest pari tranzistora. Svaki ULD modul označen je IBM-ovim brojem dijela, vrstom modula (npr. "EI") i šifrom čije značenje nije jasno
Ploča također ima module za otkrivanje grešaka (ED) koji detektiraju kada je istovremeno aktivirano više od jedne linije odabira Y. ED modul koristi jednostavno polu-analogno rješenje: zbraja ulazne napone pomoću mreže otpornika. Ako je rezultirajući napon iznad praga, prekidač se aktivira.
Ispod upravljačke ploče nalazi se diodna matrica koja sadrži 256 dioda i 64 otpornika. Ova matrica pretvara gornjih 8 i donjih 8 parova signala s upravljačke ploče u veze sa 64 Y linije koje prolaze kroz glavni skup ploča. Fleksibilni kabeli na vrhu i dnu ploče povezuju ploču s nizom dioda. Dva fleksibilna kabela s lijeve strane (ne vide se na fotografiji) i dvije sabirnice s desne strane (jedna vidljiva) povezuju diodnu matricu s nizom jezgri. Fleksibilni kabel vidljiv s lijeve strane povezuje Y-ploču s ostatkom računala putem I/O ploče, a mali savitljivi kabel u donjem desnom dijelu povezuje se s pločom sa satom.
Memorijska upravljačka ploča X
Krug za pokretanje X vodova sličan je Y krugu, osim što ima 128 X vodova i 64 Y. Budući da ima dvostruko više X žica, modul ima drugu X pogonsku ploču koja se nalazi ispod njega. Iako X i Y ploče imaju iste komponente, ožičenje je drugačije.
Ova ploča i slična ispod nje kontroliraju X odabranih redaka u nizu ploča s jezgrama
Slika ispod pokazuje da su neke komponente na ploči oštećene. Jedan od tranzistora je pogrešno poravnat, ULD modul je slomljen na pola, a drugi je slomljen. Ožičenje je vidljivo na slomljenom modulu, zajedno s jednim od sićušnih kristala silicija (desno). Na ovoj fotografiji također možete vidjeti tragove vertikalnih i horizontalnih vodljivih tragova na 12-slojnoj tiskanoj pločici.
Krupni plan oštećenog područja ploče
Ispod X pogonskih ploča nalazi se niz X dioda koji sadrži 288 dioda i 128 otpornika. Niz X-dioda koristi drugačiju topologiju od niza Y-dioda kako bi se izbjeglo udvostručenje broja komponenti. Kao i ploča s Y-diodom, ova ploča sadrži komponente montirane okomito između dvije sklopne ploče. Ova metoda se zove "cordwood" i omogućuje čvrsto pakiranje komponenti.
Makro fotografija niza X dioda prikazuje diode montirane okomito tehnikom cordwood između 2 tiskane ploče. Dvije X upravljačke ploče nalaze se iznad diodne ploče, odvojene od njih poliuretanskom pjenom. Imajte na umu da su PCB-i vrlo blizu jedan drugome
Pojačala memorije
Slika ispod prikazuje ploču s pojačalom senzora. Ima 7 kanala za čitanje 7 bita iz memorijskog steka; identična ploča ispod obrađuje još 7 bitova, za ukupno 14 bitova. Posao senzorskog pojačala je otkriti mali signal (20 milivolti) koji generira jezgra koja se može magnetizirati i pretvoriti ga u 1-bitni izlaz. Svaki kanal sastoji se od diferencijalnog pojačala i međuspremnika, nakon čega slijedi diferencijalni transformator i izlazna stezaljka. S lijeve strane, 28-žilni savitljivi kabel povezuje se s memorijskim skupom, dovodeći dva kraja svake senzorske žice u krug pojačala, počevši od modula MSA-1 (pojačalo za čitanje memorije). Pojedinačne komponente su otpornici (smeđi cilindri), kondenzatori (crveni), transformatori (crni) i tranzistori (zlatni). Bitovi podataka izlaze iz ploča senzorskog pojačala preko savitljivog kabela s desne strane.
Ploča s pojačalom senzora nalazi se na vrhu memorijskog modula. Ova ploča pojačava signale iz žica senzora za stvaranje izlaznih bitova
Pisanje zabrane upravljačkog programa linije
Inhibit driveri koriste se za pisanje u memoriju i nalaze se na donjoj strani glavnog modula. Postoji 14 zaustavnih linija, po jedna za svaku matricu u nizu. Za upisivanje bita 0, aktivira se odgovarajući upravljački program zabrane i struja kroz liniju zabrane sprječava prebacivanje jezgre na 1. Svaku liniju pokreću ID-1 i ID-2 modul (pokretač linije za zabranu pisanja) i par tranzistori. Visokoprecizni otpornici od 20,8 ohma na vrhu i dnu ploče reguliraju struju blokiranja. 14-žilni savitljivi kabel s desne strane povezuje upravljačke programe s 14 inhibirajućih žica u hrpi jezgrenih ploča.
Inhibicijska ploča na dnu memorijskog modula. Ova ploča generira 14 inhibit signala koji se koriste tijekom snimanja
Memorija pokretača sata
Pokretač sata je par ploča koje generiraju signale sata za memorijski modul. Jednom kada računalo započne s radom memorije, upravljački program modula asinkrono generira različite signale takta koje koristi memorijski modul. Ploče pogona sata nalaze se na dnu modula, između hrpe i inhibitne ploče, tako da je ploče teško vidjeti.
Ploče upravljačkog programa sata su ispod skupa glavne memorije, ali iznad ploče za blokiranje
Komponente plave ploče na gornjoj fotografiji su potenciometri s više okretaja, vjerojatno za podešavanje vremena ili napona. Na pločama su također vidljivi otpornici i kondenzatori. Dijagram prikazuje nekoliko MCD (Memory Clock Driver) modula, ali nijedan modul nije vidljiv na pločama. Teško je reći je li to zbog ograničene vidljivosti, promjene u sklopovima ili prisutnosti druge ploče s ovim modulima.
Memorijska I/O ploča
Posljednja ploča memorijskog modula je I/O ploča, koja distribuira signale između ploča memorijskog modula i ostatka LVDC računala. Zeleni 98-pinski konektor na dnu spaja se na kućište LVDC memorije, osiguravajući signale i napajanje iz računala. Većina plastičnih konektora je slomljena, pa su kontakti vidljivi. Stražnja ploča je spojena na ovaj konektor pomoću dva 49-pinska savitljiva kabela na dnu (vidljiv je samo prednji kabel). Ostali savitljivi kabeli distribuiraju signale do X-pokretačke ploče (lijevo), Y-pokretačke ploče (desno), senzorske pločice pojačala (gore) i zabrane ploče (dolje). 20 kondenzatora na ploči filtrira struju koja se dovodi u memorijski modul.
I/O ploča između memorijskog modula i ostatka računala. Zeleni konektor na dnu povezuje se s računalom, a ti se signali usmjeravaju preko ravnih kabela na druge dijelove memorijskog modula
Izlaz
Glavni LVDC memorijski modul omogućio je kompaktnu, pouzdanu pohranu. Donja polovica računala može primiti do 8 memorijskih modula. To je omogućilo računalu da pohrani 32 26-bitne riječi ili 16 kiloriječi u redundantnom, vrlo pouzdanom "duplex" načinu rada.
Jedna zanimljiva značajka LVDC-a bila je ta da se memorijski moduli mogu zrcaliti radi pouzdanosti. U "duplex" načinu rada svaka je riječ bila pohranjena u dva memorijska modula. Ako je došlo do pogreške u jednom modulu, ispravna riječ se može dobiti iz drugog modula. Iako je to osiguravalo pouzdanost, prepolovilo je kapacitet memorije. Alternativno, memorijski moduli se mogu koristiti u "simplex" načinu rada, pri čemu se svaka riječ pohranjuje jednom.
LVDC je sadržavao do osam CPU memorijskih modula
Memorijski modul s magnetskom jezgrom pruža vizualni prikaz vremena kada je modul od 8 funti (5 kg) bio potreban za pohranjivanje 2,3 KB. Međutim, ovo je sjećanje bilo vrlo savršeno za svoje vrijeme. Takvi uređaji prestali su se koristiti 1970-ih s pojavom poluvodičkog DRAM-a.
Sadržaj RAM-a se zadržava kada se napajanje isključi, tako da je vjerojatno da modul još uvijek pohranjuje softver od zadnjeg korištenja računala. Da, da, tamo se može pronaći nešto zanimljivo i nakon desetljeća. Bilo bi zanimljivo pokušati oporaviti te podatke, ali oštećeni strujni krug predstavlja problem, pa se sadržaj vjerojatno neće moći oporaviti iz memorijskog modula još desetljećima.
Što još možete pročitati na blogu?
→
→
→
→
→
Pretplatite se na naš -kanal kako ne biste propustili sljedeći članak! Pišemo ne više od dva puta tjedno i samo poslovno. Također vas podsjećamo da Cloud4Y može pružiti siguran i pouzdan daljinski pristup poslovnim aplikacijama i informacijama potrebnim za osiguranje kontinuiteta poslovanja. Rad na daljinu dodatna je prepreka širenju koronavirusa. Pojedinosti su dostupne kod naših menadžera.
Izvor: www.habr.com