A számítógép, amely a rakéta hordozón (Launch Vehicle Digital Computer, LVDC) működött, kulcsszerepet játszott az Apollo holdprogramban, irányítva a Saturn 5 rakétát. Mint a kor többi számítógépe, adatokat apró mágneses magokban tárolt. Ebben a cikkben a Cloud4Y a LVDC memória moduljáról mesél a luxus Steve Jurvetson-tól.
Ez a memória modul az 1960-as évek közepén lett továbbfejlesztve. Az elkészítéséhez felületszerelt alkatrészeket, hibrid modulokat és flexibilis csatlakozásokat használtak, ami lényegesen kisebbé és könnyebbé tette, mint a korabeli számítógépek memóriája. Ugyanakkor a memória modul csak 4096 szót tudott tárolni 26 biten.
Mágneses magokból készült memória modul. Ez a modul 4K szót tárol 26 bitnyi adatból és 2 bit paritásból. Négy memória modul együtt összesen 16384 szót tárol, súlya 2,3 kg és mérete 14 cm × 14 cm × 16 cm.
A holdra szállás 1961. május 25-én kezdődött, amikor Kennedy elnök bejelentette, hogy Amerika emberi lényt juttat a Holdra a évtized végére. Ehhez a Saturn 5 háromfokozatú rakétát használták, amely minden idők legnagyobb teljesítményű rakétája. A Saturn 5-öt egy számítógép irányította és ellenőrizte (itt erről) a rakéta harmadik fokozatán, kezdve a Föld körüli pályára állítástól, majd a Hold felé haladva. (Az Apollo űrhajó ekkor elvált a Saturn-5 rakétától, és az LVDC feladata teljesült.)
Az LVDC egy tartószerkezetben található. Kerek csatlakozók láthatók a számítógép elülső oldalán. Nyolc elektromos csatlakozót és két folyadék hűtésre szolgáló csatlakozót használtak.
Az LVDC csak az Apollo fedélzetén található számítógépek egyike volt. Az LVDC a 45 kilogrammos analóg számítógéphez csatlakozott, ami a repülés irányítási rendszer része volt. Az Apollo irányítószámítógép (Apollo Guidance Computer, AGC) az űrhajót a Hold felszínére irányította. A parancsnoki modul egy AGC-t tartalmazott, míg a holdmodul egy második AGC-t és az Abort navigációs rendszert, valamint egy tartalék vészhelyzeti számítógépet foglalt magában.
Az Apollo fedélzetén több számítógép is volt.
Unit Logic eszközök (ULD)
Az LVDC-t egy érdekes hibrid technológia, az ULD, azaz egységszállító eszköz segítségével hozták létre. Bár külsőleg integrált áramkörökre emlékeztettek, az ULD modulok több komponenst tartalmaztak. Ezekben egyszerű szilíciumkristályok voltak, mindegyikben egy vagy két dióda. Ezeket a mátrixokat nyomtatott vastagfilm ellenállásokkal együtt kerámia lapon szerelték össze, hogy logikai kapukhoz hasonló áramköröket valósítsanak meg. Ezek a modulok az SLT modulok alternatíváját képezték (), amelyeket az IBM népszerű S/360 sorozatú számítógépeihez fejlesztettek ki. Az IBM 1961-ben kezdte el az SLT modulok tervezését, mielőtt az integrált áramkörök kereskedelmi szempontból hatékonyakká váltak, és 1966-ra az IBM évente több mint 100 millió SLT modult gyártott.
Az ULD modulok jelentősen kisebbek voltak, mint az SLT modulok, ahogy az alábbi fényképen is látható, így alkalmasabbak voltak a kompakt űrszámítógéphez. Az ULD modulok kerámia borítólapokat használtak a fém tűk helyett az SLT-ben, és a felső felületen fém érintkezők voltak, nem pedig tűk. A lemezre helyezett bilincsek rögzítették az ULD modult és kapcsolódtak ezekhez az érintkezőkhez.
Miért használt az IBM SLT modulokat az integrált áramkörök helyett? Az alapvető ok az volt, hogy az integrált áramkörök még gyerekcipőben jártak, amelyeket 1959-ben találtak fel. 1963-ra az SLT modulok költség- és teljesítményelőnyökkel rendelkeztek az integrált áramkörökkel szemben. Mindazonáltal az SLT modulokat sokszor elavultnak tekintették az integrált áramkörökkel szemben. Az SLT modulok egyik előnye az integrált áramkörökhöz képest az volt, hogy az SLT-ben található ellenállások sokkal pontosabbak voltak, mint az integrált áramkörökben. A gyártás során az SLT modulok vastagfilm ellenállásait gondosan homokfúvással kezelték, hogy eltávolítsák az ellenálló réteget, amíg el nem érték a kívánt ellenállást. Az SLT modulok emellett olcsóbbak voltak, mint a hasonló integrált áramkörök az 1960-as években.
Az LVDC és a hozzá kapcsolódó felszerelések több mint 50 különböző típusú ULD-t használtak.
Az SLT modulok (balra) jelentősen nagyobbak az ULD moduloknál (jobbra). Az ULD mérete 7,6 mm × 8 mm.
Az alábbi képen az ULD modul belső alkatrészei láthatók. Balra a kerámiából készült lemezen olyan vezetők láthatók, amelyek négy apró négyzet alakú szilíciumkristállyal vannak összekötve. Ez hasonlít egy nyomtatott áramkörre, de vegye figyelembe, hogy ez sokkal kisebb, mint egy köröm. A jobb oldalon látható fekete téglalapok vastagfilm ellenállások, amelyek a lemez alsó oldalán találhatók.
ULD, felülről és alulról. Láthatók a szilíciumkristályok és az ellenállások. Míg az SLT moduloknak az ellenállásai a felső felületen voltak, az ULD moduloknál az ellenállások az alján helyezkedtek el, ami növelte a sűrűséget és a költségeket.
Az alábbi fényképen az ULD modulból készült szilíciumkristály látható, amely két diódát valósított meg. A méretek rendkívül kicsik, példaként mellette cukorkristályok találhatók. A kristályon három külső csatlakozás volt réz golyók által forrasztva három körhöz. A két alsó kör (a két dióda anódja) ötvözve volt (sötétebb területek), míg a jobb felső kör a katód volt, amely a talphoz volt csatlakoztatva.
Két dióda szilíciumkristályának fényképe cukorkristályok mellett.
Hogyan működik a mágneses magokon alapuló memória
A mágneses magokon alapuló memória volt a számítógépek alapvető adatmentési formája az 1950-es évektől kezdve, amíg a 1970-es években el nem hanyagolták a félvezető tárolóeszközöket. A memória apró ferritgyűrűkből készült, amelyeket magoknak hívtak. A ferritgyűrűket egy téglalap alakú mátrixban helyezték el, és minden gyűrűn kettő és négy vezeték haladt át az információk olvasása és írása érdekében. A gyűrűk lehetővé tették egy bit információ tárolását. A magot áram impulzusok segítségével mágnesesre változtatták a ferritgyűrűn áthaladó vezetékeken. Az egyik mag mágnesezésének irányát meg lehetett változtatni, ha impulzust küldtek az ellenkező irányba.
A magmagatós mag főértékének leolvasásához a áramimpulzussal a gyűrűt 0 állapotba állították. Ha a mag korábban 1 állapotban volt, a változó mágneses tér feszültséget gerjesztett az egyik vezetéken, amely a magok keresztülhalad. De ha a mag már 0 állapotban volt, a mágneses tér nem változott meg, és a leolvasó vezetékben nem emelkedett a feszültség. Így a bitérték a magban úgy lett leolvasva, hogy visszaállították nullára és ellenőrizték a feszültséget a leolvasó vezetéken. A mágneses magokra épülő memória egyik fontos jellemzője az volt, hogy a ferritgyűrű olvasási folyamata elpusztította a bennfoglalt értéket, ezért a magot "át kellett írni".
Nem volt kényelmes külön vezetéket használni minden egyes mag mágnesességének megváltoztatásához, de az 1950-es években kifejlesztettek egy ferritmemóriát, amely az áramok egybeesésének elvével működött. A négyvezetékes ábra - X, Y, olvasás, tiltás - általánosan elfogadottá vált. A technológia egy különleges magjellemzőt használt, amelyet hiszterézisnek neveznek: egy kis áram nem befolyásolja a ferritmemóriát, de a küszöbérték feletti áram mágnesesre állítaná a magot. Amikor a táplálás a szükséges áram felének megfelelően érkezik egy X és egy Y vonalra, csak az a mag, ahol mindkét vonal keresztezi egymást, kapja meg a megfelelő áramot az újranyomáshoz, míg a többi mag érintetlen marad.
Ilyen volt az IBM 360 Model 50 memória. Az LVDC és a Model 50 azonos típusú mágnesekkel dolgozott, amelyeket 19-32-nek neveztek, mert belső átmérőjük 19 mil (0,4826 mm), külső átmérőjük pedig 32 mil (0,8 mm) volt. Ezen a fényképen látszik, hogy minden mágnesen három vezeték halad keresztül, de az LVDC négy vezetéket használt.
Az alábbi fényképen egy téglalap alakú LVDC memória mátrix látható. Ez a mátrix 128 X-vonallal rendelkezik, amelyek függőlegesen futnak, és 64 Y-vonallal, amelyek vízszintesen futnak, minden kereszteződésben egy mágnessel. Az egyetlen olvasóvezeték párhuzamosan halad át az összes Y-vonallal. Az íróvezeték és a tiltóvezeték párhuzamosan halad át az összes X-vonallal. A vezetékek a mátrix közepén keresztezik egymást; ez csökkenti az indukált zajt, mivel az egyik felétől származó zaj semlegesíti a másik felétől származó zajt.
Egy LVDC ferritmemória mátrix, amely 8192 bitet tartalmaz. A többi mátrix a külső oldalán lévő tüskék révén csatlakozik.
A fenti mátrixban 8192 elem volt, mindegyik egy bitet tárolt. A memória szót eltárolni több alapmátrixot kellett összevonni, egyet minden egyes bithez a szóban. Az X és Y vezetékek kígyózva haladtak át az összes alapmátrixon. Minden mátrixnak külön olvasási vonala és külön írási tilalmi vonala volt. Az LVDC memória 14 alapmátrixból állt (lásd alább), amelyek egy 13-bites „szótagot” tároltak, a paritás bitjével együtt.
Az LVDC rendszer 14 alapmátrixból áll.
A mágneses magokban történő memória írása további vezetékeket igényelt, úgynevezett tilalmi vonalakat. Minden mátrixnak volt egy tilalmi vonala, ami átnyúlt az összes magján. Írás közben az áram az X és Y vonalakon keresztül haladt, és meghatározott gyűrűket (egyetlen síkban) 1-es állapotba magnetizáltak, megőrizve minden 1-est a szóban. A 0 rögzítéséhez a bit pozíciójában a vonal félszeles árammal volt táplálva, ellentétesen az X vonallal. Ennek következtében a magok 0-ás értéken maradtak. Így a tilalmi vonal nem engedte a magot 1-re fordulni. Bármilyen kívánt szót be lehetett írni a memóriába a megfelelő tilalmi vonalak aktiválásával.
LVDC memória modul
Hogyan van fizikailag felépítve a LVDC memória modul? A memória modul közepén egy 14 mátrixból álló ferró-mágnesezett memóriaoszlop található, amelyet korábban mutattunk be. Ezt több áramköri lap veszi körül, amelyek az X és Y vezetékek, a tilalmi vonalak, a bit olvasó vonalak, a hibafelismerés és a szükséges órajelek generálásáért felelős áramkört tartalmaznak.
Általában a memóriahoz kapcsolódó áramkörök a LVDC számítógép logikájában találhatók, nem magában a memória modulban. Különösen a számítógép logikája nyilvántartásokat tartalmaz a cím és az adatszó tárolására, valamint a soros és párhuzamos átváltoztatásra. Továbbá tartalmaz egy olvasókör áramkört a bit olvasó vonalaktan, a hibaanalízisre és az órajelezésre.
A memória modul és a kulcsfontosságú komponensek jelzése. A MIB (Multilayer Interconnection Board) egy 12 rétegű nyomtatott áramkör.
A memória Y illesztőlap
A memória mágneses szívén a szó a megfelelő X és Y vonalak átvezetésével választódik ki a fő lapkák tömbjén. Kezdjük a Y-vezérlő áramkörének leírásával, és hogy hogyan generál jelet az egyik 64 Y-vonal között. A 64 külön vezérlő áramkör helyett a modul csökkenti a kapcsolások számát 8 "magas" vezérlő és 8 "alacsony" vezérlő alkalmazásával. Ezek „mátrix” konfigurációban vannak kötve, így minden magas és alacsony vezérlő kombinációja különböző vonalakat választ. Ily módon a 8 „magas” és 8 „alacsony” vezérlő 64 (8 × 8) Y-vonal közül választ egyet.
A Y vezérlő lapka (elülső rész) irányítja a Y választási vonalakat a lapkák tömbjén.
Az alábbi képen néhány ULD modult (fehér) és pár tranzisztort (arany) láthatunk, amelyek a Y választási vonalakat irányítják. Az „EI” modul a vezérlő szíve: állandó feszültségimpulzus (E) ad le, vagy állandó áramimpulzust (I) enged át a választási vonalon. A választási vonalat az EI modul feszültség üzemmódban történő aktiválása irányítja a vonal egyik végén és az EI modul áram üzemmódban történő aktiválása a vonal másik végén. Az eredmény egy megfelelő feszültség- és áramimpulzus, amely elegendő a szív jelentős mágneses újrahasznosításához. Nagy impulzusra van szükség a megfordításhoz; a feszültségimpulzus 17 voltra van rögzítve, az áram pedig 180 mA és 260 mA között ingadozik a hőmérséklettől függően.
Egy makrofotó a Y vezérlő lapkáról, amelyen hat ULD modul és hat pár tranzisztor látható. Minden ULD modulon feltüntették az IBM alkatrész számot, a modul típusát (pl. „EI”) és egy kódot, amelynek jelentése nem tisztázott.
A lapka fontos hibakövető modulokkal (ED) is fel van szerelve, amelyek észlelik, amikor több Y választási vonal aktiválódik egyszerre. Az ED modul egy egyszerű félanalóg megoldást használ: az bemeneti feszültségek összegzésével működik ellenállás hálózaton keresztül. Ha az eredő feszültség a küszöbérték felett van, a kulcs aktiválódik.
A vezérlőlap alatt egy diódás mátrix található, amely 256 diódát és 64 ellenállást tartalmaz. Ez a mátrix 8 felső és 8 alsó jelpárt alakít át a vezérlőlapról 64 Y-vonalra, amelyek a fő áramköri lapokkal haladnak át. A vezérlőlapot felül és alul rugalmas kábelek kapcsolják a diódás mátrixhoz. Két rugalmas kábel bal oldalon (a fotón nem látható) és két busz jobb oldalon (az egyik látható) kapcsolja a diódás mátrixot a magtömbhöz. A bal oldalon látható rugalmas kábel a Y-lapot köti össze a számítógép többi részével az I/O lap segítségével, míg a jobb alsó sarokban található kis rugalmas kábel a kvarcgenerátor laphoz csatlakozik.
X memória vezérlőlap
Az X vonalak vezérlésére szolgáló áramkör hasonló a Y áramkörhöz, kivéve, hogy 128 X vonal és 64 Y vonal van. Mivel az X vezetékek száma kétszer akkora, a modulnak van egy második X vezérlőlapja, amely alatt helyezkedik el. Bár az X és Y lapok azonos alkatrészeket tartalmaznak, a vezetékelés eltér.
Ez a lap és az alatta lévő hasonló lap a kiválasztott X sorokat vezérli a magtömb áramköreiben
Az alábbi fotón látható, hogy a lapon néhány alkatrész sérült. Az egyik tranzisztor elmozdult, az ULD modul eltört, a másik pedig letört. A sérült modulnál látható a vezetékelés, emellett az egyik apró szilíciumkristály (jobbra) is látható. Ezen a fotón a 12 rétegű nyomtatott áramkör átlós és vízszintes vezetősávjainak nyomai is megfigyelhetők.
Közelkép a lap sérült részéről
Az X vezérlőlapok alatt egy X diódás mátrix található, amely 288 diódát és 128 ellenállást tartalmaz. Az X diódás mátrix más topológiát használ, mint a Y diódás lap, hogy elkerülje az alkatrészek számának megduplázódását. A Y diódás laphoz hasonlóan ez a lap is függőlegesen telepített alkatrészeket tartalmaz a két nyomtatott áramkör között. Ezt a módszert „korvdwood”-nak nevezik, és lehetővé teszi az alkatrészek sűrűbb elhelyezését.
A X diódás mátrix makrofotója függőlegesen telepített diódákat mutat a korvdwood technikával a 2 nyomtatott áramkör között. Két X vezérlőlap található a diódás lap fölött, amelyet poliuretán hab választ el tőlük. Figyelembe kell venni, hogy a nyomtatott áramkörök nagyon közel helyezkednek el egymáshoz.
Memóriaerősítők
Az alábbi képen a jelerősítő lap látható. 7 csatornája van a memória veremből 7 bit olvasására; az alábbi, azonos lap még 7 bitet dolgoz fel, összesen 14 bit. A jelerősítő feladata, hogy észlelje a gyenge jelet (20 millivolt), amelyet a mágneses mag generál, és azt 1-bites kimenetté alakítsa. Minden csatorna diffenzenciális erősítőből és puffertől áll, amit diffenzenciális transzformátor és kimeneti fixáló követ. Balra egy 28-tűs flex kábel csatlakozik a memória veremhez, és az olvasási vezetékek két végét az erősítő áramkörhöz vezeti, kezdve az MSA-1 modul (memóriaolvasó erősítő) szakaszával. Az egyes alkatrészek ellenállások (barna hengerek), kondenzátorok (vörös), transzformátorok (fekete) és tranzisztorok (arany) formájában jelennek meg. Az adatbiteket a jelerősítő lapokról a jobb oldalon lévő flex kábelen keresztül továbbítják.
A jelerősítő lap a memória modulja tetején található. Ez a lap erősíti a szenzorhuzalok jeleit, hogy kimeneti biteket hozzon létre.
Írástiltó vonal meghajtó
Az írástiltó meghajtók a memória írásához szükségesek, amelyek a fő modul alsó oldalán találhatóak. 14 írástiltó vonal van, mindegyik az egyes mátrixokhoz a veremben. 0 bit írásához az megfelelő írástiltó meghajtót aktiválják, és az írástiltó vonalon áthaladó áram megakadályozza, hogy a mag 1-re kapcsoljon. Minden vonalat az ID-1 és ID-2 modul vezérel (írástiltó vonal meghajtó), valamint egy pár tranzisztor. A 20,8 Ohmos, nagy pontosságú ellenállások a lap tetején és alján szabályozzák az írástiltó áramot. A jobb oldalon található 14-pólusú flex kábel összeköti a meghajtókat a 14 írástiltó vezetékkel a mágneses lapok veremében.
Írástiltó lap a memória modul alsó részén. Ez a lap 14 írástiltó jelet generál, amelyeket írás során használnak.
Az óra meghajtó memória
Az óra meghajtó egy pár lap, amelyek szinkronizáló jeleket generálnak a memória modul számára. Amint a számítógép megkezdi a memória műveletét, a memória modul által használt különböző szinkronizáló jeleket aszinkron módon generálja az óra meghajtó. Az óra meghajtó lapok a modul alsó részén helyezkednek el, a verem és az írástiltó lap között, ezért a lapok rosszul láthatóak.
A frekvenciavezérlő lapok az alapmemória fő veremje alatt találhatóak, de a blokkoló lap fölött.
A felső fényképen látható lap kék alkatrészei többszörösen állítható potenciométerek, valószínűleg az idő vagy feszültség szabályozására. Ellenállások és kondenzátorok is láthatók a lapokon. A rajz több MCD (Memory Clock Driver) modult mutat, de a lapokon egyetlen modul sem látható. Nehéz megmondani, hogy ez a láthatóság korlátozottságának, a rajz módosításának vagy egy másik lapon lévő modulok meglétének tudható-e be.
Memória bemeneti-kimeneti panel
A memória modul utolsó lapja a memória bemeneti-kimeneti panel, amely jeleket oszt el a memória modul lapjai és a számítógép többi része között LVDC. Az alján lévő zöld, 98 tűs csatlakozó csatlakozik az LVDC memória házhoz, biztosítva a jeleket és a tápellátást a számítógéptől. A műanyag csatlakozók nagy része eltört, így a érintkezők láthatóak. Az elosztó panel két 49 tűs flexibilis kábel segítségével csatlakozik ehhez a csatlakozóhoz az alján (csak a elülső kábel látható). Más flexibilis kábelek osztják el a jeleket az X-vezérlő lapra (balra), az Y-vezérlő lapra (jobbra), a olvasóerősítő lapra (felül) és a tiltó lapra (alul). A lapon 20 kondenzátor szűri a memória modulhoz bejövő tápellátást.
Bemeneti-kimeneti lap a memória modul és a számítógép többi része között. Az alján lévő zöld csatlakozó csatlakozik a számítógéphez, és ezek a jelek lapos kábel segítségével más memória modul részekbe irányulnak.
Következtetés
A fő memória modul LVDC kompakt, megbízható tárolást biztosított. A számítógép alsó felébe akár 8 memória modul is elhelyezhető. Ez lehetővé tette a számítógép számára, hogy 32-t tároljon. 26 bites szót vagy 16 kilóword-ot egy redundáns, nagy megbízhatóságú "duplex" módban.
Az LVDC egyik érdekes jellemzője az volt, hogy a memória modulok tükrözhetők a megbízhatóság érdekében. Duplex módban minden szó két memória modulban is tárolódott. Ha az egyik modulban hiba történt, a helyes szó a másik modulból nyerhető ki. Bár ez megbízhatóságot biztosított, a memória mennyiségét a felére csökkentette. Alternatív megoldásként a memória modulok simplex módban is használhatóak, ahol minden szó egyszeri tárolásra kerül.
A LVDC rendszer akár nyolc CPU memóriamodult is befogadhat.
A mágneses magokkal rendelkező memóriamodul szemléletesen bemutatja, hogy 8 KB tárolásához egy 5 fontos (2,3 kg) modulra volt szükség. Ez a memória azonban a maga idejében meglehetősen fejlett volt. Az ilyen eszközöket az 1970-es években a félvezető DRAM megjelenése után hagyták el.
A RAM tartalma megmarad, ha áramtalanítják, így valószínű, hogy a modul még mindig tárol olyan szoftvereket, amelyeket a számítógép utolsó használata óta nem indítottak el. Igen, évtizedek elteltével is találhatunk ott valami érdekeset. Érdekes lenne megpróbálni helyreállítani ezeket az adatokat, de a sérült áramkör problémát okoz, így valószínű, hogy nem lesz lehetséges a memória modulból való kinyeréshez az adatokat még évtizedek múltán sem.
Milyen hasznos dolgokat olvashat még a blogban
→
→
→
→
→
Iratkozzon fel az -csatorna, hogy ne maradjon le a következő cikkről! Hetente legfeljebb kétszer írunk, és csak lényegre törően. Emlékeztetjük, hogy a Cloud4Y biztonságos és megbízható távoli hozzáférést biztosít az üzleti alkalmazásokhoz és információkhoz, amelyek az üzletmenet folyamatosságának biztosításához szükségesek. A távoli munka további akadályt jelent a koronavírus terjedésével szemben. További részletekért kérjük, keresse menedzsereinket.
Forrás: habr.com
