The Launch Vehicle Digital Computer (LVDC) gegndi lykilhlutverki í Apollo tunglforritinu og rak Saturn 5. Eins og flestar tölvur þess tíma geymdi hún gögn í örsmáum segulkjarna. Í þessari grein talar Cloud4Y um LVDC minniseininguna frá lúxus Steve Jurvetson.
Þessi minniseining var endurbætt um miðjan sjöunda áratuginn. Það var smíðað með yfirborðsfestum íhlutum, blendingaeiningum og sveigjanlegum tengingum, sem gerir það að stærðargráðu minni og léttara en hefðbundið tölvuminni þess tíma. Hins vegar leyfði minniseiningin að geyma aðeins 1960 orð af 4096 bitum.
Segulkjarna minniseining. Þessi eining geymir 4K orð með 26 gagnabitum og 2 jöfnunarbitum. Með fjórum minniseiningum sem gefa samtals 16 orð, vegur það 384 kg og mælist 2,3 cm × 14 cm × 14 cm.
Tungllendingin hófst 25. maí 1961 þegar Kennedy forseti tilkynnti að Bandaríkin myndu setja mann á tunglið fyrir lok áratugarins. Til þess var notuð þriggja þrepa Saturn 5 eldflaug, öflugasta eldflaug sem hefur verið búin til. Satúrnus 5 var stjórnað og stjórnað af tölvu (hér um hann) þriðja stig skotfæris, byrjað frá flugtaki inn á sporbraut jarðar og síðan á leið til tunglsins. (Apollo geimfarið var að skilja frá Saturn V eldflauginni á þessum tímapunkti og LVDC verkefninu var lokið.)
LVDC er sett upp í grunngrindinni. Hringlaga tengi eru sýnileg framan á tölvunni. Notuð 8 rafmagnstengi og tvö tengi fyrir vökvakælingu
LVDC var aðeins ein af nokkrum tölvum um borð í Apollo. LVDC var tengt við flugstjórnarkerfið, 45 kg hliðræna tölvu. Apollo Guidance Computer (AGC) um borð leiddi geimfarið að yfirborði tunglsins. Stjórnareiningin innihélt eina AGC á meðan tungleiningin innihélt annað AGC ásamt Abort leiðsögukerfinu, vara neyðartölvu.
Nokkrar tölvur voru um borð í Apollo.
Unit Logic Devices (ULD)
LVDC var búið til með því að nota áhugaverða blendingatækni sem kallast ULD, einingahleðslutæki. Þrátt fyrir að þær litu út eins og samþættar hringrásir innihéldu ULD einingar nokkra íhluti. Þeir notuðu einfaldar sílikonflögur, hver með aðeins einum smári eða tveimur díóðum. Þessar fylkingar, ásamt prentuðum þykkfilmuprentuðum viðnámum, voru festar á keramikskífu til að útfæra hringrásir eins og rökgátt. Þessar einingar voru afbrigði af SLT einingar () hannað fyrir vinsælar IBM S/360 tölvur. IBM byrjaði að þróa SLT einingar árið 1961, áður en samþættar rafrásir voru hagkvæmar í atvinnuskyni, og árið 1966 var IBM að framleiða yfir 100 milljónir SLT einingar á ári.
ULD einingarnar voru umtalsvert minni en SLT einingarnar, eins og sést á myndinni hér að neðan, sem gerir þær hentugri fyrir þétta geimtölvu. ULD einingarnar notuðu keramikpúða í stað málmpinna í SLT og voru með málmsnertum efst yfirborð í stað pinna. Klemmur á borðinu héldu ULD einingunni á sínum stað og tengdust þessum pinna.
Hvers vegna notaði IBM SLT einingar í stað samþættra hringrása? Aðalástæðan var sú að samþættar rafrásir voru enn á frumstigi, en þær voru fundnar upp árið 1959. Árið 1963 höfðu SLT einingar kostnaðar- og afkastakosti fram yfir samþættar hringrásir. Hins vegar var oft litið á SLT einingar sem óæðri samþættum hringrásum. Einn af kostum SLT eininga umfram samþættar rásir var að viðnám í SLT var mun nákvæmari en í samþættum rásum. Við framleiðslu voru þykkfilmuviðnám í SLT einingunum vandlega sandblásið til að fjarlægja viðnámsfilmuna þar til þeir náðu æskilegu viðnámi. SLT einingar voru einnig ódýrari en sambærilegar samþættar rafrásir á sjöunda áratugnum.
LVDC og tengdur búnaður notaði yfir 50 mismunandi gerðir af ULD.
SLT einingar (vinstri) eru verulega stærri en ULD einingar (hægri). ULD stærð er 7,6 mm × 8 mm
Myndin hér að neðan sýnir innri hluti ULD einingarinnar. Vinstra megin á keramikplötunni eru leiðarar tengdir fjórum örsmáum ferningum sílikonkristalla. Það lítur út eins og hringrás, en hafðu í huga að það er miklu minni en fingurnögl. Svörtu ferhyrningarnir hægra megin eru þykkir filmuviðnám prentaðir á neðri hlið plötunnar.
ULD, efst og neðst. Kísillkristallar og viðnám eru sýnileg. Á meðan SLT einingar voru með viðnám á efri yfirborðinu, voru ULD einingar með viðnám á botninum, sem jók þéttleika og kostnað.
Myndin hér að neðan sýnir sílikonmót úr ULD einingunni, sem útfærði tvær díóða. Stærðirnar eru óvenju litlar, til samanburðar eru sykurkristallar í nágrenninu. Kristallinn hafði þrjár ytri tengingar í gegnum koparkúlur sem voru lóðaðar í þrjá hringi. Tveir neðstu hringirnir (skaut díóðanna tveggja) voru dópaðir (dekkri svæði), en efsti hægra hringurinn var bakskautið sem var tengt við grunninn.
Ljósmynd af tveggja díóða sílikonkristalli við hlið sykurkristalla
Hvernig segulkjarna minni virkar
Segulkjarnaminni var helsta form gagnageymslu í tölvum frá 1950 þar til því var skipt út fyrir solid state geymslutæki á 1970. Minni var búið til úr örsmáum ferríthringjum sem kallast kjarna. Ferríthringir voru settir í rétthyrnt fylki og tveir til fjórir vírar fóru í gegnum hvern hring til að lesa og skrifa upplýsingar. Hringirnir gerðu kleift að geyma einn bita af upplýsingum. Kjarninn var segulmagnaður með því að nota straumpúls í gegnum vírana sem fóru í gegnum ferríthringinn. Hægt er að breyta stefnu segulvæðingar eins kjarna með því að senda púls í gagnstæða átt.
Til að lesa gildi kjarnans setti straumpúls hringinn í stöðu 0. Ef kjarninn hafði áður verið í ástandi 1 myndaði breytilegt segulsvið spennu í einum af vírunum sem liggja í gegnum kjarnana. En ef kjarninn væri þegar í ástandi 0 myndi segulsviðið ekki breytast og skynjunarvírinn myndi ekki hækka í spennu. Þannig að gildi bitans í kjarnanum var lesið með því að núllstilla hann og athuga spennuna á lesvírnum. Mikilvægur eiginleiki minni á segulkjörnum var að ferlið við að lesa ferríthring eyðilagði gildi hans, svo kjarnann varð að "endurskrifa".
Það var óþægilegt að nota sérstakan vír til að breyta segulmagni hvers kjarna, en á fimmta áratugnum var þróað ferrítminni sem virkaði á meginreglunni um tilviljun strauma. Fjögurra víra hringrásin - X, Y, Sense, Inhibit - er orðin algeng. Tæknin nýtti sér sérstaka eiginleika kjarna sem kallast hysteresis: lítill straumur hefur ekki áhrif á ferrítminnið, en straumur yfir þröskuldi myndi segulmagna kjarnann. Þegar hann var virkjaður með helmingi nauðsynlegs straums á einni X-línu og einni Y-línu, fékk aðeins kjarninn sem báðar línurnar fóru yfir í nægan straum til að segulmagnast aftur, á meðan hinir kjarnarnir héldust ósnortnir.
Svona leit minni IBM 360 Model 50 út. LVDC og Model 50 notuðu sömu gerð kjarna, þekkt sem 19-32 vegna þess að innra þvermál þeirra var 19 mils (0.4826 mm) og ytra þvermál þeirra var 32 mils (0,8 mm) ). Þú getur séð á þessari mynd að það eru þrír vírar sem liggja í gegnum hvern kjarna, en LVDC notaði fjóra víra.
Myndin hér að neðan sýnir eitt rétthyrnd LVDC minnisfylki. 8 Þetta fylki hefur 128 X-víra sem liggja lóðrétt og 64 Y-víra sem liggja lárétt, með kjarna á hverri gatnamótum. Einn lestur vír liggur í gegnum alla kjarna samsíða Y-vírunum. Skrifvírinn og hindrunarvírinn liggja í gegnum alla kjarna samsíða X vírunum. Vírarnir krossast í miðju fylkinu; þetta dregur úr hávaðanum sem stafar af því að hávaði frá öðrum helmingnum dregur úr hávaða frá hinum helmingnum.
Eitt LVDC ferrít minnisfylki sem inniheldur 8192 bita. Tenging við önnur fylki fer fram í gegnum pinna að utan
Fylkið hér að ofan hafði 8192 þætti sem hver geymdi einn bita. Til að vista minnisorð voru nokkur grunnfylki lögð saman, eitt fyrir hvern bita í orðinu. Þræðir X og Y snæddu í gegnum öll helstu fylkin. Hvert fylki hafði sérstaka leslínu og sérstaka rithindrarlínu. LVDC minni notaði stafla af 14 grunnfylki (fyrir neðan) sem geymdi 13 bita "atkvæði" ásamt jöfnunarbita.
LVDC staflan samanstendur af 14 aðalfylki
Til að skrifa í segulkjarnaminni þurfti viðbótarvíra, svokallaðar hindrunarlínur. Hvert fylki hafði eina hindrunarlínu sem lá í gegnum alla kjarnana í því. Meðan á skrifferlinu stendur fer straumur í gegnum X- og Y-línurnar og segulmagnar valda hringi (einn í flugvél) aftur í stöðu 1 og heldur öllum 1-tölum í orðinu. Til þess að skrifa 0 við bitastöðuna var línan spennt með helmingi straumsins sem er á móti línu X. Þar af leiðandi héldu kjarnanir gildið 0. Þannig leyfði hindrunarlínan ekki kjarnanum að snúa til 1. Hægt væri að skrifa hvaða orð sem þú vilt í minnið með því að virkja samsvarandi hindrunarlínur.
LVDC minniseining
Hvernig er LVDC minniseining líkamlega smíðuð? Í miðju minniseiningarinnar er stafli af 14 ferromagnetic minni fylki sýnd áðan. Það er umkringt nokkrum töflum með rafrásum til að keyra X og Y vírana og hindrunarlínurnar, bita leslínur, villugreiningu og búa til nauðsynleg klukkumerki.
Almennt séð eru flestar minnistengdar rafrásir í LVDC tölvurökfræðinni, ekki í minniseiningunni sjálfri. Einkum inniheldur tölvurökfræði skrár til að geyma vistföng og gagnaorð og umbreyta á milli rað- og samhliða. Það inniheldur einnig rafrásir til að lesa úr lesbitalínum, villuskoðun og klukku.
Minniseining sem sýnir lykilhluta. MIB (Multilayer Interconnection Board) er 12 laga prentað hringrás
Y minni bílstjóri borð
Orð í kjarnaminninu er valið með því að senda viðkomandi X og Y línur í gegnum aðalborðsstaflann. Við skulum byrja á því að lýsa Y-drifarásinni og hvernig hún myndar merki í gegnum eina af 64 Y-línunum. Í stað 64 aðskilda ökumannsrása dregur einingin úr fjölda rása með því að nota 8 „háa“ rekla og 8 „lága“ rekla. Þeir eru tengdir í „matrix“ stillingu, þannig að hver samsetning af háum og lágum ökumönnum velur mismunandi raðir. Þannig velja 8 „hár“ og 8 „lágir“ ökumenn eina af 64 (8 × 8) Y-línum.
Y ökumannsborð (framan) rekur Y val línurnar í töflustaflanum
Á myndinni hér að neðan má sjá nokkrar af ULD einingunum (hvítar) og smáraparið (gull) sem knýja Y select línurnar. „EI“ einingin er hjarta ökumannsins: hún gefur stöðugan spennupúls (E) ) eða sendir stöðugan straumpúls (I) í gegnum vallínuna. Vallínunni er stjórnað með því að virkja EI-eininguna í spennuham í öðrum enda línunnar og EI-eininguna í straumham í hinum endanum. Niðurstaðan er púls með réttri spennu og straumi sem nægir til að endursegulæða kjarnann. Það þarf mikinn kraft til að snúa því við; spennapúlsinn er fastur við 17 volt og straumurinn er á bilinu 180 mA til 260 mA eftir hitastigi.
Fjölvamynd af Y ökumannsborðinu sem sýnir sex ULD einingar og sex pör af smára. Hver ULD eining er merkt með IBM hlutanúmeri, einingagerð (til dæmis „EI“) og kóða sem merking er óþekkt
Spjaldið er einnig búið villuskjár (ED) einingum sem nema þegar fleiri en ein Y vallína er virkjuð á sama tíma. ED einingin notar einfalda hálfhliðstæða lausn: hún leggur saman innspennu með því að nota net af viðnámum. Ef spennan sem myndast er yfir viðmiðunarmörkum er lykillinn ræstur.
Undir stjórnborðinu er díóða fylki sem inniheldur 256 díóða og 64 viðnám. Þetta fylki breytir 8 efstu og 8 neðstu merkapörunum frá ökumannsborðinu í 64 Y-línutengingar sem liggja í gegnum aðaltöfluna. Sveigjanlegar snúrur efst og neðst á borðinu tengja borðið við díóða fylkið. Tveir sveigjanlegir snúrur vinstra megin (ekki sýnilegar á myndinni) og tvær straumstangir hægra megin (ein sýnileg) tengja díóða fylkið við kjarnafjöldann. Flex snúran sem er sýnileg til vinstri tengir Y-borðið við afganginn af tölvunni í gegnum I/O borðið, en litla flex snúran neðst til hægri tengist klukku rafall borðinu.
X minni bílstjóri borð
Uppsetningin til að keyra X línurnar er svipuð og fyrir Y, nema að það eru 128 X línur og 64 Y línur. Vegna þess að það eru tvöfalt fleiri X vírar, er einingin með annað X drifborð undir henni. Þrátt fyrir að X og Y töflurnar séu með sömu íhluti er raflögnin öðruvísi.
Þetta borð og það fyrir neðan stjórna X völdum röðum í stafla af kjarnaborðum
Myndin hér að neðan sýnir að sumir íhlutir voru skemmdir á borðinu. Einn smára er tilfærður, ULD einingin er brotin í tvennt og hinn er brotinn af. Raflögnin eru sýnileg á brotnu einingunni ásamt einum af litlu sílikonkristallunum (hægri). Á þessari mynd geturðu líka séð ummerki lóðréttra og láréttra leiðandi brauta á 12 laga prentuðu hringrásarborði.
Nærmynd af skemmdum hluta borðsins
Fyrir neðan X drifborðin er X díóða fylki sem inniheldur 288 díóða og 128 viðnám. X-díóða fylkið notar aðra staðfræði en Y-díóða borðið til að forðast að tvöfalda fjölda íhluta. Eins og Y-díóða borðið inniheldur þetta borð íhluti sem eru festir lóðrétt á milli tveggja prentaðra hringrása. Þessi aðferð er kölluð "cordwood" og gerir íhlutunum kleift að vera þétt pakkað.
Stórmynd af X díóða fylki sem sýnir lóðrétt uppsettar cordwood díóða á milli tveggja prentaðra rafrása. X driverborðin tvö sitja fyrir ofan díóðaborðið, aðskilin frá þeim með pólýúretan froðu. Vinsamlegast athugaðu að prentplöturnar eru mjög nálægt hvort öðru.
Minni magnarar
Myndin hér að neðan sýnir aflestrarmagnaratöfluna. Hefur 7 rásir til að lesa 7 bita úr minnisstaflanum; sams konar borð fyrir neðan sér um 7 bita í viðbót fyrir samtals 14 bita. Tilgangur skynjunarmagnarans er að greina litla merkið (20 millivolt) sem myndast af endursegulhæfni kjarnanum og breyta því í 1-bita úttak. Hver rás samanstendur af mismunadrifsmagnara og biðminni, fylgt eftir af mismunaspenni og úttaksklemma. Vinstra megin tengist 28 víra sveigjanlegur snúru við minnisstaflann, sem leiðir tvo enda hvers skynjavírs að magnararás, sem byrjar á MSA-1 (Memory Sense Amplifier) einingunni. Einstakir íhlutir eru viðnám (brúnir strokkar), þéttar (rauðir), spennar (svartir) og smári (gull). Gagnabitarnir fara út úr skynjarmagnaratöflunum um sveigjanlega snúruna hægra megin.
Útlestrar magnaraspjald efst á minniseiningunni. Þetta borð magnar merki frá skynjunarvírunum til að búa til úttaksbita
Skrifaðu Inhibit Line Driver
Hindrunarreklar eru notaðir til að skrifa í minni og eru staðsettir á neðri hlið aðaleiningarinnar. Það eru 14 hindrunarlínur, ein fyrir hvert fylki á staflanum. Til að skrifa 0 bita er samsvarandi læsingardrifi virkjaður og straumurinn í gegnum hindrunarlínuna kemur í veg fyrir að kjarninn skipti yfir í 1. Hver lína er knúin áfram af ID-1 og ID-2 einingu (skrifa hindrunarlínu) og pari af smára. Nákvæmni 20,8 ohm viðnám efst og neðst á borðinu stjórna lokunarstraumnum. 14 víra sveigjanlegur snúru hægra megin tengir dræfana við 14 hindrunarvírana í stafla kjarnaborða.
Hindrunarspjald neðst á minniseiningunni. Þetta borð býr til 14 hindrunarmerki sem notuð eru við upptöku
Minni bílstjóri klukku
Klukkustjórinn er par af borðum sem búa til klukkumerki fyrir minniseininguna. Þegar tölvan byrjar á minnisaðgerð eru hin ýmsu klukkumerki sem minniseiningin notar framleidd ósamstillt af klukkudrifli einingarinnar. Klukkudrifspjöldin eru staðsett neðst á einingunni, á milli staflans og hindrunarborðsins, svo það er erfitt að sjá brettin.
Klukku drifborðin eru fyrir neðan aðalminnistafla en fyrir ofan lásborðið
Bláu spjaldíhlutirnir á myndinni hér að ofan eru fjölbeygjumælar, væntanlega til að stilla tíma eða spennu. Viðnám og þéttar eru einnig sýnilegir á borðum. Skýringarmyndin sýnir nokkrar MCD (Memory Clock Driver) einingar, en engar einingar eru sýnilegar á töflunum. Það er erfitt að segja til um hvort þetta sé vegna takmarkaðs skyggni, breytinga á hringrás eða tilvist annars borðs með þessum einingum.
Minni I/O Panel
Síðasta minniseiningaborðið er I/O borðið, sem dreifir merkjum á milli minniseiningaborðanna og restarinnar af LVDC tölvunni. Græna 98 pinna tengið neðst tengist LVDC minnisgrindinni og gefur merki og afl frá tölvunni. Flest plasttengin eru biluð og þess vegna sjást tengiliðir. Dreifiborðið er tengt við þetta tengi með tveimur 49 pinna sveigjanlegum snúrum neðst (aðeins framsnúran sést). Aðrar sveigjanlegar snúrur dreifa merkjum til X Driver Board (vinstri), Y Driver Board (hægri), Sense Amplifier Board (efst) og Inhibit Board (neðst). 20 þéttar á borðinu sía aflið sem kemur til minniseiningarinnar.
I/O borðið á milli minniseiningarinnar og restarinnar af tölvunni. Græna tengið neðst tengist tölvunni og þessi merki eru flutt í gegnum flatar snúrur til annarra hluta minniseiningarinnar
Output
Aðal LVDC minniseiningin útvegaði fyrirferðarlítinn, áreiðanlegan geymslu. Hægt var að setja allt að 8 minniseiningar í neðri hluta tölvunnar. Þetta gerði tölvunni kleift að geyma 32 26 bita orð eða 16 kílóorð í óþarfa mjög áreiðanlegum „duplex“ ham.
Einn áhugaverður eiginleiki LVDC var að hægt var að spegla minniseiningar fyrir áreiðanleika. Í „duplex“ ham var hvert orð geymt í tveimur minniseiningum. Ef villa kom upp í einni einingu var hægt að fá rétt orð úr annarri einingu. Þó að þetta veitti áreiðanleika, skerti það minnisfótsporið í tvennt. Að öðrum kosti er hægt að nota minniseiningarnar í „einfaldri“ ham, þar sem hvert orð er geymt einu sinni.
LVDC rúmaði allt að átta CPU minniseiningar
Segulkjarna minniseiningin gefur sjónræna framsetningu á þeim tíma þegar 8 KB geymsla þurfti 5 punda (2,3 kg) einingu. Hins vegar var þessi minning mjög fullkomin fyrir tímann. Slík tæki féllu úr notkun á áttunda áratugnum með tilkomu hálfleiðara DRAM.
Innihald vinnsluminni er varðveitt þegar slökkt er á straumnum og því er líklegt að einingin geymi enn hugbúnað frá síðasta skipti sem tölvan var notuð. Já, já, þar má finna eitthvað áhugavert jafnvel áratugum síðar. Það væri áhugavert að reyna að endurheimta þessi gögn, en skemmda rafrásin skapar vandamál, þannig að líklega verður ekki hægt að sækja innihaldið úr minniseiningunni fyrr en eftir áratug.
Hvað annað er hægt að lesa á blogginu?
→
→
→
→
→
Gerast áskrifandi að okkar -rás, til að missa ekki af næstu grein! Við skrifum ekki oftar en tvisvar í viku og aðeins í viðskiptum. Við minnum þig líka á að Cloud4Y getur veitt öruggan og áreiðanlegan fjaraðgang að viðskiptaforritum og upplýsingum sem nauðsynlegar eru fyrir samfellu fyrirtækja. Fjarvinna er viðbótar hindrun í vegi fyrir útbreiðslu kórónuveirunnar. Upplýsingar eru frá stjórnendum okkar.
Heimild: www.habr.com