Il computer che operava nel razzo vettore (Launch Vehicle Digital Computer, LVDC) ha svolto un ruolo chiave nel programma lunare "Apollo", gestendo il razzo Saturn V. Come la maggior parte dei computer dell'epoca, memorizzava i dati in minuscoli nuclei magnetici. In questo articolo, Cloud4Y esplora il modulo di memoria LVDC di una pregiata di Steve Jurvetson.
Questo modulo di memoria è stato perfezionato a metà degli anni '60. È stato realizzato utilizzando componenti a montaggio superficiale, moduli ibridi e connessioni flessibili, rendendolo molto più piccolo e leggero rispetto alla memoria convenzionale dei computer dell'epoca. Tuttavia, il modulo di memoria consentiva di memorizzare solo 4096 parole di 26 bit.
Modulo di memoria a nuclei magnetici. Questo modulo memorizza 4K parole di 26 bit di dati e 2 bit di parità. Con quattro moduli di memoria, per una capacità totale di 16.384 parole, pesa 2,3 kg e ha dimensioni di 14 cm x 14 cm x 16 cm.
Il volo verso la Luna è iniziato il 25 maggio 1961, quando il presidente Kennedy dichiarò che l'America avrebbe inviato un uomo sulla Luna entro la fine del decennio. Per questo venne utilizzato il razzo Saturn V, il razzo più potente mai costruito. Il Saturn V era gestito e controllato da un computer (ecco su di esso) della terza fase del razzo, a partire dal decollo in orbita terrestre e successivamente durante il viaggio verso la Luna. (In quel momento, il modulo "Apollo" si staccava dal razzo "Saturn V", e il compito del LVDC era completato).
Il LVDC è installato nel telaio di supporto. I connettori rotondi sono visibili sulla parte anteriore del computer. Sono stati utilizzati 8 connettori elettrici e due connettori per il raffreddamento a liquido.
Il LVDC era solo uno dei diversi computer a bordo dell'Apollo. Il LVDC era collegato al sistema di controllo di volo, un computer analogico di 45 chilogrammi. Il computer di navigazione a bordo del modulo Apollo (Apollo Guidance Computer, AGC) guidava la navetta verso la superficie lunare. Il modulo di comando conteneva un AGC, mentre il modulo lunare conteneva un secondo AGC insieme al sistema di navigazione Abort e un computer di emergenza di riserva.
A bordo dell'Apollo c'erano diversi computer
Unità di carico di dispositivo (ULD)
I LVDC erano realizzati utilizzando un'interessante tecnologia ibrida chiamata ULD, unit load device. Sebbene assomigliassero a circuiti integrati, i moduli ULD contenevano diversi componenti. Utilizzavano semplici cristalli di silicio, ognuno con un singolo transistor o due diodi. Queste matrici, insieme a resistori stampati a film spesso, erano montati su una piastra ceramica per implementare circuiti logici. Questi moduli erano una variante dei moduli SLT (), sviluppati per computer della popolare serie IBM S/360. IBM iniziò a sviluppare i moduli SLT nel 1961, prima che i circuiti integrati diventassero commercialmente praticabili, e entro il 1966 IBM produceva oltre 100 milioni di moduli SLT all'anno.
I moduli ULD erano significativamente più piccoli rispetto ai moduli SLT, come si può vedere nella foto sottostante, rendendoli più adatti per un computer spaziale compatto. I moduli ULD utilizzavano coperture in ceramica anziché pin metallici come gli SLT, e avevano contatti metallici sulla superficie superiore invece dei pin. Le morsettiere sulla scheda tenevano il modulo ULD in posizione e si collegavano a questi contatti.
Perché IBM ha utilizzato i moduli SLT invece dei circuiti integrati? La ragione principale è che i circuiti integrati erano ancora in fase embrionale, essendo stati inventati nel 1959. Nel 1963, i moduli SLT offrivano vantaggi in termini di costi e prestazioni rispetto ai circuiti integrati. Tuttavia, i moduli SLT erano spesso considerati obsoleti rispetto ai circuiti integrati. Uno dei vantaggi dei moduli SLT rispetto ai circuiti integrati era che i resistori nei SLT erano decisamente più precisi rispetto a quelli nei circuiti integrati. Durante la fabbricazione, i resistori a film spesso nei moduli SLT erano sottoposti a un accurato trattamento di sabbiatura per rimuovere il film resistivo fino a ottenere la resistenza desiderata. I moduli SLT erano inoltre più economici rispetto ai circuiti integrati comparabili negli anni '60.
LVDC e l'attrezzatura correlata utilizzavano più di 50 diversi tipi di ULD.
I moduli SLT (a sinistra) sono significativamente più grandi dei moduli ULD (a destra). Le dimensioni degli ULD sono 7,6 mm × 8 mm.
Nella foto qui sotto sono mostrati i componenti interni del modulo ULD. A sinistra, sulla piastra ceramica, si possono vedere i conduttori collegati a quattro minuscoli cristalli di silicio quadrati. Sembra un circuito stampato, ma tenete presente che è molto più piccolo di un'unghia. I rettangoli neri a destra sono resistori a pellicola spessa stampati sul lato inferiore della piastra.
ULD, vista dall'alto e dal basso. Sono visibili i cristalli di silicio e i resistori. Mentre i moduli SLT avevano resistori sulla superficie superiore, i moduli ULD avevano resistori sotto, il che aumentava la densità e il costo.
Nella foto qui sotto è visibile un cristallo di silicio del modulo ULD, che realizzava due diodi. Le dimensioni sono straordinariamente piccole; accanto ci sono cristallini di zucchero a titolo di confronto. Il cristallo aveva tre collegamenti esterni tramite pallini di rame saldati a tre cerchi. I due cerchi inferiori (anodi dei due diodi) erano legati (zone più scure), mentre il cerchio superiore destro era il catodo, collegato alla base.
Foto di un cristallo di silicio a due diodi accanto ai cristalli di zucchero.
Come funziona la memoria a nuclei magnetici.
La memoria a nuclei magnetici è stata la principale forma di archiviazione dei dati nei computer dagli anni '50 fino a quando, negli anni '70, è stata sostituita dai dispositivi di memoria a semiconduttore. Questa memoria era costituita da minuscole anelle di ferrite, chiamati nuclei. Gli anelli di ferrite erano disposti in una matrice rettangolare e attraverso ciascun anello passavano da due a quattro fili per leggere e scrivere informazioni. Gli anelli permettevano di memorizzare un singolo bit di informazione. Il nucleo veniva magnetizzato tramite un impulso di corrente attraverso i fili che attraversavano l'anello di ferrite. La direzione della magnetizzazione di un nucleo poteva essere cambiata inviando un impulso nella direzione opposta.
Per leggere il valore del nucleo, l'impulso di corrente portava l'anello allo stato 0. Se in precedenza il nucleo si trovava nello stato 1, il campo magnetico in cambiamento generava una tensione in uno dei fili che attraversano i nuclei. Ma se il nucleo fosse già stato nello stato 0, il campo magnetico non sarebbe cambiato e non ci sarebbe stata tensione nel filo di lettura. Pertanto, il valore del bit nel nucleo veniva letto ripristinandolo a zero e controllando la tensione nel filo di lettura. Una caratteristica importante della memoria con nuclei magnetici era che il processo di lettura dell'anello di ferrite distruggeva il suo valore, quindi era necessario "riscrivere" il nucleo.
Utilizzare un cavo separato per cambiare la magnetizzazione di ogni nucleo era scomodo, ma negli anni '50 venne sviluppata la memoria a ferrite, che funzionava secondo il principio della corrispondenza delle correnti. Lo schema a quattro fili — X, Y, lettura, blocco — divenne uno standard. La tecnologia sfruttava una particolare proprietà dei nuclei, chiamata isteresi: una piccola corrente non influenzava la memoria a ferrite, ma una corrente superiore a una certa soglia magnetizzava il nucleo. Quando veniva applicata una corrente pari alla metà di quella necessaria su una linea X e su una linea Y, solo il nucleo in cui si incrociavano entrambe le linee riceveva sufficiente corrente per la rimagnetizzazione, mentre gli altri nuclei rimanevano intatti.
Questa era la memoria dell'IBM 360 Model 50. LVDC e il modello 50 utilizzavano nuclei dello stesso tipo, noti come 19-32, perché il loro diametro interno era di 19 mil (0,4826 mm) e il loro diametro esterno era di 32 mil (0,8 mm). In questa foto si vede che attraverso ogni nucleo passano tre fili, ma LVDC utilizzava quattro fili.
Nella foto sottostante è mostrata una matrice rettangolare di memoria LVDC. Questa matrice ha 128 conduttori X disposti verticalmente e 64 conduttori Y disposti orizzontalmente, con un nucleo in ciascuna intersezione. L'unico conduttore per la lettura attraversa tutti i fili in parallelo ai conduttori Y. Il conduttore per la scrittura e il conduttore di proibizione passano attraverso tutti i fili in parallelo ai conduttori X. I fili si incrociano al centro della matrice; ciò riduce il rumore indotto, poiché il rumore di una metà neutralizza il rumore dell'altra metà.
Una matrice di memoria ferritica LVDC contenente 8192 bit. La connessione con altre matrici avviene tramite pin situati lungo il lato esterno.
La matrice sopra aveva 8192 elementi, ognuno dei quali memorizzava un bit. Per salvare una parola di memoria, più matrici di base venivano sovrapposte, una per ciascun bit della parola. I conduttori X e Y passavano a zigzag attraverso tutte le matrici di base. Ogni matrice aveva una linea separata per la lettura e una linea separata di proibizione per la scrittura. La memoria LVDC utilizzava una pila di 14 matrici di base (sotto), che memorizzava un 'sillabo' di 13 bit insieme a un bit di parità.
La pila LVDC è composta da 14 matrici principali.
La registrazione in memoria su nuclei magnetici richiedeva cavi aggiuntivi, noti come linee di blocco. Ogni matrice aveva una linea di blocco che attraversava tutti i nuclei in essa. Durante la scrittura, la corrente passava attraverso le linee X e Y, magnetizzando gli anelli selezionati (uno per piano) nello stato 1, mantenendo tutti gli 1 nella parola. Per scrivere 0 nella posizione del bit, la linea veniva alimentata con una corrente pari e opposta alla linea X. Di conseguenza, i nuclei rimanevano nello stato 0. Così, la linea di blocco impediva al nucleo di invertire il valore a 1. Qualsiasi parola desiderata poteva essere registrata in memoria attivando le linee di blocco appropriate.
Modulo di memoria LVDC
Come è fisicamente costruito il modulo di memoria LVDC? Al centro del modulo di memoria si trova una pila di 14 matrici di memoria ferromagnetica, come mostrato in precedenza. È circondata da diverse schede contenenti il circuito per controllare i cavi X e Y e le linee di blocco, le linee di lettura dei bit, il rilevamento degli errori e la generazione dei necessari segnali di clock.
In generale, la maggior parte degli schemi relativi alla memoria si trova nella logica computerizzata LVDC e non nel modulo di memoria stesso. In particolare, la logica del computer contiene registri per memorizzare l'indirizzo e le parole di dati, e per convertire tra le modalità seriale e parallela. Include anche uno schema di lettura dalle linee di lettura dei bit, di controllo degli errori e di sincronizzazione.
Modulo di memoria con indicazione dei componenti chiave. MIB (Multilayer Interconnection Board) è una scheda a circuito stampato a 12 strati.
Scheda del driver di memoria Y.
La parola nella memoria sui nuclei magnetici viene selezionata attraversando le linee X e Y corrispondenti attraverso la pila principale delle schede. Iniziamo descrivendo lo schema del driver Y e come genera il segnale attraverso uno dei 64 Y-linee. Invece di avere 64 circuiti separati per i driver, il modulo riduce il numero di schemi utilizzando 8 driver "alti" e 8 driver "bassi". Questi sono collegati in una configurazione "a matrice", quindi ogni combinazione di driver alti e bassi seleziona righe diverse. In questo modo, 8 driver "alti" e 8 driver "bassi" selezionano una delle 64 (8 × 8) Y-linee.
Il driver Y (parte anteriore) gestisce le linee di selezione Y nel blocco delle schede.
Nella foto sottostante si possono vedere alcuni dei moduli ULD (bianchi) e coppie di transistor (dorati) che controllano le linee di selezione Y. Il modulo 'EI' è il cuore del driver: fornisce un impulso di tensione costante (E) o salta un impulso di corrente continua (I) attraverso la linea di selezione. La linea di selezione è controllata attivando il modulo EI in modalità tensione a un'estremità della linea e il modulo EI in modalità corrente all'altra estremità. Ne risulta un impulso con la giusta tensione e corrente, sufficiente per ri-magnetizzare il nucleo. È necessario un grande impulso per capovolgerlo; l'impulso di tensione è fissato a 17 volt e la corrente varia da 180 mA a 260 mA a seconda della temperatura.
Macro foto del driver Y, che mostra sei moduli ULD e sei coppie di transistor. Ogni modulo ULD è contrassegnato con il numero di parte IBM, il tipo di modulo (ad esempio, 'EI') e un codice il cui significato non è chiaro.
La scheda è dotata di moduli di monitoraggio degli errori (ED) che rilevano quando più di una linea di selezione Y è attiva contemporaneamente. Il modulo ED utilizza una semplice soluzione ibrida: somma le tensioni di ingresso attraverso una rete di resistori. Se la tensione risultante supera la soglia, il relè si attiva.
Sotto la scheda del driver si trova una matrice di diodi contenente 256 diodi e 64 resistori. Questa matrice converte 8 coppie superiori e 8 inferiori di segnali dalla scheda dei driver in collegamenti con 64 linee Y che attraversano lo stack principale delle schede. I cavi flessibili sopra e sotto la scheda collegano la scheda alla matrice di diodi. Due cavi flessibili a sinistra (non visibili nella foto) e due bus a destra (uno visibile) collegano la matrice di diodi al array di nuclei. Il cavo flessibile visibile a sinistra collega la scheda Y al resto del computer attraverso la scheda di input/output, mentre un piccolo cavo flessibile nell'angolo in basso a destra si collega alla scheda del generatore di clock.
Scheda del driver di memoria X
Lo schema di gestione delle linee X è simile allo schema Y, ad eccezione del fatto che ci sono 128 linee X e 64 linee Y. Poiché i fili X sono doppi, il modulo ha una seconda scheda di driver X posizionata sotto di essa. Anche se le schede X e Y hanno componenti identici, il cablaggio è diverso.
Questa scheda e quella simile sotto di essa gestiscono le linee X selezionate in una colonna di schede con nuclei.
Nella foto qui sotto si nota che alcuni componenti sulla scheda sono stati danneggiati. Uno dei transistor è spostato, il modulo ULD è spezzato a metà e un altro è rotto. Il cablaggio è visibile nel modulo rotto, dove si vede anche uno dei minuscoli cristalli di silicio (a destra). In questa foto si possono anche osservare le tracce delle piste conduttive verticali e orizzontali sulla scheda a circuito stampato a 12 strati.
Primo piano della zona danneggiata della scheda
Sotto i pannelli dei driver X si trova una matrice di diodi X, composta da 288 diodi e 128 resistori. La matrice di diodi X utilizza una topologia diversa rispetto al pannello diodi Y per evitare il raddoppio dei componenti. Come nel pannello diodi Y, anche questo pannello contiene componenti installati verticalmente tra due schede stampate. Questo metodo è chiamato "cordwood" e consente di compattare i componenti.
Una macrofoto della matrice diodi X mostra i diodi installati verticalmente secondo la metodologia cordwood tra 2 schede stampate. Due schede driver X si trovano sopra la scheda diodi, separate da schiuma poliuretanica. Notare che le schede stampate sono collocate molto vicino l'una all'altra.
Amplificatori di memoria
Nella foto qui sotto è mostrata la scheda del amplificatore di lettura. Ha 7 canali per leggere 7 bit dalla memoria; la scheda identica qui sotto elabora altri 7 bit, per un totale di 14 bit. La funzione dell'amplificatore di lettura è quella di rilevare un debole segnale (20 millivolt) generato da un nucleo magnetico, e trasformarlo in un'uscita a 1 bit. Ogni canale è composto da un amplificatore differenziale e un buffer, seguiti da un trasformatore differenziale e un fissatore di uscita. A sinistra, un cavo flat a 28 fili si collega allo stack di memoria, portando ciascuna estremità di ogni filo di lettura al circuito amplificatore, a partire dal modulo MSA-1 (amplificatore di lettura della memoria). I componenti separati sono resistori (cilindri marroni), condensatori (rossi), trasformatori (neri) e transistor (dorati). I bit di dati escono dalle schede dell'amplificatore di lettura attraverso il cavo flat a destra.
La scheda dell'amplificatore di lettura nella parte superiore del modulo di memoria. Questa scheda amplifica i segnali dai fili sensore per creare bit di uscita.
Driver della linea di disabilitazione della scrittura
I driver di divieto sono utilizzati per scrivere nella memoria e si trovano sul lato inferiore del modulo principale. Ci sono 14 linee di divieto, una per ogni matrice nello stack. Per scrivere uno zero, il corrispondente driver di blocco viene attivato e la corrente attraverso la linea di divieto impedisce l'inversione del nucleo a uno. Ogni linea è controllata dal modulo ID-1 e ID-2 (driver della linea di divieto di scrittura) e da una coppia di transistor. Resistenze ad alta precisione da 20,8 Ohm nella parte superiore e inferiore della scheda regolano la corrente di blocco. Un cavo flessibile a 14 fili a destra collega i driver con i 14 fili di divieto nello stack di schede con i nuclei.
La scheda di divieto nella parte inferiore del modulo di memoria. Questa scheda genera 14 segnali di divieto, utilizzati durante la scrittura.
Memoria del driver degli orologi
Il driver dell'orologio è un insieme di schede che generano segnali di sincronizzazione per il modulo di memoria. Quando il computer inizia un'operazione con la memoria, diversi segnali di sincronizzazione utilizzati dal modulo di memoria vengono generati in modo asincrono dal driver dell'orologio del modulo. Le schede del driver dell'orologio si trovano nella parte inferiore del modulo, tra lo stack e la scheda di blocco, quindi sono poco visibili.
Le schede del driver dell'orologio si trovano sotto lo stack principale della memoria, ma sopra la scheda di blocco.
I componenti blu sulla scheda nella foto in alto sono potenziometri multigiro, presumibilmente per regolare il tempo o la tensione. Sono visibili anche resistori e condensatori sulle schede. Il diagramma mostra diversi moduli MCD (Memory Clock Driver), ma non ci sono moduli visibili sulle schede. È difficile dire se ciò sia dovuto a una visibilità limitata, a un cambiamento nel circuito o alla presenza di un'altra scheda con questi moduli.
Pannello di input/output della memoria
L'ultimo componente del modulo di memoria è il pannello di interfaccia, che gestisce i segnali tra i vari circuiti del modulo di memoria e il resto del computer LVDC. Il connettore verde a 98 pin in basso si collega al telaio della memoria LVDC, fornendo segnali e alimentazione dal computer. Molti dei connettori in plastica sono rotti, lasciando visibili i contatti. Il circuito stampato è collegato a questo connettore tramite due cavi flessibili da 49 pin in basso (solo il cavo frontale è visibile). Altri cavi flessibili distribuiscono i segnali alla scheda X-driver (a sinistra), alla scheda Y-driver (a destra), alla scheda dell'amplificatore di lettura (in alto) e alla scheda del divieto (in basso). 20 condensatori sulla scheda filtrano l'alimentazione fornita al modulo di memoria.
La scheda di interfaccia tra il modulo di memoria e il resto del computer. Il connettore verde in basso si collega al computer e questi segnali vengono indirizzati tramite cavi piatti ad altre parti del modulo di memoria.
Risultato
Il modulo di memoria LVDC forniva una soluzione di archiviazione compatta e affidabile. Fino a 8 moduli di memoria potevano essere collocati nella metà inferiore del computer. Questo permetteva al computer di memorizzare 32 26 parole a 32 bit o 16 kiloword in modalità 'duplex' ridondante e altamente affidabile.
Una caratteristica interessante del LVDC era che i moduli di memoria potevano essere mirrorati per aumentare l'affidabilità. In modalità 'duplex', ogni parola veniva memorizzata in due moduli di memoria. Se si verificava un errore in un modulo, la parola corretta poteva essere ottenuta dall'altro modulo. Sebbene questo garantisse l'affidabilità, riduceva la quantità di memoria della metà. In alternativa, i moduli di memoria possono essere utilizzati in modalità 'simplex', in cui ogni parola è memorizzata una sola volta.
Il LVDC poteva ospitare fino a otto moduli di memoria del processore centrale.
Un modulo di memoria con nuclei magnetici consente di visualizzare chiaramente quando per memorizzare 8 KB era necessario un modulo da 5 libbre (2,3 kg). Tuttavia, questa memoria era piuttosto avanzata per i suoi tempi. Dispositivi simili furono abbandonati negli anni '70 con l'avvento delle DRAM a semiconduttore.
Il contenuto della memoria RAM viene conservato anche quando l'alimentazione è disattivata, quindi è possibile che il modulo stia ancora memorizzando il software utilizzato l'ultima volta che il computer è stato acceso. Sì, potresti trovare qualcosa di interessante anche dopo decenni. Sarebbe affascinante tentare di recuperare questi dati, ma un circuito danneggiato rappresenta un problema, quindi è probabile che il contenuto non possa essere estratto dal modulo di memoria per molti decenni.
Cosa altro è utile leggere nel blog
→
→
→
→
→
Iscriviti alla nostra newsletter -canale, per non perdere i prossimi articoli! Scriviamo non più di due volte a settimana e solo quando è necessario. Inoltre, ricordiamo che Cloud4Y può fornire accesso remoto sicuro e affidabile alle applicazioni e alle informazioni aziendali necessarie per garantire la continuità aziendale. Il lavoro remoto è un ulteriore barriera alla diffusione del coronavirus. Maggiori dettagli sono disponibili dai nostri manager.
Fonte: habr.com
