Il Launch Vehicle Digital Computer (LVDC) ha svolto un ruolo chiave nel programma lunare Apollo, guidando il razzo Saturn 5. Come la maggior parte dei computer dell'epoca, memorizzava i dati in minuscoli nuclei magnetici. In questo articolo, Cloud4Y parla del modulo di memoria LVDC del deluxe Steve Jurvetson.
Questo modulo di memoria è stato migliorato a metà degli anni '1960. È stato costruito utilizzando componenti a montaggio superficiale, moduli ibridi e connessioni flessibili, rendendolo di un ordine di grandezza più piccolo e leggero della memoria per computer convenzionale dell'epoca. Tuttavia, il modulo di memoria ha consentito di memorizzare solo 4096 parole di 26 bit.
Modulo di memoria a nucleo magnetico. 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 parole, pesa 384 kg e misura 2,3 cm × 14 cm × 14 cm.
L'allunaggio iniziò il 25 maggio 1961, quando il presidente Kennedy annunciò che l'America avrebbe messo un uomo sulla luna prima della fine del decennio. Per questo è stato utilizzato un razzo Saturn 5 a tre stadi, il razzo più potente mai creato. Saturn 5 era controllato e controllato da un computer (qui su di lui) il terzo stadio di un veicolo di lancio, partendo dal decollo nell'orbita terrestre, e poi in viaggio verso la Luna. (A questo punto la navicella spaziale Apollo si stava separando dal razzo Saturn V e la missione LVDC era stata completata.)
L'LVDC è installato nel telaio di base. I connettori circolari sono visibili sulla parte anteriore del computer. Utilizzati 8 connettori elettrici e due connettori per il raffreddamento a liquido
L'LVDC era solo uno dei numerosi computer a bordo dell'Apollo. L'LVDC era collegato al sistema di controllo del volo, un computer analogico da 45 kg. L'Apollo Guidance Computer (AGC) di bordo ha guidato il veicolo spaziale sulla superficie lunare. Il modulo di comando conteneva un AGC mentre il modulo lunare conteneva un secondo AGC insieme al sistema di navigazione Abort, un computer di emergenza di riserva.
C'erano diversi computer a bordo dell'Apollo.
Dispositivi logici di unità (ULD)
LVDC è stato creato utilizzando un'interessante tecnologia ibrida chiamata ULD, unit load device. Sebbene sembrassero circuiti integrati, i moduli ULD contenevano diversi componenti. Hanno usato semplici chip di silicio, ciascuno con un solo transistor o due diodi. Questi array, insieme ai resistori stampati a film spesso stampati, sono stati montati su un wafer ceramico per implementare circuiti come una porta logica. Questi moduli erano una variante dei moduli SLT () progettato per i famosi computer della serie IBM S/360. IBM ha iniziato a sviluppare moduli SLT nel 1961, prima che i circuiti integrati fossero commercialmente fattibili, e nel 1966 IBM produceva oltre 100 milioni di moduli SLT all'anno.
I moduli ULD erano significativamente più piccoli dei moduli SLT, come si vede nella foto sotto, rendendoli più adatti per un computer spaziale compatto.I moduli ULD utilizzavano cuscinetti in ceramica invece dei perni metallici nello SLT e avevano contatti metallici sulla parte superiore superficie anziché perni. Le clip sulla scheda tenevano in posizione il modulo ULD e lo collegavano a questi pin.
Perché IBM ha utilizzato i moduli SLT invece dei circuiti integrati? Il motivo principale era che i circuiti integrati erano ancora agli inizi, essendo stati inventati nel 1959. Nel 1963, i moduli SLT presentavano vantaggi in termini di costi e prestazioni rispetto ai circuiti integrati. Tuttavia, i moduli SLT erano spesso considerati inferiori ai circuiti integrati. Uno dei vantaggi dei moduli SLT rispetto ai circuiti integrati era che i resistori negli SLT erano molto più precisi di quelli nei circuiti integrati. Durante la produzione, i resistori a film spesso nei moduli SLT sono stati accuratamente sabbiati per rimuovere il film resistivo fino a raggiungere la resistenza desiderata. I moduli SLT erano anche più economici dei circuiti integrati comparabili negli anni '1960.
L'LVDC e le relative apparecchiature utilizzavano oltre 50 diversi tipi di ULD.
I moduli SLT (a sinistra) sono notevolmente più grandi dei moduli ULD (a destra). La dimensione dell'ULD è 7,6 mm × 8 mm
La foto sotto mostra i componenti interni del modulo ULD. Sul lato sinistro della piastra di ceramica ci sono dei conduttori collegati a quattro minuscoli cristalli quadrati di silicio. Sembra un circuito stampato, ma tieni presente che è molto più piccolo di un'unghia. I rettangoli neri sulla destra sono resistori a film spesso stampati sul lato inferiore della piastra.
ULD, vista dall'alto e dal basso. Sono visibili cristalli di silicio e resistenze. Mentre i moduli SLT avevano resistori sulla superficie superiore, i moduli ULD avevano resistori sul fondo, il che aumentava la densità e il costo.
La foto sotto mostra un die in silicio del modulo ULD, che ha implementato due diodi. Le dimensioni sono insolitamente piccole, per confronto ci sono cristalli di zucchero nelle vicinanze. Il cristallo aveva tre connessioni esterne tramite sfere di rame saldate a tre cerchi. I due cerchi in basso (gli anodi dei due diodi) erano drogati (aree più scure), mentre il cerchio in alto a destra era il catodo connesso alla base.
Fotografia di un cristallo di silicio a due diodi accanto a cristalli di zucchero
Come funziona la memoria del nucleo magnetico
La memoria a nucleo magnetico è stata la principale forma di archiviazione dei dati nei computer dagli anni '1950 fino a quando non è stata sostituita da dispositivi di archiviazione a stato solido negli anni '1970. La memoria è stata creata da minuscoli anelli di ferrite chiamati nuclei. Gli anelli di ferrite sono stati collocati in una matrice rettangolare e da due a quattro fili sono passati attraverso ciascun anello per leggere e scrivere informazioni. Gli anelli consentivano di memorizzare un bit di informazioni. Il nucleo è stato magnetizzato utilizzando un impulso di corrente attraverso i fili che passano attraverso l'anello di ferrite. La direzione di magnetizzazione di un nucleo potrebbe essere cambiata inviando un impulso nella direzione opposta.
Per leggere il valore del nucleo, un impulso di corrente metteva l'anello nello stato 0. Se il nucleo era stato precedentemente nello stato 1, il campo magnetico variabile creava una tensione in uno dei fili che attraversavano i nuclei. Ma se il nucleo fosse già nello stato 0, il campo magnetico non cambierebbe e il filo di rilevamento non aumenterebbe di tensione. Quindi il valore del bit nel core è stato letto azzerandolo e controllando la tensione sul filo letto. Una caratteristica importante della memoria sui nuclei magnetici era che il processo di lettura di un anello di ferrite ne distruggeva il valore, quindi il nucleo doveva essere "riscritto".
Era scomodo utilizzare un filo separato per modificare la magnetizzazione di ciascun nucleo, ma negli anni '1950 fu sviluppata una memoria di ferrite che funzionava secondo il principio della coincidenza delle correnti. Il circuito a quattro fili - X, Y, Sense, Inhibit - è diventato comune. La tecnologia sfruttava una proprietà speciale dei nuclei chiamata isteresi: una piccola corrente non intacca la memoria della ferrite, ma una corrente superiore a una soglia magnetizzerebbe il nucleo. Quando eccitato con metà della corrente richiesta su una linea X e una linea Y, solo il nucleo in cui entrambe le linee si incrociavano riceveva abbastanza corrente per rimagnetizzarsi, mentre gli altri nuclei rimanevano intatti.
Ecco come appariva la memoria IBM 360 Model 50. L'LVDC e il Model 50 utilizzavano lo stesso tipo di core, noto 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 ). Puoi vedere in questa foto che ci sono tre fili che attraversano ogni core, ma LVDC ha usato quattro fili.
La foto sotto mostra un array di memoria LVDC rettangolare. 8 Questa matrice ha 128 fili X che corrono verticalmente e 64 fili Y che corrono orizzontalmente, con un nucleo ad ogni intersezione. Un singolo filo di lettura attraversa tutti i nuclei parallelamente ai fili a Y. Il filo di scrittura e il filo di inibizione passano attraverso tutti i core paralleli ai fili X. I fili si incrociano al centro della matrice; questo riduce il rumore indotto perché il rumore di una metà annulla il rumore dell'altra metà.
Una matrice di memoria in ferrite LVDC contenente 8192 bit. Il collegamento con altre matrici avviene tramite pin all'esterno
La matrice sopra aveva 8192 elementi, ognuno dei quali memorizzava un bit. Per salvare una parola di memoria, sono state sommate diverse matrici di base, una per ogni bit della parola. I fili X e Y serpeggiavano attraverso tutte le matrici principali. Ciascuna matrice aveva una riga di lettura separata e una riga di inibizione della scrittura separata. La memoria LVDC utilizzava una pila di 14 matrici di base (sotto) che memorizzavano una "sillaba" a 13 bit insieme a un bit di parità.
Lo stack LVDC è costituito da 14 matrici principali
La scrittura sulla memoria del nucleo magnetico richiedeva fili aggiuntivi, le cosiddette linee di inibizione. Ogni matrice aveva una linea di inibizione che attraversava tutti i nuclei in essa contenuti. Durante il processo di scrittura, la corrente passa attraverso le linee X e Y, rimagnetizzando gli anelli selezionati (uno per piano) allo stato 1, mantenendo tutti gli 1 nella parola. Per scrivere uno 0 nella posizione del bit, la linea è stata alimentata con metà della corrente opposta alla linea X. Di conseguenza, i nuclei sono rimasti al valore 0. Pertanto, la linea di inibizione non ha consentito al nucleo di passare a 1. Qualsiasi parola desiderata può essere scritta in memoria attivando le corrispondenti linee di inibizione.
Modulo di memoria LVDC
Come è costruito fisicamente un modulo di memoria LVDC? Al centro del modulo di memoria c'è una pila di 14 array di memoria ferromagnetici mostrati in precedenza. È circondato da diverse schede con circuiti per pilotare i fili X e Y e le linee di inibizione, le linee di lettura dei bit, il rilevamento degli errori e la generazione dei necessari segnali di clock.
In generale, la maggior parte dei circuiti relativi alla memoria si trova nella logica del computer LVDC, non nel modulo di memoria stesso. In particolare, la logica del computer contiene registri per la memorizzazione di indirizzi e parole di dati e la conversione tra seriale e parallelo. Contiene anche circuiti per la lettura dalle linee di bit lette, il controllo degli errori e il clock.
Modulo di memoria che mostra i componenti chiave. MIB (Multilayer Interconnection Board) è un circuito stampato a 12 strati
Scheda driver di memoria Y
Una parola nella memoria centrale viene selezionata facendo passare le rispettive linee X e Y attraverso lo stack della scheda principale. Iniziamo descrivendo il circuito del driver Y e come genera un segnale attraverso una delle 64 linee Y. Invece di 64 circuiti driver separati, il modulo riduce il numero di circuiti utilizzando 8 driver "high" e 8 driver "low". Sono cablati in una configurazione a "matrice", quindi ogni combinazione di driver alti e bassi seleziona righe diverse. Pertanto, 8 driver "alti" e 8 "bassi" selezionano una delle 64 (8 × 8) linee Y.
La scheda driver Y (anteriore) guida le linee di selezione Y nella pila di schede
Nella foto sotto si vedono alcuni dei moduli ULD (bianchi) e la coppia di transistor (oro) che pilotano le linee di selezione Y. Il modulo "EI" è il cuore del driver: fornisce un impulso a tensione costante (E ) o fa passare un impulso di corrente costante (I) attraverso la linea di selezione. La linea selezionata viene controllata attivando il modulo EI in modalità tensione a un'estremità della linea e il modulo EI in modalità corrente all'altra estremità. Il risultato è un impulso con la tensione e la corrente corrette, sufficienti per rimagnetizzare il nucleo. Ci vuole molto slancio 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.
Foto macro della scheda driver Y che mostra sei moduli ULD e sei coppie di transistor. Ogni modulo ULD è etichettato con un numero di parte IBM, un tipo di modulo (ad esempio, "EI") e un codice il cui significato è sconosciuto
La scheda è inoltre dotata di moduli di monitoraggio degli errori (ED) che rilevano quando viene attivata contemporaneamente più di una linea di selezione Y. Il modulo ED utilizza una semplice soluzione semi-analogica: somma le tensioni di ingresso utilizzando una rete di resistori. Se la tensione risultante è superiore alla soglia, il tasto viene attivato.
Sotto la scheda driver c'è un array di diodi contenente 256 diodi e 64 resistori. Questa matrice converte le 8 coppie di segnali superiori e 8 inferiori provenienti dalla scheda driver in 64 connessioni a Y che attraversano la pila principale di schede. I cavi flessibili nella parte superiore e inferiore della scheda collegano la scheda all'array di diodi. Due cavi flessibili a sinistra (non visibili nella foto) e due busbar a destra (uno visibile) collegano la matrice di diodi all'array di conduttori. Il cavo flessibile visibile a sinistra collega la scheda Y al resto del computer tramite la scheda I/O, mentre il piccolo cavo flessibile in basso a destra si collega alla scheda del generatore di clock.
Scheda driver di memoria X
Il layout per guidare le linee X è simile allo schema Y, tranne per il fatto che ci sono 128 linee X e 64 linee Y. Poiché ci sono il doppio dei fili X, il modulo ha una seconda scheda driver X sotto di esso. Sebbene le schede X e Y abbiano gli stessi componenti, il cablaggio è diverso.
Questa scheda e quella sottostante controllano X righe selezionate in una pila di schede principali
La foto sotto mostra che alcuni componenti sono stati danneggiati sulla scheda. Uno dei transistor è spostato, il modulo ULD è rotto a metà e l'altro è rotto. Il cablaggio è visibile sul modulo rotto, insieme a uno dei minuscoli cristalli di silicio (a destra). In questa foto, puoi anche vedere le tracce di piste conduttive verticali e orizzontali su un circuito stampato a 12 strati.
Primo piano della sezione danneggiata della scheda
Sotto le schede driver X c'è una matrice di diodi X contenente 288 diodi e 128 resistori. L'array di diodi X utilizza una topologia diversa rispetto alla scheda diodo Y per evitare di raddoppiare il numero di componenti. Come la scheda con diodo Y, questa scheda contiene componenti montati verticalmente tra due circuiti stampati. Questo metodo è chiamato "cordwood" e consente di imballare strettamente i componenti.
Una foto macro di un array di diodi X che mostra diodi cordwood montati verticalmente tra 2 circuiti stampati. Le due schede driver X si trovano sopra la scheda dei diodi, separate da esse da schiuma poliuretanica. Si prega di notare che i circuiti stampati sono molto vicini tra loro.
Amplificatori di memoria
La foto sotto mostra la scheda dell'amplificatore di lettura. Dispone di 7 canali per la lettura di 7 bit dallo stack di memoria; la scheda identica in basso gestisce altri 7 bit per un totale di 14 bit. Lo scopo dell'amplificatore di rilevamento è rilevare il piccolo segnale (20 millivolt) generato dal nucleo rimagnetizzabile e trasformarlo in un'uscita a 1 bit. Ogni canale è costituito da un amplificatore differenziale e un buffer, seguiti da un trasformatore differenziale e un morsetto di uscita. A sinistra, un cavo flessibile a 28 fili si collega allo stack di memoria, portando le due estremità di ciascun cavo di rilevamento a un circuito amplificatore, a partire dal modulo MSA-1 (Memory Sense Amplifier). I singoli componenti sono resistori (cilindri marroni), condensatori (rossi), trasformatori (neri) e transistor (oro). I bit di dati escono dalle schede dell'amplificatore di rilevamento tramite il cavo flessibile sulla destra.
Scheda dell'amplificatore di lettura nella parte superiore del modulo di memoria. Questa scheda amplifica i segnali dai fili di rilevamento per creare bit di uscita
Scrivi Inibisci Line Driver
I driver di inibizione vengono utilizzati per scrivere nella memoria e si trovano nella parte inferiore del modulo principale. Ci sono 14 linee di inibizione, una per ogni matrice nello stack. Per scrivere un bit 0, viene attivato il driver di blocco corrispondente e la corrente attraverso la linea di inibizione impedisce al core di passare a 1. Ogni linea è pilotata da un modulo ID-1 e ID-2 (driver di linea di inibizione della scrittura) e una coppia di transistor. I resistori di precisione da 20,8 ohm nella parte superiore e inferiore della scheda regolano la corrente di blocco. Il cavo flessibile a 14 fili sulla destra collega i driver ai 14 fili di inibizione nella pila di schede centrali.
Scheda di inibizione nella parte inferiore del modulo di memoria. Questa scheda genera 14 segnali di inibizione utilizzati durante la registrazione
Memoria del driver dell'orologio
Il clock driver è una coppia di schede che genera segnali di clock per il modulo di memoria. Una volta che il computer inizia un'operazione di memoria, i vari segnali di clock utilizzati dal modulo di memoria vengono generati in modo asincrono dal driver di clock del modulo. Le schede di clock drive si trovano nella parte inferiore del modulo, tra lo stack e la scheda di inibizione, quindi le schede sono difficili da vedere.
Le schede driver dell'orologio si trovano sotto lo stack di memoria principale ma sopra la scheda di blocco
I componenti della scheda blu nella foto sopra sono potenziometri multigiro, presumibilmente per la regolazione della temporizzazione o della tensione. Sulle schede sono visibili anche resistori e condensatori. Il diagramma mostra diversi moduli MCD (Memory Clock Driver), ma nessun modulo è visibile sulle schede. È difficile dire se ciò sia dovuto alla visibilità limitata, a un cambio di circuito o alla presenza di un'altra scheda con questi moduli.
Pannello di memoria I/O
L'ultima scheda del modulo di memoria è la scheda I/O, che distribuisce i segnali tra le schede del modulo di memoria e il resto del computer LVDC. Il connettore verde a 98 pin nella parte inferiore si collega allo chassis della memoria LVDC, fornendo segnali e alimentazione dal computer. La maggior parte dei connettori in plastica è rotta, motivo per cui i contatti sono visibili. La scheda di distribuzione è collegata a questo connettore tramite due cavi flessibili a 49 pin nella parte inferiore (è visibile solo il cavo anteriore). Altri cavi flessibili distribuiscono i segnali alla scheda driver X (a sinistra), alla scheda driver Y (a destra), alla scheda Sense Amplifier (in alto) e alla scheda Inhibit (in basso). 20 condensatori sulla scheda filtrano l'alimentazione fornita al modulo di memoria.
La scheda I/O tra il modulo di memoria e il resto del computer. Il connettore verde nella parte inferiore si collega al computer e questi segnali vengono instradati tramite cavi piatti ad altre parti del modulo di memoria
conclusione
Il modulo di memoria LVDC principale ha fornito uno storage compatto e affidabile. È possibile posizionare fino a 8 moduli di memoria nella metà inferiore del computer. Questo ha permesso al computer di memorizzare 32 Parole a 26 bit o 16 kiloword in modalità "duplex" ridondante altamente affidabile.
Una caratteristica interessante di LVDC era che i moduli di memoria potevano essere sottoposti a mirroring per affidabilità. In modalità "duplex", ogni parola veniva memorizzata in due moduli di memoria. Se si è verificato un errore in un modulo, la parola corretta potrebbe essere ottenuta da un altro modulo. Sebbene ciò fornisse affidabilità, ha dimezzato l'impronta di memoria. In alternativa, i moduli di memoria possono essere utilizzati in modalità "simplex", con ciascuna parola memorizzata una volta.
LVDC ha ospitato fino a otto moduli di memoria della CPU
Il modulo di memoria a nucleo magnetico fornisce una rappresentazione visiva del momento in cui 8 KB di spazio di archiviazione richiedevano un modulo da 5 libbre (2,3 kg). Tuttavia, questo ricordo era molto perfetto per il suo tempo. Tali dispositivi caddero in disuso negli anni '1970 con l'avvento delle DRAM a semiconduttore.
Il contenuto della RAM viene conservato quando l'alimentazione viene spenta, quindi è probabile che il modulo stia ancora memorizzando il software dall'ultima volta che è stato utilizzato il computer. Sì, sì, lì puoi trovare qualcosa di interessante anche decenni dopo. Sarebbe interessante provare a recuperare questi dati, ma i circuiti danneggiati creano un problema, quindi i contenuti probabilmente non potranno essere recuperati dal modulo di memoria per un altro decennio.
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Fonte: habr.com