זיכרון ליבה מגנטית בטיל שבתאי 5

מחשב השיגור הדיגיטלי (LVDC) שיחק תפקיד מפתח בתוכנית הירח אפולו, והניע את טיל שבתאי 5. כמו רוב המחשבים באותה תקופה, הוא אחסן נתונים בליבות מגנטיות זעירות. במאמר זה, Cloud4Y מדבר על מודול הזיכרון LVDC מהדלוקס אוסף סטיב יורבטסון.

מודול זיכרון זה שופר באמצע שנות ה-1960. הוא נבנה באמצעות רכיבי הרכבה על פני השטח, מודולים היברידיים וחיבורים גמישים, מה שהופך אותו בסדר גודל קטן וקל יותר מזיכרון המחשב הרגיל של אותה תקופה. עם זאת, מודול הזיכרון אפשר לאחסן רק 4096 מילים של 26 סיביות.

מודול זיכרון ליבה מגנטית. מודול זה מאחסן מילים של 4K של 26 סיביות נתונים ו-2 סיביות זוגיות. עם ארבעה מודולי זיכרון המעניקים קיבולת כוללת של 16 מילים, הוא שוקל 384 ק"ג ומידותיו 2,3 ס"מ × 14 ס"מ × 14 ס"מ.

הנחיתה על הירח החלה ב-25 במאי 1961, כאשר הנשיא קנדי ​​הכריז שאמריקה תעלה אדם על הירח לפני סוף העשור. לשם כך נעשה שימוש ברקטת שבתאי 5 בעלת שלושה שלבים, הרקטה החזקה ביותר שנוצרה אי פעם. שבתאי 5 נשלט ונשלט על ידי מחשב (כאן כאן יותר עליו) השלב השלישי של רכב שיגור, החל מהמראה למסלול כדור הארץ, ולאחר מכן בדרכו לירח. (חללית אפולו נפרדה מטיל שבתאי V בשלב זה, ומשימת LVDC הושלמה.)

ה-LVDC מותקן במסגרת הבסיס. מחברים עגולים נראים בחזית המחשב. השתמשו ב-8 מחברים חשמליים ושני מחברים לקירור נוזלי

ה-LVDC היה רק ​​אחד מכמה מחשבים על סיפון האפולו. ה-LVDC חובר למערכת בקרת הטיסה, מחשב אנלוגי במשקל 45 ק"ג. מחשב ההדרכה של אפולו (AGC) הוביל את החללית אל פני הירח. מודול הפיקוד הכיל AGC אחד ואילו מודול הירח הכיל AGC שני יחד עם מערכת הניווט Abort, מחשב חירום רזרבי.

על סיפון האפולו היו כמה מחשבים.

התקני לוגיקה ליחידה (ULD)

LVDC נוצר באמצעות טכנולוגיה היברידית מעניינת בשם ULD, unit load device. למרות שהם נראו כמו מעגלים משולבים, מודולי ULD הכילו כמה רכיבים. הם השתמשו בשבבי סיליקון פשוטים, כל אחד עם טרנזיסטור אחד בלבד או שתי דיודות. מערכים אלה, יחד עם נגדים מודפסים עם סרט עבה, הורכבו על רקיק קרמי כדי ליישם מעגלים כגון שער לוגי. מודולים אלה היו גרסה של מודולי SLT (טכנולוגיית Solid Logic) תוכנן עבור המחשבים הפופולריים מסדרת IBM S/360. יבמ החלה לפתח מודולי SLT בשנת 1961, לפני שהמעגלים המשולבים היו ברי קיימא מבחינה מסחרית, ועד 1966, יבמ ייצרה למעלה מ-100 מיליון מודולי SLT בשנה.

מודולי ה-ULD היו קטנים משמעותית ממודולי ה-SLT, כפי שניתן לראות בתמונה למטה, מה שהופך אותם מתאימים יותר למחשב חלל קומפקטי. מודולי ה-ULD השתמשו ברפידות קרמיות במקום פיני המתכת ב-SLT, והיו בעלי מגעי מתכת בחלק העליון. משטח במקום סיכות. קליפים על הלוח החזיקו את מודול ה-ULD במקומו וחברו לפינים הללו.

מדוע IBM השתמשה במודולי SLT במקום במעגלים משולבים? הסיבה העיקרית הייתה שמעגלים משולבים עדיין היו בחיתולים, לאחר שהומצאו ב-1959. בשנת 1963, למודולי SLT היו יתרונות עלות וביצועים על פני מעגלים משולבים. עם זאת, מודולי SLT נתפסו לעתים קרובות כנחותים ממעגלים משולבים. אחד היתרונות של מודולי SLT על פני מעגלים משולבים היה שהנגדים ב-SLT היו הרבה יותר מדויקים מאלה שבמעגלים משולבים. במהלך הייצור, נגדי הסרט העבה במודולי SLT עברו התזת חול בקפידה כדי להסיר את הסרט העמיד עד שהם השיגו את ההתנגדות הרצויה. מודולי SLT היו גם זולים יותר ממעגלים משולבים דומים בשנות ה-1960.

ה-LVDC והציוד הנלווה השתמשו ביותר מ-50 סוגים שונים של ULDs.

מודולי SLT (משמאל) גדולים משמעותית ממודולי ULD (מימין). גודל ULD הוא 7,6 מ"מ × 8 מ"מ

התמונה למטה מציגה את הרכיבים הפנימיים של מודול ULD. בצד שמאל של הצלחת הקרמית מוליכים המחוברים לארבעה גבישי סיליקון מרובעים זעירים. זה נראה כמו לוח מעגלים, אבל זכור שהוא הרבה יותר קטן מציפורן. המלבנים השחורים מימין הם נגדי סרט עבה המודפסים על הצד התחתון של הצלחת.

ULD, תצוגה למעלה ולמטה. גבישי סיליקון ונגדים נראים. בעוד שלמודולי SLT היו נגדים על המשטח העליון, למודולי ULD היו נגדים בחלק התחתון, מה שהגדיל את הצפיפות וגם את העלות.

התמונה למטה מציגה תבנית סיליקון ממודול ULD, שיישם שתי דיודות. הגדלים קטנים בצורה יוצאת דופן, לשם השוואה, יש גבישי סוכר בקרבת מקום. לקריסטל היו שלושה חיבורים חיצוניים דרך כדורי נחושת המולחמים לשלושה עיגולים. שני המעגלים התחתונים (האנודות של שתי הדיודות) היו מסוממים (אזורים כהים יותר), ואילו המעגל הימני העליון היה הקתודה המחוברת לבסיס.

צילום גביש סיליקון דו-דיודות לצד גבישי סוכר

כיצד פועל זיכרון הליבה המגנטית

זיכרון הליבה המגנטית היה הצורה העיקרית של אחסון נתונים במחשבים משנות ה-1950 ועד שהוחלף בהתקני אחסון מוצק בשנות ה-1970. זיכרון נוצר מטבעות פריט זעירות הנקראות ליבות. טבעות פריט הונחו במטריצה ​​מלבנית ושניים עד ארבעה חוטים עברו דרך כל טבעת כדי לקרוא ולכתוב מידע. הטבעות אפשרו לאחסן פיסת מידע אחת. הליבה התמגנטה באמצעות דופק זרם דרך החוטים העוברים דרך טבעת הפריט. ניתן לשנות את כיוון המגנטיזציה של ליבה אחת על ידי שליחת דופק בכיוון ההפוך.

כדי לקרוא את ערך הליבה, פולס זרם הכניס את הטבעת למצב 0. אם הליבה הייתה קודם לכן במצב 1, השדה המגנטי המשתנה יצר מתח באחד החוטים העוברים דרך הליבות. אבל אם הליבה כבר הייתה במצב 0, השדה המגנטי לא ישתנה וחוט החישה לא יעלה במתח. אז הערך של הסיביות בליבה נקרא על ידי איפוסו לאפס ובדיקת המתח על חוט הקריאה. מאפיין חשוב של זיכרון על ליבות מגנטיות היה שתהליך קריאת טבעת פריט הרס את ערכה, ולכן היה צורך "לכתוב מחדש את הליבה".

זה היה לא נוח להשתמש בחוט נפרד כדי לשנות את המגנטיזציה של כל ליבה, אבל בשנות החמישים פותח זיכרון פריט שעבד על עקרון צירוף המקרים של זרמים. מעגל ארבעת החוטים - X, Y, Sense, Inhibit - הפך לנפוץ. הטכנולוגיה ניצלה תכונה מיוחדת של הליבות הנקראת היסטרזה: זרם קטן אינו משפיע על זיכרון הפריט, אך זרם מעל סף ימגנט את הליבה. כאשר הופעל עם מחצית מהזרם הנדרש בקו X אחד וקו Y אחד, רק הליבה שבה שני הקווים נחצו קיבלה מספיק זרם כדי להתמגנט מחדש, בעוד הליבות האחרות נותרו שלמות.

כך נראה הזיכרון של ה-IBM 360 דגם 50. ה-LVDC והדגם 50 השתמשו באותו סוג של ליבה, המכונה 19-32 מכיוון שהקוטר הפנימי שלהם היה 19 מיל (0.4826 מ"מ) והקוטר החיצוני שלהם היה 32 מילים (0,8 מ"מ). אתה יכול לראות בתמונה זו שיש שלושה חוטים העוברים דרך כל ליבה, אבל LVDC השתמש בארבעה חוטים.

התמונה למטה מציגה מערך זיכרון LVDC מלבני אחד. 8 למטריצה ​​הזו יש 128 חוטי X הפועלים אנכית ו-64 חוטי Y הפועלים אופקית, עם ליבה בכל צומת. חוט קריאה בודד עובר דרך כל הליבות במקביל לחוטי ה-Y. חוט הכתיבה וחוט המעכב עוברים דרך כל הליבות במקביל לחוטי X. החוטים מצטלבים באמצע המטריצה; זה מפחית את הרעש המושרה מכיוון שהרעש מחצי אחד מבטל את הרעש מהחצי השני.

מטריצת זיכרון פריט LVDC אחת המכילה 8192 סיביות. חיבור עם מטריצות אחרות מתבצע באמצעות פינים מבחוץ

המטריצה ​​שלמעלה כללה 8192 אלמנטים, כל אחד מאחסן ביט אחד. כדי לשמור מילת זיכרון, נוספו כמה מטריצות בסיסיות יחד, אחת לכל סיביות במילה. חוטי X ו-Y התפתלו דרך כל המטריצות העיקריות. לכל מטריצה ​​הייתה שורת קריאה נפרדת ושורת עיכוב כתיבה נפרדת. זיכרון LVDC השתמש בערימה של 14 מטריצות בסיס (למטה) המאחסנות "הברה" של 13 סיביות יחד עם סיביות זוגיות.

מחסנית LVDC מורכבת מ-14 מטריצות עיקריות

כתיבה לזיכרון הליבה המגנטית דרשה חוטים נוספים, מה שנקרא קווי עיכוב. לכל מטריצה ​​היה קו עיכוב אחד שעובר דרך כל הליבות שבה. במהלך תהליך הכתיבה, זרם עובר בקווי X ו-Y, וממגנט מחדש את הטבעות שנבחרו (אחת לכל מישור) למצב 1, תוך שמירה על כל ה-1 במילה. על מנת לכתוב 0 במיקום הסיביות, הקו הופעל במחצית מהזרם המנוגד לקו X. כתוצאה מכך, הליבות נשארו בערך 0. לפיכך, קו המעכב לא אפשר לליבה להתהפך לכיוון 1. ניתן לכתוב כל מילה רצויה לזיכרון על ידי הפעלת שורות העיכוב המתאימות.

מודול זיכרון LVDC

כיצד בנוי פיזית מודול זיכרון LVDC? במרכז מודול הזיכרון יש ערימה של 14 מערכי זיכרון פרומגנטיים שהוצגו קודם לכן. הוא מוקף במספר לוחות עם מעגלים להנעת חוטי X ו-Y וקווי המעכב, קווי קריאת סיביות, זיהוי שגיאות ויצירת אותות השעון הדרושים.

באופן כללי, רוב המעגלים הקשורים לזיכרון נמצאים בלוגיקית המחשב של LVDC, לא במודול הזיכרון עצמו. בפרט, לוגיקה ממוחשבת מכילה אוגרים לאחסון כתובות ומילות נתונים והמרה בין טורית למקבילה. הוא מכיל גם מעגלים לקריאה מקווי סיביות הקריאה, בדיקת שגיאות וביצוע שעון.

מודול זיכרון המציג רכיבים מרכזיים. MIB (Multilayer Interconnection Board) הוא לוח מעגלים מודפס בן 12 שכבות

לוח דרייבר זיכרון Y

מילה בזיכרון הליבה נבחרת על ידי העברת קווי X ו-Y בהתאמה דרך ערימת הלוח הראשי. נתחיל בתיאור מעגל הנהג Y וכיצד הוא מייצר אות דרך אחד מ-64 קווי ה-Y. במקום 64 מעגלי דרייבר נפרדים, המודול מקטין את מספר המעגלים על ידי שימוש ב-8 דרייברים "גבוהים" ו-8 דרייברים "נמוכים". הם מחוברים בתצורת "מטריקס", כך שכל שילוב של דרייברים גבוהים ונמוכים בוחר שורות שונות. לפיכך, 8 נהגים "גבוהים" ו-8 "נמוכים" בוחרים באחד מ-64 (8 × 8) קווי Y.

לוח נהג Y (קדמי) מניע את קווי הבחירה Y בערימת הלוחות

בתמונה למטה ניתן לראות כמה ממודולי ה-ULD (לבן) וצמד הטרנזיסטורים (זהב) המניעים את קווי הבחירה Y. מודול ה-"EI" הוא לב הנהג: הוא מספק דופק מתח קבוע (E ) או מעביר דופק זרם קבוע (I) דרך קו הבחירה. קו הבחירה נשלט על ידי הפעלת מודול EI במצב מתח בקצה אחד של הקו ומודול EI במצב זרם בקצה השני. התוצאה היא דופק עם המתח והזרם הנכונים, מספיק כדי למגנט מחדש את הליבה. צריך הרבה מומנטום כדי להפוך אותו; דופק המתח קבוע ל-17 וולט, והזרם נע בין 180 mA ל-260 mA בהתאם לטמפרטורה.

תמונת מאקרו של לוח מנהל ההתקן Y מציג שישה מודולי ULD ושישה זוגות טרנזיסטורים. כל מודול ULD מסומן במספר חלק של IBM, סוג מודול (לדוגמה, "EI") וקוד שמשמעותו לא ידועה

הלוח מצויד גם במודולי מוניטור שגיאה (ED) המזהים כאשר יותר מקו בחירה Y אחד מופעל בו-זמנית. מודול ה-ED משתמש בפתרון חצי אנלוגי פשוט: הוא מסכם את מתחי הכניסה באמצעות רשת נגדים. אם המתח המתקבל הוא מעל הסף, המפתח מופעל.

מתחת ללוח הדרייבר נמצא מערך דיודות המכיל 256 דיודות ו-64 נגדים. מטריצה ​​זו ממירה את 8 צמדי האותות העליונים ו-8 התחתונים מלוח הדרייבר ל-64 חיבורי Y-קו העוברים דרך הערימה הראשית של הלוחות. כבלים גמישים בחלק העליון והתחתון של הלוח מחברים את הלוח למערך הדיודות. שני כבלים גמישים משמאל (לא נראה בתמונה) ושני פסים מימין (אחד גלוי) מחברים את מטריצת הדיודה למערך הליבות. הכבל הגמיש הנראה משמאל מחבר את לוח ה-Y לשאר המחשב באמצעות לוח ה-I/O, בעוד הכבל הגמיש הקטן בצד ימין למטה מתחבר ללוח מחולל השעון.

לוח דרייבר זיכרון X

הפריסה להנעת קווי ה-X דומה לזו של ה-Y, אלא שישנם 128 קווים X ו-64 קווים Y. מכיוון שיש פי שניים יותר חוטי X, למודול יש לוח X דרייבר שני מתחתיו. למרות שללוחות X ו-Y יש אותם רכיבים, החיווט שונה.

לוח זה וזה שמתחתיו שולטים ב-X שורות נבחרות בערימה של לוחות ליבה

התמונה למטה מראה שחלק מהרכיבים ניזוקו בלוח. אחד הטרנזיסטורים נעקר, מודול ULD שבור לשניים, והשני נשבר. החיווט נראה על המודול השבור, יחד עם אחד מגבישי הסיליקון הזעירים (מימין). בתמונה זו, אתה יכול גם לראות את עקבותיהם של מסלולים מוליכים אנכיים ואופקיים על לוח מעגלים מודפס בן 12 שכבות.

תקריב של החלק הפגום של הלוח

מתחת ללוחות הדרייבר X נמצאת מטריצת דיודות X המכילה 288 דיודות ו-128 נגדים. מערך דיודות X משתמש בטופולוגיה שונה מזו של לוח דיודות Y כדי להימנע מהכפלת מספר הרכיבים. כמו לוח דיודות Y, לוח זה מכיל רכיבים המורכבים אנכית בין שני לוחות מעגלים מודפסים. שיטה זו נקראת "קורדווד" ומאפשרת לארוז היטב את הרכיבים.

צילום מאקרו של מערך דיודות X המראה דיודות קורט-עץ מותקנות אנכית בין 2 מעגלים מודפסים. שני לוחות הדרייבר X יושבים מעל לוח הדיודה, מופרדים מהם על ידי קצף פוליאוריטן. שימו לב שהמעגלים המודפסים קרובים מאוד זה לזה.

מגברי זיכרון

התמונה למטה מציגה את לוח מגבר הקריאה. בעל 7 ערוצים לקריאת 7 ביטים מחסנית הזיכרון; הלוח הזהה למטה מטפל ב-7 ביטים נוספים עבור סך של 14 ביטים. מטרת מגבר החישה היא לזהות את האות הקטן (20 מילי-וולט) שנוצר על ידי הליבה הניתנת למגנט מחדש ולהפוך אותו לפלט של 1-bit. כל ערוץ מורכב ממגבר ומאגר דיפרנציאלי, ואחריו שנאי דיפרנציאלי ומהדק פלט. בצד שמאל, כבל גמיש בן 28 חוטים מתחבר לערימת הזיכרון, ומוביל את שני הקצוות של כל חוט חישה למעגל מגבר, החל במודול MSA-1 (מגבר חוש זיכרון). הרכיבים הבודדים הם נגדים (גלילים חומים), קבלים (אדומים), שנאים (שחור) וטרנזיסטורים (זהב). סיביות הנתונים יוצאות מלוחות מגבר החישה באמצעות הכבל הגמיש בצד ימין.

לוח מגבר קריאה בחלק העליון של מודול הזיכרון. לוח זה מגביר את האותות מחוטי החישה ליצירת סיביות פלט

כתוב נהג קו Inhibit

מנהלי התקנים של Inhibit משמשים לכתיבה לזיכרון וממוקמים בחלק התחתון של המודול הראשי. ישנם 14 קווי עכבה, אחד עבור כל מטריצה ​​בערימה. כדי לכתוב סיביות 0, מופעל דרייבר המנעול המתאים והזרם דרך קו המעכב מונע מהליבה לעבור ל-1. כל קו מונע על ידי מודול ID-1 ו-ID-2 (דרייבר של קו מעכב כתיבה) וזוג של טרנזיסטורים. נגדים מדויקים של 20,8 אוהם בחלק העליון והתחתון של הלוח מווסתים את זרם החסימה. הכבל הגמיש בן 14 החוטים בצד ימין מחבר את הדרייברים ל-14 חוטי העיכוב בערימה של לוחות הליבה.

לוח עיכוב בתחתית מודול הזיכרון. לוח זה יוצר 14 אותות מעכבים המשמשים במהלך ההקלטה

זיכרון מנהל השעון

מנהל השעון הוא זוג לוחות המייצרים אותות שעון עבור מודול הזיכרון. ברגע שהמחשב מתחיל בפעולת זיכרון, אותות השעון השונים המשמשים את מודול הזיכרון נוצרים באופן אסינכרוני על ידי מנהל השעון של המודול. לוחות כונן השעון ממוקמים בתחתית המודול, בין הערימה ללוח העיכוב, כך שקשה לראות את הלוחות.

לוחות דרייבר השעון נמצאים מתחת למחסנית הזיכרון הראשית אך מעל ללוח הנעילה

רכיבי הלוח הכחול בתמונה למעלה הם פוטנציומטרים מרובי פניות, ככל הנראה לתזמון או לכוונון מתח. נגדים וקבלים נראים גם על הלוחות. הדיאגרמה מציגה מספר מודולים של MCD (Driver Clock Memory), אך אין מודולים גלויים על הלוחות. קשה לדעת אם זה נובע מנראות מוגבלת, שינוי מעגל או נוכחות של לוח אחר עם מודולים אלה.

לוח קלט/פלט זיכרון

לוח מודול הזיכרון האחרון הוא לוח ה-I/O, המפיץ אותות בין לוחות מודול הזיכרון לשאר מחשב ה-LVDC. המחבר הירוק 98 פינים בתחתית מתחבר לשלדת זיכרון LVDC, ומספק אותות וכוח מהמחשב. רוב מחברי הפלסטיק שבורים, וזו הסיבה שהמגעים גלויים. לוח החלוקה מחובר למחבר זה על ידי שני כבלים גמישים 49 פינים בתחתית (רק הכבל הקדמי נראה לעין). כבלים גמישים אחרים מפיצים אותות ללוח הנהג X (משמאל), לוח הנהג Y (ימין), לוח מגבר Sense (עליון) וללוח Inhibit (למטה). 20 קבלים על הלוח מסננים את הכוח המסופק למודול הזיכרון.

לוח הקלט/פלט בין מודול הזיכרון לשאר המחשב. המחבר הירוק בתחתית מתחבר למחשב והאותות הללו מנותבים דרך כבלים שטוחים לחלקים אחרים של מודול הזיכרון

פלט

מודול הזיכרון הראשי של LVDC סיפק אחסון קומפקטי ואמין. ניתן למקם עד 8 מודולי זיכרון בחצי התחתון של המחשב. זה אפשר למחשב לאחסן 32 קילו-מילה מילים של 26 סיביות או 16 קילו-מילים במצב "דופלקס" מיותר ואמין ביותר.

מאפיין מעניין אחד של LVDC היה שניתן לשקף מודולי זיכרון לצורך אמינות. במצב "דופלקס", כל מילה אוחסנה בשני מודולי זיכרון. אם אירעה שגיאה במודול אחד, ניתן היה לקבל את המילה הנכונה ממודול אחר. למרות שזה סיפק אמינות, זה חתך את טביעת הרגל של הזיכרון לחצי. לחלופין, ניתן להשתמש במודולי הזיכרון במצב "פשוט", כאשר כל מילה מאוחסנת פעם אחת.

LVDC הכיל עד שמונה מודולי זיכרון CPU

מודול הזיכרון הליבה המגנטית מספק ייצוג חזותי של הזמן שבו אחסון של 8 KB דרש מודול של 5 פאונד (2,3 ק"ג). עם זאת, הזיכרון הזה היה מושלם מאוד לתקופתו. מכשירים כאלה יצאו משימוש בשנות ה-1970 עם הופעת ה-DRAMs מוליכים למחצה.

התוכן של ה-RAM נשמר כשהחשמל כבוי, כך שסביר להניח שהמודול עדיין מאחסן תוכנה מהפעם האחרונה שבה נעשה שימוש במחשב. כן, כן, שם אפשר למצוא משהו מעניין גם עשרות שנים מאוחר יותר. יהיה מעניין לנסות לשחזר את הנתונים הללו, אבל המעגל הפגום יוצר בעיה, כך שכנראה לא ניתן יהיה לאחזר את התוכן ממודול הזיכרון במשך עשור נוסף.

מה עוד אפשר לקרוא בבלוג? Cloud4Y

→ ביצי פסחא על מפות טופוגרפיות של שוויץ
→ מותגי מחשבים של שנות ה-90, חלק 1
→ איך אמו של האקר נכנסה לכלא והדביקה את המחשב של הבוס
→ אבחון חיבורי רשת בנתב הוירטואלי EDGE
→ איך הבנק נכשל?

הירשם למנוי שלנו מברק-ערוץ, כדי לא לפספס את הכתבה הבאה! אנו כותבים לא יותר מפעמיים בשבוע ורק לעסקים. אנו גם מזכירים לך ש-Cloud4Y יכולה לספק גישה מרחוק מאובטחת ואמינה ליישומים עסקיים ולמידע הנחוץ להמשכיות עסקית. עבודה מרחוק מהווה חסם נוסף להתפשטות נגיף הקורונה. הפרטים הם מהמנהלים שלנו.

מקור: www.habr.com