サターン 5 ロケットの磁気コア メモリ

Launch Vehicle Digital Computer (LVDC) は、アポロ月面計画で重要な役割を果たし、サターン 5 ロケットを駆動し、当時のほとんどのコンピューターと同様に、小さな磁気コアにデータを保存しました。 この記事では、Cloud4Y がデラックスの LVDC メモリ モジュールについて説明します。 コレクション スティーブ・ジャーベットソン。

このメモリ モジュールは 1960 年代半ばに改良されました。 これは、表面実装コンポーネント、ハイブリッド モジュール、および柔軟な接続を使用して構築されており、当時の従来のコンピューター メモリよりも一桁小さく、軽量になりました。 ただし、メモリ モジュールは 4096 ビットの 26 ワードしか保存できませんでした。

磁気コアメモリモジュール。 このモジュールは、4 データ ビットと 26 パリティ ビットの 2K ワードを保存します。 16 つのメモリ モジュールを搭載し、合計 384 ワードの容量があり、重量は 2,3 kg、寸法は 14 cm × 14 cm × 16 cm です。

月面着陸は 25 年 1961 月 5 日に始まり、そのときケネディ大統領は、アメリカは 5 年以内に人類を月に着陸させると発表しました。 このために、これまでに作成された最も強力なロケットである XNUMX 段式のサターン XNUMX ロケットが使用されました。 サターン XNUMX はコンピューターによって制御され、制御されていました (ここでは もっとここに 彼について) 打ち上げロケットの第 5 段。地球の軌道への離陸から始まり、月に向かう途中です。 (この時点でアポロ宇宙船はサターン V ロケットから分離され、LVDC ミッションは完了しました。)

LVDC はベースフレームに取り付けられます。 コンピューターの前面に丸型コネクタが見えます。 8 個の電気コネクタと XNUMX 個の液体冷却用コネクタを使用

LVDC は、アポロに搭載されているいくつかのコンピューターのうちの 45 つにすぎません。 LVDC は、飛行制御システムである XNUMX kg のアナログ コンピューターに接続されました。 搭載されたアポロ誘導コンピューター (AGC) が宇宙船を月面まで誘導しました。 司令船には XNUMX つの AGC が含まれ、月着陸船には XNUMX つ目の AGC と、アボート ナビゲーション システム、予備の緊急コンピューターが含まれていました。

アポロ号には複数のコンピューターが搭載されていました。

ユニットロジックデバイス(ULD)

LVDC は、ULD (ユニット ロード デバイス) と呼ばれる興味深いハイブリッド テクノロジを使用して作成されました。 ULD モジュールは集積回路のように見えますが、いくつかのコンポーネントが含まれています。 彼らは、それぞれに XNUMX つのトランジスタまたは XNUMX つのダイオードだけを備えた単純なシリコン チップを使用しました。 これらのアレイは、印刷された厚膜印刷抵抗器とともにセラミック ウェーハ上に実装され、論理ゲートなどの回路を実装しました。 これらのモジュールは SLT モジュールのバリエーションでした (ソリッドロジックテクノロジー) 人気の IBM S/360 シリーズ コンピューター用に設計されています。 IBM は、集積回路が商業的に実用化される前の 1961 年に SLT モジュールの開発を開始し、1966 年までに年間 100 億個を超える SLT モジュールを生産していました。

下の写真に見られるように、ULD モジュールは SLT モジュールよりも大幅に小さく、コンパクトな宇宙コンピュータに適しています。ULD モジュールは、SLT の金属ピンの代わりにセラミック パッドを使用し、上部に金属接点を備えていました。ピンの代わりに表面。 ボード上のクリップは ULD モジュールを所定の位置に保持し、これらのピンに接続しました。

なぜIBMは集積回路の代わりにSLTモジュールを使用したのでしょうか? その主な理由は、集積回路が 1959 年に発明されてまだ初期段階にあったことです。 1963 年には、SLT モジュールは集積回路よりもコストとパフォーマンスの面で優れていました。 しかし、SLT モジュールは集積回路より劣るとみなされることがよくありました。 集積回路に対する SLT モジュールの利点の 1960 つは、SLT の抵抗器が集積回路の抵抗器よりもはるかに正確であることでした。 製造中、SLT モジュールの厚膜抵抗器は、所望の抵抗値が得られるまで慎重にサンドブラスト処理されて抵抗膜が除去されました。 SLT モジュールは、XNUMX 年代の同等の集積回路よりも安価でした。

LVDC および関連機器では、50 種類を超える ULD が使用されていました。

SLT モジュール (左) は、ULD モジュール (右) よりも大幅に大きいです。 ULDサイズは7,6mm×8mm

下の写真は、ULD モジュールの内部コンポーネントを示しています。 セラミック プレートの左側には、XNUMX つの小さな正方形のシリコン結晶に接続された導体があります。 回路基板のように見えますが、爪よりもはるかに小さいことに注意してください。 右側の黒い長方形は、プレートの下側​​に印刷された厚膜抵抗器です。

ULD、上面図と底面図。 シリコンの結晶と抵抗が見えます。 SLT モジュールは上面に抵抗器を備えていましたが、ULD モジュールは底面に抵抗器を備えていたため、密度とコストが増加しました。

下の写真は、XNUMX つのダイオードを実装した ULD モジュールのシリコン ダイを示しています。 サイズは異常に小さいですが、比較のために近くに砂糖の結晶があります。 クリスタルには、XNUMX つの円にはんだ付けされた銅ボールを介した XNUMX つの外部接続がありました。 下の XNUMX つの円 (XNUMX つのダイオードのアノード) はドープされています (暗い領域)。一方、右上の円はベースに接続されたカソードです。

砂糖の結晶の隣にある XNUMX つのダイオードのシリコン結晶の写真

磁気コアメモリの仕組み

磁気コア メモリは、1950 年代から 1970 年代にソリッド ステート ストレージ デバイスに置き換えられるまで、コンピュータのデータ ストレージの主な形式でした。 メモリは、コアと呼ばれる小さなフェライト リングから作成されました。 フェライト リングを長方形のマトリクス状に配置し、各リングに XNUMX ～ XNUMX 本のワイヤを通過させて情報の読み取りと書き込みを行いました。 リングには XNUMX ビットの情報を保存できました。 コアは、フェライト リングを通過するワイヤを流れる電流パルスを使用して磁化されました。 XNUMX つのコアの磁化の方向は、反対方向にパルスを送信することで変更できます。

コアの値を読み取るには、電流パルスによってリングが状態 0 になります。コアが以前に状態 1 にあった場合、変化する磁界により、コアを通るワイヤの 0 つに電圧が発生します。 しかし、コアがすでに状態 XNUMX にある場合、磁場は変化せず、センス ワイヤの電圧は上昇しません。 したがって、コア内のビットの値は、ビットをゼロにリセットし、読み取りワイヤの電圧をチェックすることによって読み取られました。 磁気コア上のメモリの重要な特徴は、フェライト リングを読み取るプロセスによってその値が破壊されるため、コアを「再書き込み」する必要があるということでした。

各コアの磁化を変えるために別々のワイヤを使用するのは不便でしたが、1950年代に電流の一致の原理を利用したフェライトメモリが開発されました。 X、Y、センス、インヒビットの XNUMX 線式回路が一般的になってきました。 この技術は、ヒステリシスと呼ばれるコアの特殊な特性を利用しました。小さな電流はフェライト メモリに影響を与えませんが、しきい値を超える電流はコアを磁化させます。 XNUMX 本の X ラインと XNUMX 本の Y ラインに必要な電流の半分で通電すると、両方のラインが交差するコアのみが再磁化するのに十分な電流を受け取り、他のコアは無傷のままでした。

これは、IBM 360 モデル 50 のメモリの外観です。LVDC とモデル 50 は、内径が 19 ミル (32 mm)、外径が 19 ミルであったため、0.4826-32 として知られる同じタイプのコアを使用していました。 (0,8mm)。 この写真では、各コアに XNUMX 本のワイヤが通っていることがわかりますが、LVDC では XNUMX 本のワイヤが使用されています。

下の写真は、8 つの長方形の LVDC メモリ アレイを示しています。 128 このマトリックスには、垂直方向に走る 64 本の X ワイヤーと水平方向に走る XNUMX 本の Y ワイヤーがあり、各交差点にコアがあります。 単一の読み取りワイヤが、Y ワイヤと平行にすべてのコアを通過します。 書き込みワイヤと禁止ワイヤは、X ワイヤと平行にすべてのコアを通過します。 ワイヤーはマトリックスの中央で交差します。 これにより、一方の半分からのノイズがもう一方の半分からのノイズを打ち消すため、誘導ノイズが減少します。

8192 ビットを含む XNUMX つの LVDC フェライト メモリ マトリックス。 他のマトリックスとの接続は外部のピンを介して行われます

上記の行列には 8192 個の要素があり、それぞれに 14 ビットが格納されています。 メモリワードを保存するために、ワード内の各ビットに 13 つずつ、いくつかの基本行列が加算されました。 ワイヤー X と Y はすべてのメイン マトリックスを蛇行しています。 各マトリクスには、個別の読み取りラインと個別の書き込み禁止ラインがありました。 LVDC メモリは、XNUMX ビットの「音節」をパリティ ビットとともに保存する XNUMX 個の基本行列のスタック (下図) を使用しました。

LVDC スタックは 14 のメイン マトリックスで構成されます

磁気コア メモリへの書き込みには、いわゆる禁止線と呼ばれる追加のワイヤが必要でした。 各マトリックスには、その中のすべてのコアを通る 1 つの阻害線がありました。 書き込みプロセス中、電流が X ラインと Y ラインを通過し、選択されたリング (プレーンごとに 1 つ) が再磁化されて状態 0 になり、ワード内のすべての 0 が維持されます。 ビット位置に 1 を書き込むために、ラインには X ラインとは逆の半分の電流が通電され、その結果、コアは値 XNUMX のままになりました。 XNUMX. 対応する禁止ラインをアクティブにすることで、任意の任意のワードをメモリに書き込むことができます。

LVDCメモリモジュール

LVDC メモリ モジュールは物理的にどのように構築されていますか? メモリ モジュールの中央には、前に示した 14 個の強磁性メモリ アレイのスタックがあります。 これは、X ワイヤと Y ワイヤ、禁止ライン、ビット読み取りライン、エラー検出、必要なクロック信号の生成を駆動する回路を備えた複数のボードに囲まれています。

一般に、メモリ関連の回路のほとんどは、メモリ モジュール自体ではなく、LVDC コンピュータ ロジック内にあります。 特に、コンピュータ ロジックには、アドレスとデータ ワードを格納し、シリアルとパラレルの間で変換するためのレジスタが含まれています。 また、読み取りビット ラインからの読み取り、エラー チェック、およびクロッキングのための回路も含まれています。

主要なコンポーネントを示すメモリ モジュール。 MIB (多層相互接続基板) は 12 層のプリント基板です

Yメモリドライバーボード

コア メモリ内のワードは、それぞれの X ラインと Y ラインをメイン ボード スタックに通すことによって選択されます。 まず、Y ドライバー回路と、それが 64 本の Y ラインの 64 つを介して信号を生成する方法について説明します。 このモジュールでは、8 個の個別のドライバー回路の代わりに、8 個の「高」ドライバーと 8 個の「低」ドライバーを使用することで回路の数が削減されます。 これらは「マトリックス」構成で配線されているため、高ドライバーと低ドライバーの組み合わせごとに異なる行が選択されます。 したがって、8 つの「高」ドライバーと 64 つの「低」ドライバーが 8 (8 × XNUMX) Y ラインの XNUMX つを選択します。

Y ドライバー ボード (前面) は、ボードのスタック内の Y 選択ラインを駆動します

下の写真では、いくつかの ULD モジュール (白) と、Y 選択ラインを駆動する一対のトランジスタ (金) が見えます。「EI」モジュールはドライバーの心臓部であり、定電圧パルス (E ) または選択ラインに定電流パルス (I) を流します。 選択ラインは、ラインの一端で電圧モードで EI モジュールをアクティブにし、他端で電流モードで EI モジュールをアクティブにすることによって制御されます。 その結果、コアを再磁化するのに十分な正しい電圧と電流のパルスが生成されます。 それをひっくり返すにはかなりの勢いが必要です。 電圧パルスは 17 ボルトに固定され、電流は温度に応じて 180 mA ～ 260 mA の範囲になります。

XNUMX つの ULD モジュールと XNUMX ペアのトランジスタを示す Y ドライバー ボードのマクロ写真。 各 ULD モジュールには、IBM 部品番号、モジュール タイプ (「EI」など)、および意味が不明なコードが付けられています。

このボードには、複数の Y 選択ラインが同時にアクティブになったときを検出するエラー モニター (ED) モジュールも装備されており、ED モジュールは、抵抗ネットワークを使用して入力電圧を合計する、シンプルな半アナログ ソリューションを使用しています。 結果として生じる電圧がしきい値を超えると、キーがトリガーされます。

ドライバーボードの下には、256 個のダイオードと 64 個の抵抗を含むダイオードアレイがあります。 このマトリクスは、ドライバー ボードからの信号の上部 8 ペアと下部 8 ペアを、ボードのメイン スタックを通る 64 個の Y ライン接続に変換します。 ボードの上部と下部にあるフレキシブル ケーブルは、ボードをダイオード アレイに接続します。 左側の XNUMX 本のフレックス ケーブル (写真では見えません) と右側の XNUMX 本のバスバー (XNUMX つは見えています) がダイオード マトリックスをコアのアレイに接続します。 左側に見えるフレックス ケーブルは、I/O ボードを介して Y ボードをコンピューターの残りの部分に接続し、右下の小さなフレックス ケーブルはクロック ジェネレーター ボードに接続します。

Xメモリドライバーボード

X ラインを駆動するためのレイアウトは、128 本の X ラインと 64 本の Y ラインがあることを除いて、Y のレイアウトと似ています。X ワイヤの数が XNUMX 倍であるため、モジュールの下に XNUMX 番目の X ドライバ ボードがあります。 X ボードと Y ボードは同じコンポーネントを持っていますが、配線が異なります。

このボードとその下のボードは、コア ボードのスタック内の選択された X 行を制御します

下の写真は、ボード上のいくつかのコンポーネントが破損していることを示しています。 トランジスタの 12 つがずれ、ULD モジュールが半分に破損し、もう XNUMX つが切断されます。 壊れたモジュールには配線と小さなシリコン結晶の XNUMX つが見えます (右)。 この写真では、XNUMX 層プリント基板上の垂直および水平の導電性トラックの痕跡も確認できます。

基板の損傷部分の拡大図

X ドライバー ボードの下には、288 個のダイオードと 128 個の抵抗を含む X ダイオード マトリックスがあります。 X ダイオード アレイは、コンポーネントの数が XNUMX 倍になることを避けるために、Y ダイオード ボードとは異なるトポロジを使用します。 Y ダイオード ボードと同様に、このボードには XNUMX つのプリント基板の間に垂直に取り付けられたコンポーネントが含まれています。 この方法は「コードウッド」と呼ばれ、コンポーネントをしっかりと詰め込むことができます。

2 つのプリント基板の間に垂直に取り付けられたコードウッド ダイオードを示す X ダイオード アレイのマクロ写真。 XNUMX つの X ドライバー ボードはダイオード ボードの上にあり、ポリウレタン フォームによって分離されています。 プリント基板は互いに非常に近接していることに注意してください。

メモリアンプ

下の写真は読み出しアンプ基板です。 メモリスタックから7ビットを読み取るための7つのチャネルがあります。 以下の同一のボードはさらに 7 ビット、合計 14 ビットを処理します。 センスアンプの目的は、再磁化可能なコアによって生成された小さな信号 (20 ミリボルト) を検出し、それを 1 ビット出力に変換することです。 各チャンネルは、差動アンプとバッファ、その後に差動トランスと出力クランプで構成されます。 左側では、28 ワイヤのフレックス ケーブルがメモリ スタックに接続され、各センス ワイヤの両端が MSA-1 (メモリ センス アンプ) モジュールから始まるアンプ回路につながっています。 個々のコンポーネントは、抵抗器 (茶色の円柱)、コンデンサー (赤色)、変圧器 (黒色)、およびトランジスタ (金色) です。 データ ビットは、右側のフレキシブル ケーブルを介してセンス アンプ ボードから出力されます。

メモリモジュールの上部にある読み出しアンプボード。 このボードはセンスワイヤからの信号を増幅して出力ビットを作成します。

書き込み禁止ラインドライバ

抑制ドライバはメモリへの書き込みに使用され、メイン モジュールの下側にあります。 スタック上の各マトリックスに 14 つずつ、合計 0 の禁止ラインがあります。 1 ビットを書き込むには、対応するロック ドライバーがアクティブになり、禁止ラインを流れる電流によってコアが 1 に切り替わるのを防ぎます。各ラインは、ID-2 および ID-20,8 モジュール (書き込み禁止ライン ドライバー) とそのペアによって駆動されます。トランジスタの。 ボードの上部と下部にある高精度 14 オーム抵抗が阻止電流を調整します。 右側の 14 芯フレックス ケーブルは、ドライバーをコア ボードのスタック内の XNUMX 本の抑制ワイヤーに接続します。

メモリモジュールの底部にある抑制ボード。 このボードは録音時に使用される 14 個のインヒビット信号を生成します。

クロックドライバメモリ

クロック ドライバーは、メモリ モジュールのクロック信号を生成する XNUMX 対のボードです。 コンピュータがメモリ動作を開始すると、メモリ モジュールで使用されるさまざまなクロック信号がモジュールのクロック ドライバによって非同期に生成されます。 クロック ドライブ ボードはモジュールの下部、スタックと抑制ボードの間に配置されているため、ボードは見えにくいです。

クロック ドライバー ボードはメイン メモリ スタックの下、ロック ボードの上にあります。

上の写真の青い基板コンポーネントは多巻きポテンショメータで、おそらくタイミングまたは電圧調整用です。 抵抗とコンデンサも基板上に表示されます。 この図にはいくつかの MCD (Memory Clock Driver) モジュールが示されていますが、ボード上にはモジュールが表示されていません。 これが視認性の制限によるものなのか、回路の変更によるものなのか、またはこれらのモジュールを備えた別のボードの存在によるものなのかを判断するのは困難です。

メモリI/Oパネル

最後のメモリ モジュール ボードは I/O ボードで、メモリ モジュール ボードと残りの LVDC コンピュータの間で信号を分配します。 下部の緑色の 98 ピン コネクタは LVDC メモリ シャーシに接続し、コンピュータから信号と電力を供給します。 ほとんどのプラスチック コネクタが破損しているため、接点が見えています。 分電盤は、下部にある 49 本の 20 ピン フレキシブル ケーブルによってこのコネクタに接続されています (前面のケーブルのみが表示されています)。 他のフレックス ケーブルは、X ドライバー ボード (左)、Y ドライバー ボード (右)、センス アンプ ボード (上)、および抑制ボード (下) に信号を分配します。 ボード上の XNUMX 個のコンデンサは、メモリ モジュールに供給される電力をフィルタリングします。

メモリ モジュールとコンピュータの残りの部分の間にある I/O ボード。 下部の緑色のコネクタはコンピュータに接続され、これらの信号はフラット ケーブルを介してメモリ モジュールの他の部分に送られます。

出力

メイン LVDC メモリ モジュールは、コンパクトで信頼性の高いストレージを提供しました。 最大 8 個のメモリ モジュールをコンピュータの下半分に配置できます。 これにより、コンピュータは 32 個のデータを保存できるようになりました。 キロワード 冗長性の高い信頼性の高い「デュプレックス」モードでの 26 ビット ワードまたは 16 キロワード。

LVDC の興味深い機能の XNUMX つは、信頼性を高めるためにメモリ モジュールをミラーリングできることです。 「二重」モードでは、各ワードが XNUMX つのメモリ モジュールに保存されました。 XNUMX つのモジュールでエラーが発生した場合、別のモジュールから正しい単語を取得できます。 これにより信頼性が確保されると同時に、メモリの占有面積が半分に削減されました。 あるいは、メモリ モジュールを「シンプレックス」モードで使用し、各ワードを XNUMX 回保存することもできます。

LVDC は最大 XNUMX つの CPU メモリ モジュールを収容

磁気コア メモリ モジュールは、8 KB のストレージに 5 ポンド (2,3 kg) のモジュールが必要だった時代を視覚的に表現します。 しかし、この記憶は当時としては非常に完璧なものでした。 このようなデバイスは、半導体 DRAM の出現により 1970 年代に使われなくなりました。

RAM の内容は電源を切っても保存されるため、モジュールにはコンピュータを最後に使用したときのソフトウェアがまだ保存されている可能性があります。 はい、はい、そこには何十年後でも興味深いものが見つかります。 このデータを回復することは興味深いことですが、回路が損傷しているため問題が発生するため、おそらくあと XNUMX 年はメモリ モジュールから内容を取り出すことができないでしょう。

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出所： habr.com