Меморија на магнетно јадро во ракетата Сатурн 5

Дигиталниот компјутер за лансирање на возилото (LVDC) одигра клучна улога во програмата Аполо месечина, контролирајќи ја ракетата Сатурн 5. Како и повеќето компјутери од тоа време, тој складираше податоци во мали магнетни јадра. Во оваа статија, Cloud4Y зборува за LVDC мемориски модул од луксуз колекции Стив Јурветсон.

Овој мемориски модул беше подобрен во средината на 1960-тите. Создаден е со помош на компоненти на површинска монтажа, хибридни модули и флексибилни врски, што го направи по ред по големина помала и полесна од конвенционалната компјутерска меморија од тоа време. Сепак, меморискиот модул дозволи да се складираат само 4096 зборови од 26 бита.

Мемориски модул на магнетни јадра. Овој модул складира 4K зборови од 26 бита за податоци и 2 бита за паритет. Со четири мемориски модули кои даваат вкупен капацитет од 16 зборови, тежи 384 кг и димензии 2,3 cm x 14 cm x 14 cm.

Мисијата на Месечината започна на 25 мај 1961 година, кога претседателот Кенеди објави дека Америка ќе слета човек на Месечината пред крајот на деценијата. Ја користеше тристепената ракета Сатурн 5, најмоќната ракета некогаш направена. Сатурн 5 беше контролиран и контролиран од компјутер (тука повеќе детали овде за него) од третата фаза на ракетата-носач, почнувајќи од полетувањето во орбитата на Земјата, а потоа додека се движи кон Месечината. (Вселенското летало Аполо во овој момент се одвојуваше од ракетата Сатурн V и мисијата LVDC беше завршена.)

LVDC е инсталиран во рамка за поддршка. Кружни конектори се видливи на предната страна на компјутерот. Користени 8 електрични конектори и два конектори за течно ладење

LVDC беше само еден од неколкуте компјутери на Аполо. LVDC беше поврзан со системот за контрола на летот, аналоген компјутер од 45 килограми. Навигацискиот компјутер на Аполо (Apollo Guidance Computer, AGC) го водел леталото кон површината на Месечината. Командниот модул содржеше еден AGC, додека лунарниот модул содржеше втор AGC заедно со системот за навигација Abort, резервен компјутер за итни случаи.

На бродот Аполо имаше неколку компјутери.

Уреди за логика на единици (ULD)

LVDC е создаден со помош на интересна хибридна технологија наречена ULD, уред за единица оптоварување. Иако површно личеа на интегрирани кола, ULD модулите содржеа повеќе компоненти. Тие користеле едноставни силиконски чипови, секој содржел само еден транзистор или две диоди. Овие матрици, заедно со отпечатените отпорници на дебел филм, беа монтирани на керамичка обланда за да се имплементираат кола како логички порти. Овие модули беа варијанта на SLT модулите (Солидна логичка технологија), развиен за компјутерите на IBM од популарната серија S/360. IBM започна да развива SLT модули во 1961 година, пред интегрираните кола да станат комерцијално остварливи, а до 1966 година IBM произведуваше над 100 милиони SLT модули годишно.

ULD модулите беа значително помали од SLT-модулите, како што се гледа на фотографијата подолу, што ги прави посоодветни за компактен вселенски компјутер. површина наместо иглички. Стегите на таблата го држат ULD модулот на место и се поврзуваат со овие иглички.

Зошто IBM користеше SLT модули наместо интегрирани кола? Главната причина беше што интегрираните кола сè уште беа во повој, бидејќи беа измислени во 1959 година. Во 1963 година, SLT модулите имаа предности во однос на трошоците и перформансите во однос на интегрираните кола. Сепак, SLT модулите често се сметаа за инфериорни во споредба со интегрираните кола. Една од предностите на SLT модулите во однос на интегрираните кола беше тоа што отпорниците во SLT беа многу попрецизни од оние во интегрираните кола. За време на производството, отпорниците на дебелиот филм во SLT модулите беа внимателно изматени со песок за да се отстрани отпорната фолија додека не се постигне саканиот отпор. SLT модулите беа исто така поевтини од споредливите интегрирани кола во 1960-тите.

LVDC и поврзаната опрема користеле повеќе од 50 различни типови на ULD.

SLT модулите (лево) се значително поголеми од ULD модулите (десно). Големината на ULD е 7,6mm×8mm

Сликата подолу ги прикажува внатрешните компоненти на ULD модулот. Лево, керамичката обланда покажува проводници поврзани со четири мали квадратни силиконски чипови. Изгледа како плочка, но имајте на ум дека е многу помала од ноктот. Црните правоаголници од десната страна се густи филмски отпорници испечатени на долната страна на нафората.

ULD, горниот и долниот поглед. Силиконски кристали и отпорници се видливи. Додека модулите SLT имаа отпорници на горната површина, ULD модулите имаа отпорници на дното, што ја зголеми густината, како и цената

На фотографијата подолу е прикажан силиконски кристал од ULD модул кој имплементирал две диоди. Големините се невообичаено мали, за споредба, во близина има кристали од шеќер. Кристалот имаше три надворешни врски преку бакарни топчиња залемени на три кругови. Долните два круга (анодите на двете диоди) беа допирани (потемни области), додека горниот десен круг беше катодата поврзана со основата.

Фотографија од силиконски матрица со двојна диода до кристали од шеќер

Како функционира меморијата на магнетното јадро?

Меморијата на магнетното јадро беше примарна форма на складирање податоци во компјутерите од 1950-тите додека не беше заменета со полупроводнички уреди за складирање во 1970-тите. Меморијата е создадена од ситни феритни прстени наречени јадра. Феритни прстени беа распоредени во правоаголна матрица и две до четири жици поминуваа низ секој прстен за читање и пишување информации. Прстените овозможија да се складира еден дел од информациите. Јадрото беше магнетизирано со струен пулс низ жиците што минуваа низ феритен прстен. Насоката на магнетизација на едно јадро може да се промени со испраќање пулс во спротивна насока.

За да се прочита вредноста на јадрото, тековниот пулс го премести прстенот во состојба 0. Ако јадрото претходно беше во состојба 1, променливото магнетно поле создаде напон во една од жиците што се провлекува низ јадрата. Но, ако јадрото веќе беше во состојба 0, магнетното поле нема да се промени и напонот нема да се зголеми во жица за читање. Така, вредноста на битот во јадрото се читаше со негово ресетирање на нула и проверка на напонот на жицата за сетило. Важна карактеристика на меморијата на магнетното јадро беше тоа што процесот на читање на феритниот прстен ја уништи неговата вредност, па јадрото мораше да се „препише“.

Користењето на посебна жица за промена на магнетизацијата на секое јадро беше незгодно, но во 1950-тите тие развија феритна меморија која работи на принципот на коинцидентни струи. Колото со четири жици - X, Y, читање, инхибирање - стана општо прифатено. Технологијата ја искористи специјалната особина на јадрата наречена хистерезис: мала струја нема да влијае на меморијата на феритот, но струјата над прагот ќе го магнетизира јадрото. Со примена на моќност на половина од потребната струја на една X линија и една Y линија, само јадрото во кое се вкрстуваа двете линии доби доволно струја за повторно да се магнетизира, додека другите јадра останаа недопрени.

Вака изгледаше меморијата IBM 360 Model 50. LVDC и Model 50 користеа ист тип на јадро, познато како 19-32 бидејќи нивниот внатрешен дијаметар беше 19 милји (0.4826 мм), а надворешниот дијаметар 32 милс (0,8 мм) . Оваа фотографија покажува дека има три жици што минуваат низ секое јадро, но LVDC користел четири жици

Сликата подолу покажува една правоаголна LVDC мемориска матрица. 8 Оваа матрица има 128 X-жици што се движат вертикално и 64 Y-жици што се движат хоризонтално, со јадро на секоја раскрсница. Една жица за читање поминува низ сите јадра паралелно со жиците во форма на Y. Жицата за запишување и жицата за инхибирање поминуваат низ сите јадра паралелни со X-жиците. Жиците се вкрстуваат во средината на матрицата; ова го намалува индуцираниот шум бидејќи бучавата од едната половина го поништува шумот од другата половина.

Една LVDC феритна мемориска низа која содржи 8192 бита. Поврзувањето со други матрици се врши преку иглички однадвор

Матрицата погоре имаше 8192 елементи, од кои секоја складираше по еден бит. За складирање на мемориски збор, неколку основни матрици беа додадени заедно, по една за секој бит во зборот. Жиците X и Y поминаа низ сите главни матрици. Секоја матрица имаше посебна линија за читање и посебна линија за инхибирање на запишување. LVDC меморијата користеше куп од 14 базни матрици (подолу) кои складираа 13-битен „слог“ заедно со бит за паритет.

Оџакот LVDC се состои од 14 главни матрици

За снимање во меморија на магнетни јадра потребни се дополнителни жици, таканаречените линии за исклучување. Секоја матрица имаше една линија на инхибиција што минува низ сите јадра во неа. За време на процесот на пишување, струјата тече низ линиите X и Y, ремагнетизирајќи ги избраните прстени (еден по рамнина) до состојбата 1, складирајќи ги сите 1 во зборот. За да се напише 0 на позицијата на битот, линијата се напојуваше со половина струја спроти линијата X. Како резултат на тоа, јадрата останаа на вредноста 0. Така, линијата за инхибиција спречи јадрото да се преврти на 1. Секој сакан збор може да се запише во меморијата со активирање на соодветните инхибни линии.

LVDC мемориски модул

Како е физички дизајниран LVDC меморискиот модул? Во центарот на меморискиот модул се наоѓа куп од 14 феромагнетни мемориски матрици прикажани претходно. Тој е опкружен со неколку табли со кола за да ги контролира жиците X и Y и да ги инхибира линиите, да чита бит линии, да открие грешки и да ги генерира потребните сигнали за часовникот.

Општо земено, повеќето кола поврзани со меморијата се наоѓаат во компјутерската логика LVDC наместо во самиот мемориски модул. Поточно, компјутерската логика содржи регистри за складирање на податоци за адреса и збор и конвертирање помеѓу сериски и паралелни. Исто така, содржи кола за читање бит линии, проверка на грешки и такт.

Мемориски модул што ги прикажува клучните компоненти. MIB (Multilayer Interconnection Board) е 12-слојна плоча за печатено коло

Плочка за двигател на меморија Y

Зборот во меморијата на магнетното јадро се избира со поминување на соодветните X и Y линии низ главниот куп табли. Да почнеме со опишување на колото на двигателот Y и како тоа генерира сигнал преку една од 64-те Y линии. Наместо 64 поединечни кола за возачи, модулот го намалува бројот на кола со користење на 8 „високи“ драјвери и 8 „ниски“ драјвери. Тие се поврзани во конфигурација „матрица“, така што секоја комбинација на високи и ниски драјвери избира различни линии. Така, 8 „високи“ и 8 „ниски“ двигатели избираат една од 64-те (8 × 8) Y-линии.

Плочката за двигател Y (напред) ги придвижува линиите за избирање Y во оџакот на таблата

На фотографијата подолу можете да видите некои од ULD модулите (бели) и парови на транзистори (златни) кои ги движат линиите за избирање Y. Модулот „EI“ е срцето на двигателот: тој обезбедува постојан пулс на напон (E) или поминува пулс на постојана струја (I) низ линијата за избор. Линијата за избор се контролира со активирање на EI модулот во напонски режим на едниот крај од линијата и EI модулот во тековниот режим на другиот крај. Резултатот е пулс со правилен напон и струја доволни за да се смени магнетизацијата на јадрото. Потребно е многу импулс за да се преврти; пулсот на напонот е фиксиран на 17 волти, а струјата се движи од 180 mA до 260 mA во зависност од температурата.

Макро фотографија од таблата за драјвер Y на која се прикажани шест ULD модули и шест пара транзистори. Секој ULD модул е ​​означен со број на дел од IBM, тип на модул (на пр. „EI“) и код чие значење е нејасно

Плочката има и модули за откривање грешки (ED) кои детектираат кога се активираат повеќе од една Y изберете линија истовремено. ED модулот користи едноставно полуаналогно решение: ги сумира влезните напони користејќи мрежа на отпорници. Ако добиениот напон е над прагот, прекинувачот се активира.

Под таблата на возачот има диодна матрица која содржи 256 диоди и 64 отпорници. Оваа матрица ги претвора горните 8 и долните 8 пара сигнали од таблата на возачот во врски со 64 Y линии кои поминуваат низ главниот куп табли. Флексибилните кабли на горниот и долниот дел од плочата ја поврзуваат плочата со низата на диодите. Два флексибилни кабли лево (не се гледаат на фотографијата) и две собирници надесно (една видлива) ја поврзуваат матрицата на диодите со основната низа. Flex кабелот видлив лево ја поврзува Y-плочката со остатокот од компјутерот преку I/O плочата, а малиот флекс кабел во долниот десен дел се поврзува со часовникот.

Плочка за драјвери за меморија X

Колото за возење на линиите X е слично на колото Y, со исклучок на тоа што има 128 линии X и 64 линии Y. Бидејќи има двојно повеќе жици X, модулот има втора X драјвер плоча сместена под него. Иако X и Y плочите имаат исти компоненти, жиците се различни.

Оваа табла и слична под неа контролираат X избрани редови во куп табли со јадра

На фотографијата подолу се гледа дека некои компоненти на таблата се оштетени. Еден од транзисторите е погрешно усогласен, ULD модулот е скршен на половина, а другиот е откинат. Жиците се видливи кај скршениот модул, заедно со еден од ситните силиконски кристали (десно). На оваа фотографија можете да видите и траги од вертикални и хоризонтални спроводливи траги на 12-слојна плоча за печатено коло.

Одблиску на оштетената површина на таблата

Под X таблите за двигател се наоѓа низа со X диоди која содржи 288 диоди и 128 отпорници. Низата X-диод користи различна топологија од низата Y-диоди за да избегне удвојување на бројот на компоненти. Како и Y-диодната плоча, оваа плоча содржи компоненти монтирани вертикално помеѓу две кола. Овој метод се нарекува „каловар“ и овозможува цврсто пакување на компонентите.

Макро фотографијата од низата со диоди X ги прикажува диодите монтирани вертикално со помош на техниката на кадрово дрво помеѓу 2 печатени плочки. Двете X драјверски плочи се наоѓаат над диодната плоча, одвоени од нив со полиуретанска пена. Ве молиме имајте предвид дека ПХБ се многу блиску еден до друг

Засилувачи на меморија

На фотографијата подолу е прикажана таблата за засилувач на сетила. Има 7 канали за читање 7 бита од меморискиот стек; идентичната табла подолу обработува уште 7 бита, вкупно 14 бита. Задачата на засилувачот на сетилата е да го открие малиот сигнал (20 миливолти) генериран од јадрото што може да се магнетизира и да го претвори во 1-битен излез. Секој канал се состои од диференцијален засилувач и тампон, проследен со диференцијален трансформатор и излезна клешта. Лево, флексибилен кабел со 28 жици се поврзува со меморискиот куп, доведувајќи ги двата краја на секоја сетилна жица до колото на засилувачот, почнувајќи со модулот MSA-1 (Засилувач за читање меморија). Поединечните компоненти се отпорници (кафеави цилиндри), кондензатори (црвени), трансформатори (црни) и транзистори (златни). Податочните битови излегуваат од таблите за засилувач на сетила преку флексибилен кабел од десната страна.

Плочката за засилувач на сетила е на врвот на меморискиот модул. Оваа плоча ги засилува сигналите од жиците на сензорот за да создаде излезни битови

Напиши забрани линија возач

Возачите за инхибирање се користат за пишување во меморијата и се наоѓаат на долната страна на главниот модул. Има 14 стоп линии, по една за секоја матрица во оџакот. За да се напише 0 бит, се активира соодветниот двигател за инхибиција и струјата низ линијата за инхибиција го спречува јадрото да се префрли на 1. Секоја линија е управувана од ID-1 и ID-2 модул (двигател на линијата за инхибиција за пишување) и пар транзистори. Отпорниците со висока прецизност од 20,8 оми на врвот и на дното на плочата ја регулираат струјата на блокирање. 14-жичниот флекс кабел од десната страна ги поврзува драјверите со 14-те инхибни жици во купот основни плочи.

Инхибиторна табла на дното на меморискиот модул. Оваа табла генерира 14 инхибни сигнали кои се користат за време на снимањето

Меморија на двигател на часовникот

Возачот на часовникот е пар табли кои генерираат сигнали за часовникот за меморискиот модул. Откако компјутерот ќе започне да работи со меморијата, различните сигнали на часовникот што ги користи меморискиот модул се генерираат асинхроно од двигателот на часовникот на модулот. Таблите за погон на часовникот се наоѓаат на дното на модулот, помеѓу оџакот и таблата за инхибирање, така што таблите тешко се гледаат.

Таблите за двигател на часовникот се наоѓаат под главниот мемориски куп, но над таблата за блокирање

Компонентите на сината табла на горната фотографија се потенциометри со повеќе вртења, веројатно за прилагодување на времето или напонот. На таблите се видливи и отпорници и кондензатори. Дијаграмот прикажува неколку модули MCD (Driver за мемориски часовник), но ниеден модул не се гледа на таблите. Тешко е да се каже дали ова се должи на ограничената видливост, промената на кола или присуството на друга плоча со овие модули.

Мемориски I/O панел

Последната плоча на меморискиот модул е ​​I/O панелот, кој дистрибуира сигнали помеѓу таблите на меморискиот модул и остатокот од LVDC компјутерот. Зелениот 98-пински конектор на дното се поврзува со мемориската шасија LVDC, обезбедувајќи сигнали и напојување од компјутерот. Повеќето од пластичните конектори се скршени, оставајќи ги контактите видливи. Задната рамнина е поврзана со овој конектор со два флексибилни кабли со 49 пински на дното (видлив е само предниот кабел). Другите флексибилни кабли дистрибуираат сигнали до таблата со X-driver (лево), Y-driver плочката (десно), таблата за засилувач на сетила (горе) и инхибната плоча (долу). 20 кондензатори на плочката ја филтрираат напојувањето што се испорачува на меморискиот модул.

Влезна/излезна плоча помеѓу меморискиот модул и останатиот дел од компјутерот. Зелениот конектор на дното се поврзува со компјутерот и овие сигнали се пренесуваат преку рамни кабли до други делови од меморискиот модул

Излез

Главниот мемориски модул LVDC обезбеди компактно, сигурно складирање. Во долната половина на компјутерот може да се сместат до 8 мемориски модули. Ова му овозможи на компјутерот да складира 32 килозбор 26-битни зборови или 16 килозборови во излишен, многу сигурен „дуплекс“ режим.

Една интересна карактеристика на LVDC беше тоа што мемориските модули може да се пресликуваат за сигурност. Во „дуплекс“ режим, секој збор беше зачуван во два мемориски модули. Ако се појави грешка во еден модул, точниот збор може да се добие од друг модул. Иако ова обезбедуваше сигурност, го намали капацитетот на меморијата на половина. Алтернативно, мемориските модули може да се користат во „симплекс“ режим, при што секој збор е зачуван еднаш.

LVDC сместуваше до осум мемориски модули на процесорот

Меморискиот модул со магнетно јадро обезбедува визуелно прикажување на времето кога е потребен модул од 8 фунти (5 kg) за складирање на 2,3 KB. Сепак, оваа меморија беше многу совршена за своето време. Ваквите уреди престанаа да се користат во 1970-тите со појавата на полупроводнички DRAM.

Содржината на RAM меморијата се задржува кога ќе се исклучи напојувањето, така што веројатно е дека модулот сè уште складира софтвер од последниот пат кога компјутерот бил користен. Да, да, таму можете да најдете нешто интересно и по децении. Би било интересно да се обидеме да ги вратиме овие податоци, но оштетеното коло претставува проблем, така што содржината веројатно нема да може да се врати од меморискиот модул со децении.

Што друго можете да прочитате на блогот? Cloud4y

→ Велигденски јајца на топографски карти на Швајцарија
→ Компјутерски брендови од 90-тите, дел 1
→ Како мајка на хакер влегла во затвор и го заразила компјутерот на газдата
→ Дијагностика на мрежни врски на виртуелниот рутер EDGE
→ Како пропадна банката?

Претплатете се на нашата Телеграма-канал за да не ја пропуштите следната статија! Ние пишуваме не повеќе од двапати неделно и само на деловен план. Исто така, ве потсетуваме дека Cloud4Y може да обезбеди безбеден и сигурен далечински пристап до деловните апликации и информациите неопходни за да се обезбеди континуитет на бизнисот. Работата од далечина е дополнителна бариера за ширење на коронавирусот. Деталите се достапни од нашите менаџери.

Извор: www.habr.com