Launch Vehicle Digital Computer (LVDC) spilte en nøkkelrolle i Apollo-måneprogrammet, og drev Saturn 5. Som de fleste datamaskiner på den tiden, lagret den data i bittesmå magnetiske kjerner. I denne artikkelen snakker Cloud4Y om LVDC-minnemodulen fra deluxe Steve Jurvetson.
Denne minnemodulen ble forbedret på midten av 1960-tallet. Den ble bygget med overflatemonterte komponenter, hybridmoduler og fleksible tilkoblinger, noe som gjør den til en størrelsesorden mindre og lettere enn datidens konvensjonelle dataminne. Minnemodulen tillot imidlertid bare å lagre 4096 ord på 26 biter.
Magnetisk kjerneminnemodul. Denne modulen lagrer 4K-ord med 26 databiter og 2 paritetsbiter. Med fire minnemoduler som gir en total kapasitet på 16 384 ord, veier den 2,3 kg og måler 14 cm × 14 cm × 16 cm.
Månelandingen begynte 25. mai 1961, da president Kennedy kunngjorde at Amerika ville sette en mann på månen før slutten av tiåret. Til dette ble det brukt en tre-trinns Saturn 5-rakett, den kraftigste raketten som noen gang er laget. Saturn 5 ble kontrollert og kontrollert av en datamaskin (her om ham) den tredje fasen av en bærerakett, som starter fra start i jordens bane, og deretter på vei til månen. (Apollo-romfartøyet skilte seg fra Saturn V-raketten på dette tidspunktet, og LVDC-oppdraget ble fullført.)
LVDC er installert i basisrammen. Sirkulære kontakter er synlige foran på datamaskinen. Brukte 8 elektriske kontakter og to kontakter for væskekjøling
LVDC var bare en av flere datamaskiner ombord på Apollo. LVDC var koblet til flykontrollsystemet, en 45 kg analog datamaskin. Den innebygde Apollo Guidance Computer (AGC) ledet romfartøyet til månens overflate. Kommandomodulen inneholdt en AGC mens månemodulen inneholdt en andre AGC sammen med Abort-navigasjonssystemet, en ekstra nøddatamaskin.
Det var flere datamaskiner om bord på Apollo.
Unit Logic Devices (ULD)
LVDC ble opprettet ved hjelp av en interessant hybridteknologi kalt ULD, unit load device. Selv om de så ut som integrerte kretser, inneholdt ULD-moduler flere komponenter. De brukte enkle silisiumbrikker, hver med bare en transistor eller to dioder. Disse matrisene, sammen med trykte tykkfilmstrykte motstander, ble montert på en keramisk skive for å implementere kretser som en logisk port. Disse modulene var en variant av SLT-modulene () designet for de populære datamaskinene i IBM S/360-serien. IBM begynte å utvikle SLT-moduler i 1961, før integrerte kretser var kommersielt levedyktige, og i 1966 produserte IBM over 100 millioner SLT-moduler i året.
ULD-modulene var betydelig mindre enn SLT-modulene, som vist på bildet nedenfor, noe som gjør dem mer egnet for en kompakt romdatamaskin. ULD-modulene brukte keramiske puter i stedet for metallpinnene i SLT, og hadde metallkontakter på toppen overflate i stedet for pinner. Klips på brettet holdt ULD-modulen på plass og koblet til disse pinnene.
Hvorfor brukte IBM SLT-moduler i stedet for integrerte kretser? Hovedårsaken var at integrerte kretser fortsatt var i sin spede begynnelse, etter å ha blitt oppfunnet i 1959. I 1963 hadde SLT-moduler kostnads- og ytelsesfordeler i forhold til integrerte kretser. Imidlertid ble SLT-moduler ofte sett på som dårligere enn integrerte kretser. En av fordelene med SLT-moduler fremfor integrerte kretser var at motstandene i SLT-er var mye mer nøyaktige enn de i integrerte kretser. Under produksjonen ble de tykke filmmotstandene i SLT-modulene forsiktig sandblåst for å fjerne den resistive filmen til de oppnådde ønsket motstand. SLT-moduler var også billigere enn sammenlignbare integrerte kretser på 1960-tallet.
LVDC og relatert utstyr brukte over 50 forskjellige typer ULD-er.
SLT-moduler (til venstre) er betydelig større enn ULD-moduler (til høyre). ULD-størrelsen er 7,6 mm × 8 mm
Bildet nedenfor viser de interne komponentene til ULD-modulen. På venstre side av den keramiske platen er ledere koblet til fire bittesmå firkantede silisiumkrystaller. Det ser ut som et kretskort, men husk at det er mye mindre enn en negl. De svarte rektanglene til høyre er tykke filmmotstander trykt på undersiden av platen.
ULD, topp- og bunnvisning. Silisiumkrystaller og motstander er synlige. Mens SLT-moduler hadde motstander på toppoverflaten, hadde ULD-moduler motstander på bunnen, noe som økte tettheten så vel som kostnadene.
Bildet nedenfor viser en silisiumform fra ULD-modulen, som implementerte to dioder. Størrelsene er uvanlig små, til sammenligning er det sukkerkrystaller i nærheten. Krystallen hadde tre eksterne forbindelser gjennom kobberkuler loddet til tre sirkler. De to nederste sirklene (anodene til de to diodene) var dopet (mørkere områder), mens den øverste høyre sirkelen var katoden koblet til basen.
Fotografi av en to-diode silisiumkrystall ved siden av sukkerkrystaller
Hvordan magnetisk kjerneminne fungerer
Magnetisk kjerneminne var hovedformen for datalagring i datamaskiner fra 1950-tallet til det ble erstattet av solid state-lagringsenheter på 1970-tallet. Minne ble skapt fra bittesmå ferrittringer kalt kjerner. Ferrittringer ble plassert i en rektangulær matrise og to til fire ledninger gikk gjennom hver ring for å lese og skrive informasjon. Ringene gjorde det mulig å lagre én bit informasjon. Kjernen ble magnetisert ved hjelp av en strømpuls gjennom ledningene som gikk gjennom ferrittringen. Magnetiseringsretningen til en kjerne kan endres ved å sende en puls i motsatt retning.
For å lese verdien av kjernen, satte en strømpuls ringen i tilstand 0. Hvis kjernen tidligere hadde vært i tilstand 1, skapte det skiftende magnetfeltet en spenning i en av ledningene som går gjennom kjernene. Men hvis kjernen allerede var i tilstand 0, ville ikke magnetfeltet endret seg og sensorledningen ville ikke stige i spenning. Så verdien av biten i kjernen ble lest ved å tilbakestille den til null og sjekke spenningen på leseledningen. Et viktig trekk ved minnet på magnetkjerner var at prosessen med å lese en ferrittring ødela verdien, så kjernen måtte "skrives om".
Det var upraktisk å bruke en separat ledning for å endre magnetiseringen av hver kjerne, men på 1950-tallet ble det utviklet et ferrittminne som fungerte etter prinsippet om strømtilfelle. Firetrådskretsen – X, Y, Sense, Inhibit – har blitt vanlig. Teknologien utnyttet en spesiell egenskap ved kjerner kalt hysterese: en liten strøm påvirker ikke ferrittminnet, men en strøm over en terskel vil magnetisere kjernen. Når den ble aktivert med halvparten av den nødvendige strømmen på en X-linje og en Y-linje, fikk bare kjernen der begge linjene krysset nok strøm til å remagnetisere, mens de andre kjernene forble intakte.
Slik så minnet ut til IBM 360 Model 50. LVDC og Model 50 brukte samme type kjerne, kjent som 19-32 fordi deres indre diameter var 19 mils (0.4826 mm) og deres ytre diameter var 32 mils. (0,8 mm). Du kan se på dette bildet at det går tre ledninger gjennom hver kjerne, men LVDC brukte fire ledninger.
Bildet nedenfor viser en rektangulær LVDC-minnegruppe. 8 Denne matrisen har 128 X-ledninger som løper vertikalt og 64 Y-ledninger som løper horisontalt, med en kjerne ved hvert kryss. En enkelt lesetråd går gjennom alle kjerner parallelt med Y-trådene. Skriveledningen og sperreledningen går gjennom alle kjerner parallelt med X-ledningene. Ledningene krysser i midten av matrisen; dette reduserer den induserte støyen fordi støyen fra den ene halvdelen kansellerer støyen fra den andre halvdelen.
Én LVDC ferrittminnematrise som inneholder 8192 biter. Forbindelse med andre matriser utføres gjennom pinner på utsiden
Matrisen ovenfor hadde 8192 elementer, som hver lagret en bit. For å lagre et minneord ble flere grunnleggende matriser lagt sammen, en for hver bit i ordet. Ledningene X og Y slanget seg gjennom alle hovedmatrisene. Hver matrise hadde en egen leselinje og en separat skrivesperrelinje. LVDC-minne brukte en stabel med 14 basismatriser (under) som lagret en 13-bits "stavelse" sammen med en paritetsbit.
LVDC-stakken består av 14 hovedmatriser
Å skrive til magnetisk kjerneminne krevde ekstra ledninger, de såkalte inhiberingslinjene. Hver matrise hadde en inhiberingslinje som løp gjennom alle kjernene i den. Under skriveprosessen går strømmen gjennom X- og Y-linjene, og remagnetiserer de valgte ringene (en per plan) til tilstand 1, og holder alle 1-ene i ordet. For å skrive en 0 ved bitposisjonen, ble linjen energisert med halvparten av strømmen motsatt av linjen X. Som et resultat forble kjernene på verdien 0. Dermed tillot ikke sperrelinjen kjernen å snu til 1. Ethvert ønsket ord kan skrives til minnet ved å aktivere de tilsvarende sperrelinjene.
LVDC minnemodul
Hvordan er en LVDC-minnemodul fysisk konstruert? I midten av minnemodulen er en stabel med 14 ferromagnetiske minnearrayer vist tidligere. Den er omgitt av flere kort med kretser for å drive X- og Y-ledningene og sperrelinjene, bitleselinjer, feildeteksjon og generere de nødvendige klokkesignalene.
Generelt er det meste av de minnerelaterte kretsene i LVDC-datamaskinens logikk, ikke i selve minnemodulen. Datalogikk inneholder spesielt registre for lagring av adresser og dataord og konvertering mellom seriell og parallell. Den inneholder også kretser for lesing fra lesebitlinjene, feilkontroll og klokkefunksjon.
Minnemodul som viser nøkkelkomponenter. MIB (Multilayer Interconnection Board) er et 12-lags trykt kretskort
Y minne driverkort
Et ord i kjerneminnet velges ved å føre de respektive X- og Y-linjene gjennom hovedkortstabelen. La oss starte med å beskrive Y-driverkretsen og hvordan den genererer et signal gjennom en av de 64 Y-linjene. I stedet for 64 separate driverkretser, reduserer modulen antall kretser ved å bruke 8 "høye" drivere og 8 "lave" drivere. De er koblet i en "matrise"-konfigurasjon, så hver kombinasjon av høye og lave drivere velger forskjellige rader. Dermed velger 8 "høy" og 8 "lav" sjåfører en av de 64 (8 × 8) Y-linjene.
Y-driverkort (foran) driver Y-valglinjene i stabelen med brett
På bildet nedenfor kan du se noen av ULD-modulene (hvit) og transistorparet (gull) som driver Y-valglinjene. "EI"-modulen er hjertet til driveren: den leverer en konstant spenningspuls (E) ) eller sender en konstant strømpuls (I) gjennom valglinjen. Select-linjen styres ved å aktivere EI-modulen i spenningsmodus i den ene enden av linjen og EI-modulen i strømmodus i den andre enden. Resultatet er en puls med riktig spenning og strøm, tilstrekkelig til å remagnetisere kjernen. Det krever mye momentum å snu det; spenningspulsen er fast på 17 volt, og strømmen varierer fra 180 mA til 260 mA avhengig av temperaturen.
Makrobilde av Y-driverkortet som viser seks ULD-moduler og seks par transistorer. Hver ULD-modul er merket med et IBM-delenummer, modultype (for eksempel "EI") og en kode hvis betydning er ukjent
Kortet er også utstyrt med error monitor (ED) moduler som oppdager når mer enn én Y select linje er aktivert samtidig ED modulen bruker en enkel semi-analog løsning: den summerer inngangsspenningene ved hjelp av et nettverk av motstander. Hvis den resulterende spenningen er over terskelen, utløses nøkkelen.
Under driverkortet er en diodegruppe som inneholder 256 dioder og 64 motstander. Denne matrisen konverterer de 8 topp- og 8 nederste signalparene fra driverkortet til 64 Y-linjeforbindelser som går gjennom hovedstabelen med brett. Fleksible kabler på toppen og bunnen av brettet kobler brettet til diodegruppen. To flexkabler til venstre (ikke synlig på bildet) og to samleskinner til høyre (en synlig) kobler diodematrisen til utvalget av kjerner. Flexkabelen som er synlig til venstre kobler Y-kortet til resten av datamaskinen via I/O-kortet, mens den lille flexkabelen nederst til høyre kobles til klokkegeneratorkortet.
X minne driverkort
Oppsettet for å drive X-linjene er likt det for Y, bortsett fra at det er 128 X-linjer og 64 Y-linjer. Fordi det er dobbelt så mange X-ledninger, har modulen et andre X-driverkort under seg. Selv om X- og Y-kortene har de samme komponentene, er ledningene forskjellige.
Dette brettet og det under det kontrollerer X utvalgte rader i en stabel med kjernebrett
Bildet nedenfor viser at noen komponenter var skadet på brettet. En av transistorene er forskjøvet, ULD-modulen er brutt i to, og den andre er brutt av. Ledningen er synlig på den ødelagte modulen, sammen med en av de små silisiumkrystallene (til høyre). På dette bildet kan du også se spor av vertikale og horisontale ledende spor på et 12-lags kretskort.
Nærbilde av den skadede delen av brettet
Under X-driverkortene er en X-diodematrise som inneholder 288 dioder og 128 motstander. X-diode-arrayet bruker en annen topologi enn Y-diodekortet for å unngå å doble antall komponenter. I likhet med Y-diodekortet inneholder dette kortet komponenter montert vertikalt mellom to trykte kretskort. Denne metoden kalles "cordwood" og lar komponentene pakkes tett.
Et makrobilde av en X-diodearray som viser vertikalt monterte cordwood-dioder mellom 2 trykte kretskort. De to X-driverbrettene sitter over diodebrettet, atskilt fra dem med polyuretanskum. Vær oppmerksom på at kretskortene er svært nær hverandre.
Minneforsterkere
Bildet nedenfor viser avlesningsforsterkerkortet. Har 7 kanaler for å lese 7 biter fra minnestakken; det identiske kortet nedenfor håndterer 7 biter til for totalt 14 biter. Hensikten med sensorforsterkeren er å oppdage det lille signalet (20 millivolt) som genereres av den remagnetiserbare kjernen og gjøre den om til en 1-bits utgang. Hver kanal består av en differensialforsterker og buffer, etterfulgt av en differensialtransformator og utgangsklemme. Til venstre kobles en 28-leder fleksibel kabel til minnestakken, og fører de to endene av hver sensorledning til en forsterkerkrets, som starter med MSA-1 (Memory Sense Amplifier)-modulen. De enkelte komponentene er motstander (brune sylindre), kondensatorer (røde), transformatorer (svarte) og transistorer (gull). Databitene går ut av sense-forsterkerkortene via den fleksible kabelen til høyre.
Avlesningsforsterkerkort på toppen av minnemodulen. Dette kortet forsterker signalene fra sensorledningene for å lage utgangsbiter
Skriv Inhibit Line Driver
Inhibit-drivere brukes til å skrive til minnet og er plassert på undersiden av hovedmodulen. Det er 14 inhiberingslinjer, en for hver matrise på stabelen. For å skrive en 0-bit aktiveres den tilsvarende låsedriveren og strømmen gjennom sperrelinjen hindrer kjernen i å bytte til 1. Hver linje drives av en ID-1 og ID-2-modul (skrivesperrelinjedriver) og et par av transistorer. Presisjonsmotstander på 20,8 ohm øverst og nederst på brettet regulerer blokkeringsstrømmen. Den 14-leder flekskabelen til høyre kobler driverne til de 14 inhibit-ledningene i stabelen med kjernekort.
Hemmingskort nederst på minnemodulen. Dette kortet genererer 14 blokkeringssignaler som brukes under opptak
Minne for klokkedrivere
Klokkedriveren er et par kort som genererer klokkesignaler for minnemodulen. Når datamaskinen starter en minneoperasjon, genereres de forskjellige klokkesignalene som brukes av minnemodulen asynkront av modulens klokkedriver. Klokkestasjonene er plassert i bunnen av modulen, mellom stabelen og sperrekortet, så brettene er vanskelige å se.
Klokkedriverkortene er under hovedminnestabelen, men over låsebrettet
De blå brettkomponentene på bildet ovenfor er multi-turn potensiometre, antagelig for timing eller spenningsjustering. Motstander og kondensatorer er også synlige på platene. Diagrammet viser flere MCD (Memory Clock Driver) moduler, men ingen moduler er synlige på brettene. Det er vanskelig å si om dette skyldes begrenset synlighet, en kretsendring eller tilstedeværelsen av et annet kort med disse modulene.
Minne I/O-panel
Det siste minnemodulkortet er I/O-kortet, som distribuerer signaler mellom minnemodulkortene og resten av LVDC-datamaskinen. Den grønne 98-pinners kontakten på bunnen kobles til LVDC-minnekassiset, og gir signaler og strøm fra datamaskinen. De fleste plastkontaktene er ødelagt, og derfor er kontaktene synlige. Fordelingstavlen kobles til denne kontakten med to 49-pinners fleksible kabler i bunnen (kun frontkabelen er synlig). Andre flexkabler distribuerer signaler til X Driver Board (venstre), Y Driver Board (høyre), Sense Amplifier Board (øverst) og Inhibit Board (nederst). 20 kondensatorer på kortet filtrerer strømmen som tilføres minnemodulen.
I/U-kortet mellom minnemodulen og resten av datamaskinen. Den grønne kontakten på bunnen kobles til datamaskinen og disse signalene blir rutet gjennom flate kabler til andre deler av minnemodulen
Utgang
Hoved-LVDC-minnemodulen ga kompakt, pålitelig lagring. Opptil 8 minnemoduler kan plasseres i den nedre halvdelen av datamaskinen. Dette tillot datamaskinen å lagre 32 26-bits ord eller 16 kiloord i redundant svært pålitelig "dupleks"-modus.
Et interessant trekk ved LVDC var at minnemoduler kunne speiles for pålitelighet. I "dupleks"-modus ble hvert ord lagret i to minnemoduler. Hvis det oppstod en feil i en modul, kan det riktige ordet hentes fra en annen modul. Selv om dette ga pålitelighet, halverte det minneavtrykket. Alternativt kan minnemodulene brukes i "simplex"-modus, med hvert ord lagret én gang.
LVDC hadde plass til opptil åtte CPU-minnemoduler
Den magnetiske kjerneminnemodulen gir en visuell representasjon av tiden da 8 KB lagring krevde en 5-pund (2,3 kg) modul. Imidlertid var dette minnet veldig perfekt for sin tid. Slike enheter gikk ut av bruk på 1970-tallet med fremkomsten av halvleder-DRAM-er.
Innholdet i RAM blir bevart når strømmen slås av, så det er sannsynlig at modulen fortsatt lagrer programvare fra forrige gang datamaskinen ble brukt. Ja, ja, der kan du finne noe interessant selv tiår senere. Det ville vært interessant å prøve å gjenopprette disse dataene, men de skadede kretsene skaper et problem, så innholdet vil sannsynligvis ikke kunne hentes fra minnemodulen på et tiår til.
Hva annet kan du lese på bloggen?
→
→
→
→
→
Abonner på vår -kanal, for ikke å gå glipp av neste artikkel! Vi skriver ikke mer enn to ganger i uken og kun på forretningsreise. Vi minner deg også om at Cloud4Y kan gi sikker og pålitelig ekstern tilgang til forretningsapplikasjoner og informasjon som er nødvendig for forretningskontinuitet. Fjernarbeid er en ekstra barriere for spredning av koronaviruset. Detaljer er fra våre ledere.
Kilde: www.habr.com