Computerul care a funcționat în racheta purtătoare (Launch Vehicle Digital Computer, LVDC) a avut un rol esențial în programul lunar Apollo, controlând racheta Saturn 5. Ca și majoritatea computerelor din acea perioadă, a stocat date în mici carcase magnetice. În acest articol, Cloud4Y discută despre modulul de memorie LVDC din colecția luxuoasă Acest modul de memorie a fost îmbunătățit în mijlocul anilor 1960. Pentru fabricarea sa s-au folosit componente pentru montaj superficial, module hibride și conexiuni flexibile, ceea ce l-a făcut cu mult mai mic și mai ușor decât memoriile obișnuite ale computerelor din acea vreme. Totuși, modulul de memorie permitea stocarea a doar 4096 de cuvinte de 26 de biți.
Modulul de memorie cu miezuri magnetice. Acest modul stochează 4K de cuvinte de date de 26 de biți și 2 biți de paritate. Cu patru module de memorie, care oferă o capacitate totală de 16 384 de cuvinte, el cântărește 2,3 kg și are dimensiunile de 14 cm × 14 cm × 16 cm.
Zborul spre Lună a început pe 25 mai 1961, când președintele Kennedy a declarat că America va trimite un om pe Lună până la sfârșitul decadelor. Pentru aceasta, a fost folosită racheta cu trei etape Saturn 5, cea mai puternică rachetă construită vreodată. Saturn 5 a fost controlat de computer (detaliile fiind aici) al etapei a treia a rachetei purtătoare, începând de la decolare pe orbita Pământului și continuând spre Lună. (Nava Apollo se despărțea de racheta Saturn-5 în acel moment, iar sarcina LVDC a fost îndeplinită).
LVDC este montat într-un cadru de sprijin. Conectorii rotunzi sunt vizibili pe partea frontală a computerului. Au fost folosite 8 conectori electrici și două conectori pentru răcirea cu lichid. La bordul Apollo erau mai multe computere
Unități Logic Device (ULD)
Dispozitive de tip ULD
Dispozitive Unit Logic (ULD)
Unități Logice de Dispozitive (ULD)
LVDC a fost creat cu ajutorul unei tehnologii hibride interesante numită ULD, unit load device. Deși acestea semănau cu circuitele integrate, modulele ULD conțineau mai multe componente. Foloseau cristale de siliciu simple, fiecare având doar un tranzistor sau doi diode. Aceste matrice, împreună cu rezistoarele tip thick-film imprimate, erau montate pe o placă ceramică pentru a implementa circuite de tip logic. Aceste module erau o variantă a modulelor SLT (), dezvoltate pentru computerele IBM din populara serie S/360. IBM a început dezvoltarea modulelor SLT în 1961, înainte ca circuitele integrate să devină comercial viabile, și până în 1966 IBM producea peste 100 de milioane de module SLT pe an.
Modulele ULD erau semnificativ mai mici decât modulele SLT, așa cum se vede în fotografia de mai jos, ceea ce le făcea mai potrivite pentru un computer compact de spațiu. Modulele ULD foloseau plăci ceramice ca acoperire în loc de pinii metalici din SLT și aveau contacte metalice pe suprafața superioară în loc de pini. Clemele de pe placă mențineau modulele ULD la locul lor și se conectau cu aceste contacte.
De ce a folosit IBM module SLT în loc de circuite integrate? Motivul principal a fost că circuitele integrate erau încă la început și au fost inventate în 1959. În 1963, modulele SLT aveau avantaje în ceea ce privește costul și performanța comparativ cu circuitele integrate. Totuși, modulele SLT erau adesea considerate depășite în comparație cu circuitele integrate. Unul dintre avantajele modulelor SLT față de circuitele integrate era că rezistoarele din SLT erau mult mai precise decât cele din circuitele integrate. În timpul fabricării, rezistoarele thick-film din modulele SLT erau supuse unei prelucrări atente prin sablare pentru a îndepărta filmul rezistiv până când se obținea rezistența dorită. Modulele SLT erau, de asemenea, mai ieftine decât circuitele integrate comparabile în anii '60.
LVDC și echipamentele aferente utilizau peste 50 de tipuri diferite de ULD.
Modulele SLT (stânga) sunt semnificativ mai mari decât modulele ULD (dreapta). Dimensiunea ULD este de 7,6 mm × 8 mm.
Fotografia de mai jos arată componentele interne ale modulului ULD. În stânga, pe placa ceramică, se pot observa conductori conectați la patru cristale de siliciu mici, pătrate. Aceasta seamănă cu o placă de circuit imprimat, dar este mult mai mică decât unghia. Dreptunghiurile negre din dreapta sunt rezistoare de tip film gros, printate pe partea inferioară a plăcii.
ULD, văzut de sus și de jos. Se văd cristalele de siliciu și rezistoarele. În timp ce modulele SLT aveau rezistoare pe suprafața superioară, modulele ULD aveau rezistoare în partea de jos, ceea ce a crescut densitatea, dar și costurile.
În fotografia de mai jos se vede un cristal de siliciu din modulul ULD, care implementează două diode. Dimensiunile sunt extraordinar de mici; pentru comparație, lângă ele se află cristale de zahăr. Cristalul avea trei conexiuni externe prin bile de cupru, lipite de trei cercuri. Cele două cercuri inferioare (anodele celor două diode) erau legate (zonele mai întunecate), în timp ce cercul din dreapta de sus era catodul, conectat la bază.
Fotografia unui cristal de siliciu cu două diode lângă cristale de zahăr.
Cum funcționează memoria pe inele magnetice.
Memoria pe inele magnetice a fost forma principală de stocare a datelor pe computere din anii 1950, până când, în anii 1970, a fost înlocuită de dispozitivele de memorie semiconductoare. Memoria era formată din inele minuscule de ferită, denumite nuclee. Inelurile de ferită erau aranjate într-o matrice dreptunghiulară, iar prin fiecare inel treceau de la două la patru fire pentru citirea și scrierea informațiilor. Inelurile permiteau stocarea unui singur bit de informație. Nucleul era magnetizat printr-un impuls de curent prin firele care treceau prin inelul de ferită. Direcția magnetizării unui nucleu putea fi schimbată prin trimiterea unui impuls în direcția opusă.
Pentru a citi valoarea miezului, impulsul de curent a fost întors la starea 0. Dacă miezul era anterior în starea 1, câmpul magnetic în schimbare crea o tensiune într-unul dintre firele care trec prin miezuri. Dar, dacă miezul era deja în starea 0, câmpul magnetic nu s-ar fi schimbat și tensiunea nu ar fi crescut în firul de citire. Astfel, valoarea bitului din miez era citită prin resetarea sa la zero și verificarea tensiunii din firul de citire. O caracteristică importantă a memoriei cu miezuri magnetice era că procesul de citire a distrus valoarea acestuia, așa că miezul trebuia să fie „rescris”.
Folosirea unui fir separat pentru a modifica magnetizarea fiecărui miez era incomodă, dar în anii 1950 s-a dezvoltat memoria ferită, care funcționa pe principiul potrivirii curentului. Schema cu patru fire — X, Y, citire, interzicere — a devenit standard. Tehnologia folosea o proprietate specială a miezurilor, numită histerezis: un curent mic nu influența memoria ferită, dar un curent peste un prag ar magnetiza miezul. Prin aplicarea unei alimentări cu jumătate din curentul necesar pe o linie X și o linie Y, doar miezul unde se intersectau cele două linii primea curent suficient pentru a fi re-magnetizat, în timp ce celelalte miezuri rămâneau neafectate.
Așa arăta memoria IBM 360 Model 50. LVDC și modelul 50 foloseau miezuri de același tip, cunoscute sub numele de 19-32, deoarece diametrul lor interior era de 19 mil (0.4826 mm), iar diametrul exterior de 32 mil (0,8 mm). În această fotografie se poate observa că prin fiecare miez treceau trei fire, dar LVDC utiliza patru fire.
În fotografia de mai jos este prezentată o matrice de memorie dreptunghiulară LVDC. Această matrice are 128 de fire X, dispuse vertical, și 64 de fire Y, dispuse orizontal, cu un miez la fiecare intersecție. Singurul fir de citire trece prin toate firele în paralel cu firele Y. Firul de scriere și firul de interzicere trec prin toate firele în paralel cu firele X. Firele se intersectează în mijlocul matricei; acest lucru reduce zgomotul indus, deoarece zgomotul dintr-o jumătate neutralizează zgomotul din cealaltă jumătate.
O matriță de memorie ferită LVDC, conținând 8192 de biți. Conexiunea cu alte matrice se face prin pini pe latura exterioară.
Matrița menționată mai sus a avut 8192 de elemente, fiecare dintre ele păstrând un bit. Pentru a salva o zonă de memorie, mai multe matrice de bază erau combinate, câte una pentru fiecare bit din zonă. Firele X și Y treceau în zig-zag prin toate matricele de bază. Fiecare matrice avea o linie separată pentru citire și o linie de interzicere pentru scriere. Memoria LVDC utiliza un stivă formată din 14 matrice de bază (mai jos), stocând un „silab” de 13 biți împreună cu un bit de paritate.
Stiva LVDC este formată din 14 matrice de bază.
Scrierea în memoria pe nucleele magnetice necesita fire suplimentare, numite linii de interzicere. Fiecare matrice avea o linie de interzicere care străbătea toate nucleele din interiorul ei. În timpul scrierii, curentul trecea prin linii X și Y, magnetizând inelele selectate (câte unul pe plan) în starea 1, păstrând toate 1 în cuvânt. Pentru a scrie 0 pe poziția unui bit, linia era alimentată cu curent redus, opus linii X. Ca rezultat, nucleele rămâneau în valoarea 0. Astfel, linia de interzicere împiedica nucleul să se schimbe în 1. Orice cuvânt dorit putea fi scris în memorie activând liniile de interzicere corespunzătoare.
Modulul de memorie LVDC.
Cum este construit fizic modulul de memorie LVDC? În centrul modulului de memorie se află o stivă formată din 14 matrice de memorie ferromagnetică, prezentate anterior. Este înconjurat de mai multe plăci cu scheme pentru controlul firelor X și Y și liniile de interzicere, liniile de citire a biților, detectarea erorilor și generarea semnalelor de ceas necesare.
În general, cea mai mare parte a circuitelor legate de memorie se află în logica computerului LVDC, nu în modulul de memorie în sine. În special, logica computerului conține registre pentru stocarea adreselor și a cuvintelor de date și pentru conversia între serial și paralel. De asemenea, conține un circuit de citire din liniile de citire a biților, verificarea erorilor și sincronizarea.
Modulul de memorie cu componentele cheie indicate. MIB (Multilayer Interconnection Board) este o placă de circuit imprimat cu 12 straturi.
Placa driverului de memorie Y.
Cuvântul din memorie pe miezuri magnetice este selectat prin trecerea liniilor corespunzătoare X și Y prin stiva principală de plăci. Să începem cu descrierea schemei driverului Y și modul în care acesta generează semnalul prin una dintre cele 64 de linii Y. În loc de 64 de circuite de drivere separate, modulul reduce numărul de scheme, datorită utilizării a 8 drivere "înalte" și 8 drivere "scăzute". Acestea sunt conectate într-o configurație „matricială”, astfel încât fiecare combinație de drivere înalte și scăzute selectează linii diferite. Astfel, cele 8 drivere "înalte" și 8 drivere "scăzute" aleg una dintre cele 64 (8 × 8) linii Y.
Placa driverului Y (fața frontală) controlează liniile de selecție Y din stiva de plăci.
În imaginea de mai jos, pot fi văzute unele dintre modulele ULD (albe) și perechile de tranzistori (aurii) care controlează liniile de selecție Y. Modulul „EI” este inima driverului: acesta oferă un impuls de tensiune constantă (E) sau trece un impuls de curent continuu (I) prin linia de selecție. Linia de selecție este gestionată prin activarea modulului EI în modul tensiune la un capăt al liniei și a modulului EI în modul curent la celălalt capăt. Rezultatul este un impuls cu tensiunea și curentul corecte, suficient pentru a remagnetiza miezul. Este necesar un impuls mare pentru a-l întoarce; impulsul de tensiune este fixat la 17 volți, iar curentul variază de la 180 mA la 260 mA în funcție de temperatură.
Macro fotografie a plăcii driverului Y, arătând șase module ULD și șase perechi de tranzistori. Fiecare modul ULD este marcat cu un număr de parte IBM, tipul modulului (de exemplu, „EI”) și un cod, a cărui valoare nu a fost clarificată.
Placa este de asemenea echipată cu module de urmărire a erorilor (ED) care detectează atunci când mai multe linii de selecție Y sunt activate simultan. Modulul ED folosește o soluție semi-analogică simplă: acesta sumează tensiunile de intrare, folosind o rețea de rezistori. Dacă tensiunea rezultată depășește pragul, cheia se activează.
Sub placa driverului se află o matrice de diode, care conține 256 de diode și 64 de rezistori. Această matrice convertește 8 perechi superioare și 8 perechi inferioare de semnale de la placa driverelor în conexiuni cu 64 de linii Y, care trec prin stiva principală de plăci. Cablurile flexibile de sus și de jos conectează placa cu matricea de diode. Două cabluri flexibile pe stânga (nevizibile în foto) și două bare pe dreapta (una fiind vizibilă) conectează matricea de diode cu ansamblul de nuclee. Cablul flexibil vizibil pe stânga conectează placa Y cu restul computerului prin intermediul plăcii de intrare-ieșire, iar un mic cablu flexibil din colțul din dreapta jos se conectează la placa generatorului de ceas.
Placa driverului de memorie X
Schema pentru gestionarea liniilor X este similară cu schema Y, cu excepția faptului că există 128 de linii X și 64 de linii Y. Deoarece există de două ori mai multe fire X, modulul are o a doua placă de drivere X, plasată dedesubt. Deși plăcile X și Y au componente identice, aranjarea este diferită.
Această placă și cea similară de dedesubt controlează liniile X selectate din stiva de plăci cu nuclee.
În fotografia de mai jos, se poate observa că unele componente de pe placă sunt avariate. Unul dintre tranzistori este deplasat, modulul ULD este rupt în două, iar altul este distrus. Aranjamentul este vizibil la modulul rupt, acolo se vede unul dintre micile cristale de siliciu (în dreapta). În această fotografie se pot observa de asemenea urmele circuitelor conductoare verticale și orizontale de pe placa de circuit imprimat cu 12 straturi.
Prim-planul unei zone avariate a plăcii
Sub plăcile driverelor X se află o matrice de diode X, care conține 288 de diode și 128 de rezistori. Matricea de diode X utilizează o topologie diferită față de placa de diode Y pentru a evita dublarea numărului de componente. Ca și placa de diode Y, această placă conține componente instalate vertical între două plăci de circuit imprimat. Această metodă este denumită „cordwood” și permite o amplasare compactă a componentelor.
Macro-fotografia matricei de diode X arată diodele instalate vertical conform metodei cordwood între 2 plăci de circuit imprimat. Două plăci de drivere X se află deasupra plăcii de diode, separate de ele prin spumă poliuretanică. Observați că plăcile de circuit imprimat sunt plasate foarte aproape unele de altele.
Amplificatoare de memorie
Imaginile de mai jos arată placa amplificatorului de citire. Are 7 canale pentru citirea a 7 biți din stiva de memorie; placa identică din partea de jos procesează încă 7 biți, totalizând 14 biți. Sarcina amplificatorului de citire este de a detecta un semnal slab (20 milivolți), generat de un nucleu magnetizabil, și de a-l transforma într-o ieșire de 1 bit. Fiecare canal este format dintr-un amplificator diferențial și un buffer, urmate de un transformator diferențial și un element de fixare a ieșirii. În stânga, un cablu flexibil cu 28 de fire se conectează la stiva de memorie, aducând cele două capete ale fiecărui fir de citire la circuitul amplificatorului, începând cu modulul MSA-1 (amplificatorul de citire a memoriei). Componentele individuale sunt rezistoare (cilindri maro), condensatoare (roșii), transformatoare (negre) și tranzistori (aurii). Biții de date ies din plăcile amplificatorului de citire prin cablul flexibil din dreapta.
Placa amplificatorului de citire în partea superioară a modulului de memorie. Această placă amplifică semnalele de la firele de sensor pentru a crea biți de ieșire.
Driverul liniei de interzicere a scrierii.
Driverele de interzicere sunt utilizate pentru a scrie în memorie și se află pe partea inferioară a modulului principal. Există 14 linii de interzicere, câte una pentru fiecare matrice din stivă. Pentru a scrie un bit 0, driverul corespunzător al interzicerii este activat, iar curentul prin linia de interzicere împiedică comutarea nucleului pe 1. Fiecare linie este acționată de modulele ID-1 și ID-2 (driverul liniei de interzicere a scrierii) și o pereche de tranzistori. Rezistoarele de înaltă precizie de 20,8 Ohmi din partea superioară și inferioară a plăcii reglează curentul de interzicere. Un cablu flexibil cu 14 fire din dreapta leagă driverele de cele 14 fire de interzicere din stiva de plăci cu nuclee.
Placa de interzicere din partea inferioară a modulului de memorie. Această placă generează 14 semnale de interzicere, utilizate în timpul scrierii.
Memoria driverului de ceas.
Driverul de ceas este un set de două plăci care generează semnale de sincronizare pentru modulul de memorie. Odată ce computerul inițiază o operație cu memoria, diferitele semnale de sincronizare utilizate de modulul de memorie sunt generate asincron de driverul de ceas al modulului. Plăcile driverului de ceas se află în partea inferioară a modulului, între stivă și placa de interzicere, de aceea plăcile sunt mai puțin vizibile.
Plăcile driverului de frecvență se află sub stiva principală de memorie, dar deasupra plăcii de blocare.
Componentele albastre ale plăcii din fotografia de sus sunt potentiometre cu mai multe rotații, probabil utilizate pentru reglarea timpului sau a tensiunii. Rezistoarele și condensatoarele sunt de asemenea vizibile pe plăci. Schema arată câteva module MCD (Memory Clock Driver), dar nu se observă module pe plăci. Este greu de spus dacă acest lucru se datorează unei vizibilități limitate, modificării schemei sau existenței unei alte plăci cu aceste module.
Panoul de intrare-ieșire al memoriei
Ultima placă a modulului de memorie este panoul de intrare-ieșire, care distribuie semnalele între plăcile modulului de memorie și restul computerului LVDC. Conectorul verde cu 98 de pini de jos se conectează la șasiul de memorie LVDC, furnizând semnale și alimentare de la computer. Marea parte a conectorilor din plastic este ruptă, astfel că contactele sunt vizibile. Placa de distribuție este conectată la acest conector prin două cabluri flexibile cu 49 de pini în partea de jos (numai cablul din față este vizibil). Alte cabluri flexibile distribuie semnalele către placa X-driver (stânga), placa Y-driver (dreapta), placa amplificatorului de citire (sus) și placa de interdicție (jos). 20 de condensatori de pe placă filtrează alimentarea furnizată modulului de memorie.
Placa de intrare-ieșire între modulul de memorie și restul computerului. Conectorul verde din jos se conectează la computer, iar aceste semnale sunt direcționate prin cabluri plate către alte părți ale modulului de memorie.
Ieșire
Modulul principal de memorie LVDC oferea stocare compactă și fiabilă. În jumătatea inferioară a computerului puteau fi amplasate până la 8 module de memorie. Acest lucru a permis computerului să stocheze 32 26 de cuvinte de 26 de biți sau 16 kiloword-uri în modul redundant de înaltă fiabilitate „duplex”.
O caracteristică interesantă a LVDC era că modulele de memorie puteau fi oglindite pentru fiabilitate. În modul „duplex”, fiecare cuvânt era păstrat în două module de memorie. Dacă apărea o eroare într-un modul, cuvântul corect putea fi obținut din celălalt modul. Deși acest lucru asigura fiabilitate, reducea volumul de memorie la jumătate. Ca alternativă, modulele de memorie puteau fi utilizate în modul „simplex”, în care fiecare cuvânt era păstrat o singură dată.
LVDC putea să găzduiască până la opt module de memorie a procesorului
Un modul de memorie cu miezuri magnetice oferă o reprezentare vizuală a momentului în care păstrarea a 8 KB necesita un modul de 5 livre (2,3 kg). Totuși, aceasta era o memorie destul de avansată pentru vremea ei. Astfel de dispozitive au încetat să fie folosite în anii 1970, odată cu apariția DRAM-ului pe bază de semiconductoare.
Conținutul memoriei volatile se păstrează atunci când alimentarea este oprită, așa că este posibil ca modulul să stocheze încă software din momentul ultimei utilizări a computerului. Da, acolo s-ar putea găsi ceva interesant, chiar și după zeci de ani. Ar fi curios să încercăm să recuperăm aceste date, dar circuitul deteriorat creează o problemă, așa că este puțin probabil ca conținutul să poată fi extras din modulul de memorie în următoarele decenii.
Ce altceva util se poate citi în blog
→
→
→
→
→
Abonați-vă la canalul nostru -canal pentru a nu rata următorul articol! Scriem nu mai des de două ori pe săptămână și doar despre lucruri utile. De asemenea, vă reamintim că Cloud4Y poate oferi acces la distanță sigur și fiabil la aplicațiile și informațiile de afaceri necesare pentru a asigura continuitatea afacerii. Munca la distanță reprezintă o barieră suplimentară în calea răspândirii coronavirusului. Detalii - la managerii noștri.
Sursa: habr.com
