Launch Vehicle Digital Computer (LVDC) a jucat un rol cheie în programul lunar Apollo, conducând racheta Saturn 5. La fel ca majoritatea computerelor din acea vreme, a stocat date în nuclee magnetice minuscule. În acest articol, Cloud4Y vorbește despre modulul de memorie LVDC de la deluxe Steve Jurvetson.
Acest modul de memorie a fost îmbunătățit la mijlocul anilor 1960. A fost construit folosind componente montate pe suprafață, module hibride și conexiuni flexibile, făcându-l cu un ordin de mărime mai mic și mai ușor decât memoria convențională a computerului din acea vreme. Cu toate acestea, modulul de memorie a permis să stocheze doar 4096 de cuvinte de 26 de biți.
Modul de memorie cu miez magnetic. Acest modul stochează 4K cuvinte de 26 de biți de date și 2 biți de paritate. Cu patru module de memorie care oferă o capacitate totală de 16 de cuvinte, cântărește 384 kg și măsoară 2,3 cm × 14 cm × 14 cm.
Aterizarea pe Lună a început pe 25 mai 1961, când președintele Kennedy a anunțat că America va pune un om pe Lună înainte de sfârșitul deceniului. Pentru aceasta, a fost folosită o rachetă Saturn 5 în trei trepte, cea mai puternică rachetă creată vreodată. Saturn 5 a fost controlat și controlat de un computer (aici despre el) a treia etapă a unui vehicul de lansare, pornind de la decolare pe orbita Pământului și apoi în drum spre Lună. (Nava spațială Apollo se despărțea de racheta Saturn V în acest moment și misiunea LVDC a fost finalizată.)
LVDC este instalat în cadrul de bază. Conectorii circulari sunt vizibili pe partea din față a computerului. S-au folosit 8 conectori electrici si doi conectori pentru racire cu lichid
LVDC a fost doar unul dintre mai multe computere de la bordul Apollo. LVDC a fost conectat la sistemul de control al zborului, un computer analog de 45 kg. Computerul de ghidare Apollo (AGC) de la bord a ghidat nava spațială către suprafața lunară. Modulul de comandă conținea un AGC, în timp ce modulul lunar conținea un al doilea AGC împreună cu sistemul de navigație Abort, un computer de rezervă de urgență.
La bordul Apollo se aflau mai multe calculatoare.
Dispozitive logice de unitate (ULD)
LVDC a fost creat folosind o tehnologie hibridă interesantă numită ULD, dispozitiv de încărcare unitară. Deși păreau circuite integrate, modulele ULD conțineau mai multe componente. Au folosit cipuri simple de siliciu, fiecare cu un singur tranzistor sau două diode. Aceste matrice, împreună cu rezistențele imprimate cu peliculă groasă imprimate, au fost montate pe o placă ceramică pentru a implementa circuite precum o poartă logică. Aceste module erau o variantă a modulelor SLT () conceput pentru popularele computere din seria IBM S/360. IBM a început să dezvolte module SLT în 1961, înainte ca circuitele integrate să fie viabile comercial, iar 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, făcându-le mai potrivite pentru un computer spațial compact.Modulele ULD foloseau plăcuțe ceramice în loc de știfturile metalice din SLT și aveau contacte metalice în partea de sus. suprafață în loc de știfturi. Clemele de pe placă țin modulul ULD la loc și conectate la acești pini.
De ce a folosit IBM module SLT în loc de circuite integrate? Motivul principal a fost că circuitele integrate erau încă la început, fiind inventate în 1959. În 1963, modulele SLT aveau avantaje de cost și performanță față de circuitele integrate. Cu toate acestea, modulele SLT au fost adesea privite ca fiind inferioare circuitelor integrate. Unul dintre avantajele modulelor SLT față de circuitele integrate a fost că rezistențele din SLT erau mult mai precise decât cele din circuitele integrate. În timpul fabricării, rezistențele cu peliculă groasă din modulele SLT au fost sablate cu grijă pentru a îndepărta filmul rezistiv până când au obținut rezistența dorită. Modulele SLT erau, de asemenea, mai ieftine decât circuitele integrate comparabile în anii 1960.
LVDC și echipamentele aferente au folosit 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 prezintă componentele interne ale modulului ULD. Pe partea stângă a plăcii ceramice sunt conductori conectați la patru cristale pătrate mici de siliciu. Arată ca o placă de circuit, dar rețineți că este mult mai mică decât o unghie. Dreptunghiurile negre din dreapta sunt rezistențe cu peliculă groasă imprimate pe partea inferioară a plăcii.
ULD, vedere de sus și de jos. Cristalele și rezistențele de siliciu sunt vizibile. În timp ce modulele SLT aveau rezistențe pe suprafața superioară, modulele ULD aveau rezistențe în partea inferioară, ceea ce a crescut densitatea, precum și costul.
Fotografia de mai jos prezintă o matriță de siliciu din modulul ULD, care a implementat două diode. Dimensiunile sunt neobișnuit de mici, pentru comparație, există cristale de zahăr în apropiere. Cristalul avea trei conexiuni externe prin bile de cupru lipite la trei cercuri. Cele două cercuri de jos (anozii celor două diode) au fost dopate (zone mai întunecate), în timp ce cercul din dreapta sus era catodul conectat la bază.
Fotografie a unui cristal de siliciu cu două diode lângă cristale de zahăr
Cum funcționează memoria cu miez magnetic
Memoria nucleului magnetic a fost principala formă de stocare a datelor în computere din anii 1950 până când a fost înlocuită cu dispozitive de stocare în stare solidă în anii 1970. Memoria a fost creată din inele minuscule de ferită numite miezuri. Inelele de ferită au fost plasate într-o matrice dreptunghiulară și două până la patru fire au trecut prin fiecare inel pentru a citi și scrie informații. Inelele au permis stocarea unui bit de informații. Miezul a fost magnetizat folosind un impuls de curent prin firele care trec prin inelul de ferită. Direcția de magnetizare a unui miez ar putea fi schimbată prin trimiterea unui impuls în direcția opusă.
Pentru a citi valoarea miezului, un impuls de curent a pus inelul în starea 0. Dacă miezul a fost anterior în starea 1, câmpul magnetic în schimbare a creat o tensiune într-unul dintre firele care treceau prin miezuri. Dar dacă miezul ar fi deja în starea 0, câmpul magnetic nu s-ar modifica și firul de sens nu ar crește în tensiune. Deci valoarea bitului din miez a fost citită prin resetarea lui la zero și verificarea tensiunii de pe firul de citire. O caracteristică importantă a memoriei pe nucleele magnetice a fost că procesul de citire a unui inel de ferită i-a distrus valoarea, așa că miezul a trebuit să fie „rescris”.
A fost incomod să folosești un fir separat pentru a schimba magnetizarea fiecărui miez, dar în anii 1950 a fost dezvoltată o memorie de ferită care a funcționat pe principiul coincidenței curenților. Circuitul cu patru fire – X, Y, Sense, Inhibit – a devenit obișnuit. Tehnologia a exploatat o proprietate specială a nucleelor numită histerezis: un curent mic nu afectează memoria de ferită, dar un curent peste un prag ar magnetiza miezul. Când a fost alimentat cu jumătate din curentul necesar pe o linie X și pe o linie Y, doar miezul în care ambele linii s-au încrucișat a primit suficient curent pentru a se remagnetiza, în timp ce celelalte nuclee au rămas intacte.
Așa arăta memoria IBM 360 Model 50. LVDC și Model 50 au folosit același tip de miez, cunoscut sub numele de 19-32, deoarece diametrul lor interior era de 19 mils (0.4826 mm) și diametrul exterior de 32 mils. (0,8 mm). Puteți vedea în această fotografie că există trei fire care trec prin fiecare miez, dar LVDC a folosit patru fire.
Fotografia de mai jos arată o matrice de memorie LVDC dreptunghiulară. 8 Această matrice are 128 de fire X care rulează vertical și 64 de fire Y care rulează orizontal, cu un miez la fiecare intersecție. Un singur fir de citire trece prin toate miezurile paralel cu firele Y. Firul de scriere și firul de blocare trec prin toate miezurile paralele cu firele X. Firele se încrucișează în mijlocul matricei; aceasta reduce zgomotul indus deoarece zgomotul dintr-o jumătate anulează zgomotul din cealaltă jumătate.
O matrice de memorie de ferită LVDC care conține 8192 de biți. Conexiunea cu alte matrice se realizează prin pini din exterior
Matricea de mai sus a avut 8192 de elemente, fiecare stocând câte un bit. Pentru a salva un cuvânt de memorie, au fost adăugate mai multe matrice de bază, câte una pentru fiecare bit din cuvânt. Firele X și Y șerpuiau prin toate matricele principale. Fiecare matrice avea o linie de citire separată și o linie separată de inhibare a scrierii. Memoria LVDC a folosit un teanc de 14 matrici de bază (mai jos) care stochează o „silabă” de 13 biți împreună cu un bit de paritate.
Stiva LVDC constă din 14 matrici principale
Scrierea în memoria miezului magnetic a necesitat fire suplimentare, așa-numitele linii de inhibiție. Fiecare matrice avea o linie de inhibiție care trecea prin toate nucleele din ea. În timpul procesului de scriere, curentul trece prin liniile X și Y, remagnetizând inelele selectate (unul pe plan) la starea 1, păstrând toate cele 1 din cuvânt. Pentru a scrie un 0 la poziția de biți, linia a fost alimentată cu jumătate din curent opus liniei X. Drept urmare, nucleele au rămas la valoarea 0. Astfel, linia de inhibare nu a permis miezului să se răstoarne la 1. Orice cuvânt dorit poate fi scris în memorie prin activarea liniilor de blocare corespunzătoare.
Modul de memorie LVDC
Cum este construit fizic un modul de memorie LVDC? În centrul modulului de memorie se află un teanc de 14 rețele de memorie feromagnetice prezentate mai devreme. Este înconjurat de mai multe plăci cu circuite pentru a conduce firele X și Y și liniile de blocare, liniile de citire a biților, detectarea erorilor și generarea semnalelor de ceas necesare.
În general, majoritatea 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 circuite pentru citirea din liniile de biți citite, verificarea erorilor și sincronizare.
Modul de memorie care arată componentele cheie. MIB (Multilayer Interconnection Board) este o placă de circuit imprimat cu 12 straturi
Placă de driver de memorie Y
Un cuvânt din memoria de bază este selectat prin trecerea liniilor X și Y respective prin stiva plăcii principale. Să începem prin a descrie circuitul Y-driver și modul în care acesta generează un semnal printr-una dintre cele 64 de linii Y. În loc de 64 de circuite de driver separate, modulul reduce numărul de circuite folosind 8 drivere „înalte” și 8 drivere „scăzute”. Acestea sunt conectate într-o configurație „matrice”, astfel încât fiecare combinație de drivere înalte și scăzute selectează rânduri diferite. Astfel, 8 drivere „high” și 8 „low” selectează una dintre cele 64 (8 × 8) Y-lines.
Placa de driver Y (față) conduce liniile de selectare Y din teancul de plăci
În fotografia de mai jos puteți vedea câteva dintre modulele ULD (albe) și perechea de tranzistori (aurii) care antrenează liniile de selectare Y. Modulul „EI” este inima driverului: furnizează un impuls de tensiune constantă (E ) sau trece un impuls de curent constant (I) prin linia de selecție. Linia de selectare este controlată prin activarea modulului EI în modul de 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, suficiente pentru a remagnetiza miezul. Este nevoie de mult elan 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.
Fotografie macro a plăcii de driver Y care arată șase module ULD și șase perechi de tranzistori. Fiecare modul ULD este etichetat cu un număr de piesă IBM, un tip de modul (de exemplu, „EI”) și un cod al cărui semnificație este necunoscută
Placa este, de asemenea, echipată cu module de monitorizare a erorilor (ED) care detectează când sunt activate în același timp mai multe linii de selectare Y. Modulul ED folosește o soluție simplă semi-analogică: însumează tensiunile de intrare folosind o rețea de rezistențe. Dacă tensiunea rezultată este peste prag, cheia este declanșată.
Sub placa de driver se află o matrice de diode care conține 256 de diode și 64 de rezistențe. Această matrice transformă cele 8 perechi de semnale de sus și 8 de jos de la placa driver în 64 de conexiuni Y-line care trec prin stiva principală de plăci. Cablurile flexibile din partea de sus și de jos a plăcii conectează placa la matricea de diode. Două cabluri flexibile din stânga (nu sunt vizibile în fotografie) și două bare colectoare din dreapta (una vizibilă) conectează matricea de diode la șirul de nuclee. Cablul flexibil vizibil în stânga conectează placa Y la restul computerului prin intermediul plăcii I/O, în timp ce cablul flexibil mic din dreapta jos se conectează la placa generatorului de ceas.
Placă driver de memorie X
Dispunerea pentru conducerea liniilor X este similară cu cea pentru 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 driver X sub el. Deși plăcile X și Y au aceleași componente, cablarea este diferită.
Această placă și cea de sub ea controlează X rânduri selectate dintr-un teanc de plăci de bază
Fotografia de mai jos arată că unele componente au fost deteriorate pe placă. Unul dintre tranzistori este deplasat, modulul ULD este rupt în jumătate, iar celălalt este rupt. Cablajul este vizibil pe modulul rupt, împreună cu unul dintre cristalele minuscule de siliciu (dreapta). În această fotografie, puteți vedea și urmele pistelor conductoare verticale și orizontale pe o placă de circuit imprimat cu 12 straturi.
Prim-plan al secțiunii deteriorate a plăcii
Sub plăcile de driver X este o matrice de diode X care conține 288 de diode și 128 de rezistențe. Matricea de diode X folosește o topologie diferită de placa de diode Y pentru a evita dublarea numărului de componente. La fel ca și placa cu diode Y, această placă conține componente montate vertical între două plăci de circuite imprimate. Această metodă se numește „cordwood” și permite împachetarea strânsă a componentelor.
O fotografie macro a unei rețele de diode X care arată diode din lemn de cordon montate vertical între două plăci de circuite imprimate. Cele două plăci de driver X stau deasupra plăcii cu diode, separate de ele prin spumă poliuretanică. Vă rugăm să rețineți că plăcile de circuite imprimate sunt foarte aproape una de alta.
Amplificatoare de memorie
Fotografia de mai jos arată placa amplificatorului de citire. Are 7 canale pentru citirea a 7 biți din stiva de memorie; placa identică de mai jos gestionează încă 7 biți pentru un total de 14 biți. Scopul amplificatorului de sens este de a detecta semnalul mic (20 milivolți) generat de miezul remagnetizabil și de a-l transforma într-o ieșire de 1 bit. Fiecare canal constă dintr-un amplificator diferenţial şi un tampon, urmat de un transformator diferenţial şi o clemă de ieşire. În stânga, un cablu flexibil cu 28 de fire se conectează la stiva de memorie, conducând cele două capete ale fiecărui fir de detectare către un circuit amplificator, începând cu modulul MSA-1 (Memory Sense Amplifier). Componentele individuale sunt rezistențe (cilindri maro), condensatoare (roșu), transformatoare (negru) și tranzistoare (aurie). Biții de date ies din plăcile amplificatoarelor de sens prin cablul flexibil din dreapta.
Placă de amplificare de citire în partea de sus a modulului de memorie. Această placă amplifică semnalele de la firele de detectare pentru a crea biți de ieșire
Driver de linie de inhibare de scriere
Driverele de blocare sunt folosite pentru a scrie în memorie și sunt situate pe partea inferioară a modulului principal. Există 14 linii de inhibare, câte una pentru fiecare matrice de pe stivă. Pentru a scrie un bit 0, driverul de blocare corespunzător este activat, iar curentul prin linia de blocare împiedică miezul să treacă la 1. Fiecare linie este condusă de un modul ID-1 și ID-2 (driver de linie de blocare a scrierii) și o pereche. de tranzistori. Rezistoarele de precizie de 20,8 ohmi din partea de sus și de jos a plăcii reglează curentul de blocare. Cablul flexibil cu 14 fire din dreapta conectează driverele la cele 14 fire de blocare din stiva de plăci de bază.
Placă de inhibiție în partea de jos a modulului de memorie. Această placă generează 14 semnale de blocare utilizate în timpul înregistrării
Memoria driverului ceasului
Driverul de ceas este o pereche de plăci care generează semnale de ceas pentru modulul de memorie. Odată ce computerul începe o operație de memorie, diferitele semnale de ceas utilizate de modulul de memorie sunt generate asincron de driverul de ceas al modulului. Plăcile de acționare a ceasului sunt situate în partea de jos a modulului, între stivă și placa de blocare, astfel încât plăcile sunt greu de văzut.
Plăcile de driver de ceas sunt sub stiva de memorie principală, dar deasupra plăcii de blocare
Componentele plăcii albastre din fotografia de mai sus sunt potențiometre cu mai multe ture, probabil pentru reglarea temporizării sau a tensiunii. Rezistoarele și condensatorii sunt, de asemenea, vizibile pe plăci. Diagrama prezintă mai multe module MCD (Memory Clock Driver), dar nu sunt vizibile module pe plăci. Este greu de spus dacă acest lucru se datorează vizibilității limitate, unei schimbări de circuit sau prezenței unei alte plăci cu aceste module.
Panoul I/O memorie
Ultima placă pentru modulul de memorie este placa I/O, care distribuie semnalele între plăcile modulului de memorie și restul computerului LVDC. Conectorul verde cu 98 de pini din partea de jos se conectează la șasiul de memorie LVDC, furnizând semnale și alimentare de la computer. Majoritatea conectorilor din plastic sunt rupti, motiv pentru care contactele sunt vizibile. Placa de distribuție este conectată la acest conector prin două cabluri flexibile cu 49 de pini în partea de jos (se vede doar cablul frontal). Alte cabluri flexibile distribuie semnalele la placa de driver X (stânga), placa de driver Y (dreapta), placa de amplificare Sense (sus) și placa de blocare (jos). 20 de condensatoare de pe placă filtrează puterea furnizată la modulul de memorie.
Placa I/O dintre modulul de memorie și restul computerului. Conectorul verde din partea de jos se conectează la computer și aceste semnale sunt direcționate prin cabluri plate către alte părți ale modulului de memorie
Producție
Modulul principal de memorie LVDC a oferit stocare compactă și fiabilă. În jumătatea inferioară a computerului pot fi plasate până la 8 module de memorie. Acest lucru a permis computerului să stocheze 32 Cuvinte de 26 de biți sau 16 kilocuvinte în mod redundant „duplex” extrem de fiabil.
O caracteristică interesantă a LVDC a fost că modulele de memorie puteau fi oglindite pentru fiabilitate. În modul „duplex”, fiecare cuvânt a fost stocat în două module de memorie. Dacă a apărut o eroare într-un modul, cuvântul corect ar putea fi obținut de la alt modul. În timp ce acest lucru a oferit fiabilitate, a redus amprenta memoriei la jumătate. Alternativ, modulele de memorie pot fi utilizate în modul „simplex”, fiecare cuvânt stocat o dată.
LVDC a găzduit până la opt module de memorie CPU
Modulul de memorie cu miez magnetic oferă o reprezentare vizuală a timpului în care stocarea de 8 KB a necesitat un modul de 5 lire (2,3 kg). Cu toate acestea, această amintire a fost foarte perfectă pentru timpul său. Astfel de dispozitive au căzut în nefolosire în anii 1970 odată cu apariția DRAM-urilor semiconductoare.
Conținutul RAM este păstrat atunci când alimentarea este oprită, așa că este probabil ca modulul să stocheze în continuare software de la ultima utilizare a computerului. Da, da, acolo poți găsi ceva interesant chiar și decenii mai târziu. Ar fi interesant să încercăm să recuperați aceste date, dar circuitele deteriorate creează o problemă, astfel încât conținutul probabil nu va putea fi preluat din modulul de memorie pentru încă un deceniu.
Ce mai poți citi pe blog?
→
→
→
→
→
Abonați-vă la -canal, ca să nu ratezi următorul articol! Scriem nu mai mult de două ori pe săptămână și numai pentru afaceri. De asemenea, vă reamintim că Cloud4Y poate oferi acces de la distanță sigur și fiabil la aplicațiile de afaceri și informațiile necesare pentru continuitatea afacerii. Munca de la distanță este o barieră suplimentară în calea răspândirii coronavirusului. Detaliile sunt de la managerii noștri.
Sursa: www.habr.com