Digitálny počítač štartovacieho vozidla (LVDC) zohral kľúčovú úlohu v lunárnom programe Apollo, ktorý poháňal raketu Saturn 5. Ako väčšina počítačov tej doby ukladal dáta do maličkých magnetických jadier. V tomto článku Cloud4Y hovorí o pamäťovom module LVDC z deluxe Steve Jurvetson.
Tento pamäťový modul bol vylepšený v polovici 1960. rokov 4096. storočia. Bola postavená pomocou komponentov na povrchovú montáž, hybridných modulov a flexibilných pripojení, vďaka čomu bola rádovo menšia a ľahšia ako bežná počítačová pamäť tej doby. Pamäťový modul však umožňoval uložiť len 26 slov s XNUMX bitmi.
Pamäťový modul s magnetickým jadrom. Tento modul ukladá 4K slov s 26 dátovými bitmi a 2 paritnými bitmi. So štyrmi pamäťovými modulmi s celkovou kapacitou 16 384 slov váži 2,3 kg a meria 14 cm × 14 cm × 16 cm.
Pristátie na Mesiaci sa začalo 25. mája 1961, keď prezident Kennedy oznámil, že Amerika umiestni človeka na Mesiac do konca desaťročia. Na to bola použitá trojstupňová raketa Saturn 5, najvýkonnejšia raketa, aká bola kedy vytvorená. Saturn 5 bol riadený a riadený počítačom (tu o ňom) tretí stupeň nosnej rakety, ktorý sa začína vzlietnutím na obežnú dráhu Zeme a potom na ceste k Mesiacu. (Kozmická loď Apollo sa v tomto bode oddeľovala od rakety Saturn V a misia LVDC bola dokončená.)
LVDC je inštalovaný v základnom ráme. Na prednej strane počítača sú viditeľné kruhové konektory. Použité 8 elektrických konektorov a dva konektory pre kvapalinové chladenie
LVDC bol len jedným z niekoľkých počítačov na palube Apolla. LVDC bol pripojený k systému riadenia letu, 45 kg analógovému počítaču. Palubný počítač Apollo Guidance Computer (AGC) naviedol kozmickú loď na mesačný povrch. Veliteľský modul obsahoval jedno AGC, zatiaľ čo lunárny modul obsahoval druhé AGC spolu s navigačným systémom Abort, náhradným núdzovým počítačom.
Na palube Apolla bolo niekoľko počítačov.
Jednotkové logické zariadenia (ULD)
LVDC bol vytvorený pomocou zaujímavej hybridnej technológie s názvom ULD, unit load device. Hoci vyzerali ako integrované obvody, moduly ULD obsahovali niekoľko komponentov. Používali jednoduché kremíkové čipy, z ktorých každý mal len jeden tranzistor alebo dve diódy. Tieto polia spolu s tlačenými rezistormi s hrubým filmom boli namontované na keramickom plátku na implementáciu obvodov, ako je logické hradlo. Tieto moduly boli variantom modulov SLT () určený pre obľúbené počítače IBM série S/360. IBM začala s vývojom modulov SLT v roku 1961, ešte predtým, ako boli integrované obvody komerčne životaschopné, a do roku 1966 IBM vyrábalo viac ako 100 miliónov modulov SLT ročne.
Moduly ULD boli podstatne menšie ako moduly SLT, ako je vidieť na fotografii nižšie, vďaka čomu sú vhodnejšie pre kompaktný vesmírny počítač. Moduly ULD používali namiesto kovových kolíkov v SLT keramické podložky a na vrchu mali kovové kontakty povrch namiesto špendlíkov. Klipy na doske držia modul ULD na mieste a sú pripojené k týmto kolíkom.
Prečo IBM použilo SLT moduly namiesto integrovaných obvodov? Hlavným dôvodom bolo, že integrované obvody boli stále v plienkach, pretože boli vynájdené v roku 1959. V roku 1963 mali moduly SLT oproti integrovaným obvodom výhody z hľadiska nákladov a výkonu. Moduly SLT sa však často považovali za menejcenné ako integrované obvody. Jednou z výhod modulov SLT oproti integrovaným obvodom bolo, že odpory v SLT boli oveľa presnejšie ako odpory v integrovaných obvodoch. Počas výroby boli hrubovrstvové rezistory v moduloch SLT starostlivo opieskované, aby sa odstránil odporový film, kým nedosiahli požadovaný odpor. SLT moduly boli tiež lacnejšie ako porovnateľné integrované obvody v 1960. rokoch.
LVDC a súvisiace zariadenia používali viac ako 50 rôznych typov ULD.
Moduly SLT (vľavo) sú podstatne väčšie ako moduly ULD (vpravo). Veľkosť ULD je 7,6 mm × 8 mm
Nižšie uvedená fotografia zobrazuje vnútorné komponenty modulu ULD. Na ľavej strane keramickej dosky sú vodiče spojené so štyrmi malými štvorcovými kryštálmi kremíka. Vyzerá to ako doska s plošnými spojmi, ale majte na pamäti, že je oveľa menšia ako necht. Čierne obdĺžniky vpravo sú rezistory s hrubým filmom vytlačené na spodnej strane dosky.
ULD, pohľad zhora a zdola. Sú viditeľné kremíkové kryštály a rezistory. Zatiaľ čo moduly SLT mali odpory na hornom povrchu, moduly ULD mali odpory na spodnej strane, čo zvýšilo hustotu, ako aj náklady.
Nižšie uvedená fotografia zobrazuje kremíkovú matricu z modulu ULD, ktorý implementoval dve diódy. Veľkosti sú nezvyčajne malé, pre porovnanie, v blízkosti sú kryštály cukru. Kryštál mal tri vonkajšie spojenia cez medené guľôčky priletované do troch kruhov. Spodné dva kruhy (anódy dvoch diód) boli dotované (tmavšie oblasti), zatiaľ čo pravý horný kruh bola katóda pripojená k základni.
Fotografia dvojdiódového kryštálu kremíka vedľa kryštálov cukru
Ako funguje magnetická jadrová pamäť
Pamäť s magnetickým jadrom bola hlavnou formou ukladania údajov v počítačoch od 1950. rokov 1970. storočia, kým ju v XNUMX. rokoch nenahradili polovodičové pamäťové zariadenia. Pamäť bola vytvorená z malých feritových prstencov nazývaných jadrá. Feritové krúžky boli usporiadané v obdĺžnikovej matrici a cez každý krúžok prechádzali dva až štyri drôty na čítanie a zapisovanie informácií. Krúžky umožňovali uloženie jedného bitu informácie. Jadro bolo zmagnetizované pomocou prúdového impulzu cez drôty prechádzajúce cez feritový prstenec. Smer magnetizácie jedného jadra bolo možné zmeniť vyslaním impulzu v opačnom smere.
Na odčítanie hodnoty jadra prúdový impulz uvedie krúžok do stavu 0. Ak bolo jadro predtým v stave 1, meniace sa magnetické pole vytvorilo napätie v jednom z drôtov prechádzajúcich jadrami. Ak by však jadro už bolo v stave 0, magnetické pole by sa nezmenilo a napätie na snímacom drôte by nestúplo. Takže hodnota bitu v jadre bola odčítaná vynulovaním a kontrolou napätia na čítacom vodiči. Dôležitou črtou pamäte na magnetických jadrách bolo, že proces čítania feritového prstenca zničil jeho hodnotu, takže jadro muselo byť „prepísané“.
Bolo nepohodlné použiť samostatný drôt na zmenu magnetizácie každého jadra, ale v 1950. rokoch minulého storočia bola vyvinutá feritová pamäť, ktorá fungovala na princípe koincidencie prúdov. Štvorvodičový obvod – X, Y, Sense, Inhibit – sa stal samozrejmosťou. Technológia využívala špeciálnu vlastnosť jadier nazývanú hysterézia: malý prúd neovplyvňuje feritovú pamäť, ale prúd nad prahom by jadro magnetizoval. Pri napájaní polovičným požadovaným prúdom na jednom vedení X a jednom vedení Y, iba jadro, v ktorom sa obe vedenia skrížili, dostalo dostatok prúdu na remagnetizáciu, zatiaľ čo ostatné jadrá zostali nedotknuté.
Takto vyzerala pamäť IBM 360 Model 50. LVDC a Model 50 používali rovnaký typ jadra, známy ako 19-32, pretože ich vnútorný priemer bol 19 mil (0.4826 mm) a ich vonkajší priemer bol 32 mil. (0,8 mm). Na tejto fotografii môžete vidieť, že cez každé jadro prechádzajú tri vodiče, ale LVDC použil štyri vodiče.
Nižšie uvedená fotografia zobrazuje jedno obdĺžnikové pamäťové pole LVDC. 8 Táto matica má 128 X-drôtov prebiehajúcich vertikálne a 64 Y-drôtov prebiehajúcich horizontálne, s jadrom na každom priesečníku. Jediný čítací vodič prechádza cez všetky jadrá paralelne k Y-drôtom. Zapisovací vodič a blokovací vodič vedú cez všetky jadrá paralelne s X vodičmi. Drôty sa krížia v strede matrice; to znižuje indukovaný hluk, pretože hluk z jednej polovice ruší hluk z druhej polovice.
Jedna LVDC feritová pamäťová matica obsahujúca 8192 bitov. Spojenie s inými matricami sa vykonáva cez kolíky na vonkajšej strane
Vyššie uvedená matica mala 8192 prvkov, z ktorých každý ukladal jeden bit. Na uloženie pamäťového slova sa pridalo niekoľko základných matíc, jedna pre každý bit v slove. Drôty X a Y prešli všetkými hlavnými maticami. Každá matrica mala samostatný riadok čítania a samostatný riadok blokovania zápisu. Pamäť LVDC používala zásobník 14 základných matíc (nižšie), v ktorých bola uložená 13-bitová „slabika“ spolu s paritným bitom.
Zásobník LVDC pozostáva zo 14 hlavných matíc
Zápis do pamäte magnetického jadra vyžadoval ďalšie vodiče, takzvané inhibičné linky. Každá matrica mala jednu inhibičnú čiaru prebiehajúcu cez všetky jadrá v nej. Počas procesu zápisu prúd prechádza cez čiary X a Y a remagnetizuje vybrané krúžky (jeden na rovinu) do stavu 1, pričom v slove zostávajú všetky 1. Aby sa zapísala 0 na bitovej pozícii, linka bola napájaná polovičným prúdom oproti linke X. Výsledkom bolo, že jadrá zostali na 0. Inhibičná linka teda nedovolila jadru preklopiť sa na 1. Akékoľvek želanie slovo môže byť zapísané do pamäte aktiváciou zodpovedajúcich blokovacích riadkov.
LVDC pamäťový modul
Ako je pamäťový modul LVDC fyzicky skonštruovaný? V strede pamäťového modulu je zásobník 14 feromagnetických pamäťových polí znázornených vyššie. Je obklopený niekoľkými doskami s obvodmi na riadenie vodičov X a Y a blokovacích liniek, linky na čítanie bitov, detekciu chýb a generovanie potrebných hodinových signálov.
Vo všeobecnosti je väčšina obvodov súvisiacich s pamäťou v logike počítača LVDC, nie v samotnom pamäťovom module. Počítačová logika obsahuje najmä registre na ukladanie adries a dátových slov a konverziu medzi sériovým a paralelným. Obsahuje tiež obvody na čítanie z načítaných bitových riadkov, kontrolu chýb a taktovanie.
Pamäťový modul zobrazujúci kľúčové komponenty. MIB (Multilayer Interconnection Board) je 12-vrstvová doska s plošnými spojmi
doska ovládača pamäte Y
Slovo v základnej pamäti sa vyberie prechodom príslušných riadkov X a Y cez zásobník hlavnej dosky. Začnime popisom obvodu Y-drive a toho, ako generuje signál cez jednu zo 64 Y-liniek. Namiesto 64 samostatných budičov modul znižuje počet obvodov použitím 8 "vysokých" budičov a 8 "nízkých" budičov. Sú zapojené v „maticovej“ konfigurácii, takže každá kombinácia vysokých a nízkych meničov vyberá rôzne rady. 8 „vysokých“ a 8 „nízkych“ vodičov si teda vyberá jednu zo 64 (8 × 8) Y-línií.
Doska ovládača Y (vpredu) poháňa Y select linky v stohu dosiek
Na fotografii nižšie môžete vidieť niektoré z modulov ULD (biele) a dvojicu tranzistorov (zlaté), ktoré poháňajú linky výberu Y. Modul „EI“ je srdcom budiča: dodáva impulz konštantného napätia (E ) alebo prechádza cez výberovú čiaru impulz konštantného prúdu (I). Výber vedenia sa ovláda aktiváciou EI modulu v napäťovom režime na jednom konci vedenia a EI modulu v prúdovom režime na druhom konci. Výsledkom je impulz so správnym napätím a prúdom, dostatočným na remagnetizáciu jadra. Na jeho prevrátenie je potrebná veľká dynamika; napäťový impulz je pevne stanovený na 17 voltov a prúd sa pohybuje od 180 mA do 260 mA v závislosti od teploty.
Makro fotografia dosky ovládača Y zobrazujúca šesť modulov ULD a šesť párov tranzistorov. Každý modul ULD je označený číslom dielu IBM, typom modulu (napríklad "EI") a kódom, ktorého význam je neznámy
Doska je vybavená aj modulmi monitorovania chýb (ED), ktoré detegujú, keď je súčasne aktivovaných viac ako jedna voliaca linka Y. Modul ED využíva jednoduché semianalógové riešenie: sčítava vstupné napätia pomocou siete odporov. Ak je výsledné napätie nad prahovou hodnotou, kľúč sa spustí.
Pod doskou ovládača je diódové pole obsahujúce 256 diód a 64 rezistorov. Táto matica konvertuje 8 horných a 8 spodných párov signálov z dosky ovládača na 64 spojení Y-line, ktoré prechádzajú cez hlavný zväzok dosiek. Flexibilné káble v hornej a spodnej časti dosky spájajú dosku s diódovým poľom. Dva flexibilné káble vľavo (na fotografii nie sú viditeľné) a dve prípojnice vpravo (jedna viditeľná) spájajú diódovú maticu s radom jadier. Flex kábel viditeľný vľavo spája Y-dosku so zvyškom počítača cez I/O dosku, zatiaľ čo malý flex kábel vpravo dole sa pripája k doske generátora hodín.
Doska ovládača pamäte X
Usporiadanie pre riadenie X liniek je rovnaké ako v schéme Y, s výnimkou 128 liniek X a 64 liniek Y. Pretože je tam dvakrát toľko X vodičov, modul má pod sebou druhú dosku X vodiča. Hoci dosky X a Y majú rovnaké komponenty, zapojenie je odlišné.
Táto doska a tá pod ňou ovládajú X vybraných riadkov v stohu základných dosiek
Nižšie uvedená fotografia ukazuje, že niektoré komponenty boli na doske poškodené. Jeden z tranzistorov je posunutý, modul ULD je zlomený na polovicu a druhý je odlomený. Zapojenie je viditeľné na rozbitom module spolu s jedným z malých kremíkových kryštálov (vpravo). Na tejto fotografii môžete vidieť aj stopy vertikálnych a horizontálnych vodivých dráh na 12-vrstvovej doske plošných spojov.
Detailný záber na poškodenú časť dosky
Pod doskami X ovládačov je matica diód X obsahujúca 288 diód a 128 rezistorov. X-diódové pole používa inú topológiu ako Y-diódová doska, aby sa predišlo zdvojnásobeniu počtu komponentov. Podobne ako Y-diódová doska, aj táto doska obsahuje komponenty namontované vertikálne medzi dve dosky plošných spojov. Táto metóda sa nazýva "kordwood" a umožňuje, aby komponenty boli tesne zabalené.
Makro fotografia X diódového poľa zobrazujúca vertikálne namontované cordwood diódy medzi 2 doskami plošných spojov. Dve dosky X driverov sú umiestnené nad doskou diód, oddelené od nich polyuretánovou penou. Upozorňujeme, že dosky plošných spojov sú veľmi blízko seba.
Pamäťové zosilňovače
Nižšie uvedená fotografia zobrazuje dosku čítacieho zosilňovača. Má 7 kanálov na čítanie 7 bitov z pamäťového zásobníka; identická doska nižšie zvládne ďalších 7 bitov, celkovo teda 14 bitov. Účelom snímacieho zosilňovača je detekovať malý signál (20 milivoltov) generovaný remagnetizovateľným jadrom a premeniť ho na 1-bitový výstup. Každý kanál pozostáva z diferenciálneho zosilňovača a vyrovnávacej pamäte, za ktorým nasleduje diferenciálny transformátor a výstupná svorka. Vľavo sa 28-žilový ohybný kábel pripája k pamäťovému stohu, ktorý vedie dva konce každého snímacieho kábla k obvodu zosilňovača, počnúc modulom MSA-1 (Memory Sense Amplifier). Jednotlivé komponenty sú rezistory (hnedé valce), kondenzátory (červené), transformátory (čierne) a tranzistory (zlaté). Dátové bity opúšťajú dosky snímacieho zosilňovača cez flexibilný kábel na pravej strane.
Čítacia doska zosilňovača v hornej časti pamäťového modulu. Táto doska zosilňuje signály zo snímacích vodičov a vytvára výstupné bity
Write Inhibit Line Driver
Inhibičné ovládače sa používajú na zápis do pamäte a sú umiestnené na spodnej strane hlavného modulu. Existuje 14 blokovacích riadkov, jedna pre každú maticu v zásobníku. Ak chcete zapísať bit 0, aktivuje sa zodpovedajúci ovládač zámku a prúd cez blokovaciu linku bráni prepnutiu jadra na 1. Každá linka je riadená modulom ID-1 a ID-2 (ovládač linky blokovania zápisu) a párom tranzistorov. Presné 20,8 ohmové odpory v hornej a spodnej časti dosky regulujú blokovací prúd. 14-žilový flexibilný kábel na pravej strane spája ovládače so 14 blokovacími vodičmi v zväzku základných dosiek.
Inhibičná doska v spodnej časti pamäťového modulu. Táto doska generuje 14 blokovacích signálov používaných počas nahrávania
Pamäť ovládača hodín
Ovládač hodín je dvojica dosiek, ktoré generujú hodinové signály pre pamäťový modul. Akonáhle počítač spustí pamäťovú operáciu, rôzne hodinové signály používané pamäťovým modulom sú generované asynchrónne hodinovým ovládačom modulu. Dosky pohonu hodín sú umiestnené v spodnej časti modulu, medzi zásobníkom a blokovacou doskou, takže dosky sú ťažko viditeľné.
Dosky ovládačov hodín sú pod zásobníkom hlavnej pamäte, ale nad doskou zámku
Komponenty modrej dosky na fotografii vyššie sú viacotáčkové potenciometre, pravdepodobne na nastavenie časovania alebo napätia. Na doskách sú tiež viditeľné rezistory a kondenzátory. Diagram zobrazuje niekoľko modulov MCD (Memory Clock Driver), ale na doskách nie sú viditeľné žiadne moduly. Ťažko povedať, či je to kvôli obmedzenej viditeľnosti, zmene obvodu alebo prítomnosti inej dosky s týmito modulmi.
Pamäťový I/O panel
Posledná doska pamäťového modulu je vstupno-výstupná doska, ktorá distribuuje signály medzi doskami pamäťových modulov a zvyškom počítača LVDC. Zelený 98-kolíkový konektor v spodnej časti sa pripája k šasi pamäte LVDC a poskytuje signály a napájanie z počítača. Väčšina plastových konektorov je zlomená, preto sú kontakty viditeľné. Rozvodná doska je k tomuto konektoru pripojená dvoma 49-pinovými flexibilnými káblami v spodnej časti (vidno len predný kábel). Ďalšie flexibilné káble distribuujú signály do X Driver Board (vľavo), Y Driver Board (vpravo), Sense Amplifier Board (hore) a Inhibit Board (dole). 20 kondenzátorov na doske filtruje energiu dodávanú do pamäťového modulu.
I/O doska medzi pamäťovým modulom a zvyškom počítača. Zelený konektor v spodnej časti sa pripája k počítaču a tieto signály sú vedené cez ploché káble do iných častí pamäťového modulu
Výkon
Hlavný pamäťový modul LVDC poskytoval kompaktné a spoľahlivé úložisko. Do spodnej polovice počítača je možné umiestniť až 8 pamäťových modulov. To umožnilo počítaču uložiť 32 26-bitové slová alebo 16 kiloslov v redundantnom vysoko spoľahlivom "duplexnom" režime.
Jednou zaujímavou vlastnosťou LVDC bolo, že pamäťové moduly mohli byť zrkadlené kvôli spoľahlivosti. V „duplexnom“ režime bolo každé slovo uložené v dvoch pamäťových moduloch. Ak sa chyba vyskytla v jednom module, správne slovo bolo možné získať z iného modulu. Aj keď to poskytlo spoľahlivosť, znížilo to pamäťovú stopu na polovicu. Alternatívne možno pamäťové moduly používať v „simplexnom“ režime, pričom každé slovo je uložené raz.
LVDC pojme až osem pamäťových modulov CPU
Pamäťový modul s magnetickým jadrom poskytuje vizuálnu reprezentáciu času, keď 8 KB úložisko vyžadovalo 5-librový (2,3 kg) modul. Táto spomienka však bola na svoju dobu veľmi dokonalá. Takéto zariadenia sa prestali používať v 1970. rokoch s príchodom polovodičových DRAM.
Obsah pamäte RAM sa po vypnutí zachová, takže je pravdepodobné, že modul stále ukladá softvér z posledného použitia počítača. Áno, áno, aj o desaťročia neskôr tam môžete nájsť niečo zaujímavé. Bolo by zaujímavé pokúsiť sa tieto dáta obnoviť, ale poškodené obvody spôsobujú problém, takže obsah pravdepodobne nebude možné z pamäťového modulu získať až za ďalšie desaťročie.
Čo si ešte môžete prečítať na blogu?
→
→
→
→
→
Prihláste sa na odber -kanál, aby ste nezmeškali ďalší článok! Píšeme si maximálne dvakrát do týždňa a len služobne. Tiež vám pripomíname, že Cloud4Y môže poskytnúť bezpečný a spoľahlivý vzdialený prístup k podnikovým aplikáciám a informáciám potrebným pre kontinuitu podnikania. Práca na diaľku je ďalšou prekážkou šírenia koronavírusu. Podrobnosti sú od našich manažérov.
Zdroj: hab.com