运载火箭数字计算机 (LVDC) 在阿波罗登月计划中发挥了关键作用，驱动土星 5 号火箭。与当时的大多数计算机一样，它将数据存储在微型磁芯中。 在这篇文章中，Cloud4Y从豪华版谈起LVDC内存模块 史蒂夫·尤尔韦森。
该内存模块在 1960 世纪 4096 年代中期得到改进。 它是使用表面贴装组件、混合模块和灵活的连接构建的，使其比当时的传统计算机内存更小、更轻。 然而，内存模块只允许存储 26 个 XNUMX 位字。
磁芯内存模块。 该模块存储 4K 字，26 个数据位和 2 个奇偶校验位。 四个内存模块总容量为 16 个字，重量为 384 千克，尺寸为 2,3 厘米 × 14 厘米 × 14 厘米。
登月始于 25 年 1961 月 5 日，当时肯尼迪总统宣布美国将在本世纪末将人送上月球。 为此，使用了三级土星 5 号火箭，这是有史以来最强大的火箭。 土星 XNUMX 号由计算机控制和控制（此处 关于他）运载火箭的第三阶段，从起飞进入地球轨道开始，然后在前往月球的途中。 （此时阿波罗飞船正在与土星五号火箭分离，LVDC 任务完成。）
LVDC 安装在底架中。 圆形连接器在计算机正面可见。 使用了 8 个电连接器和两个用于液体冷却的连接器
LVDC 只是阿波罗号上的几台计算机之一。 LVDC 连接到飞行控制系统，这是一个 45 公斤的模拟计算机。 机载阿波罗制导计算机 (AGC) 将航天器引导至月球表面。 命令模块包含一个 AGC，而登月模块包含第二个 AGC 以及 Abort 导航系统，一个备用应急计算机。
阿波罗号上有几台电脑。
单元逻辑器件 (ULD)
LVDC 是使用一种有趣的混合技术创建的，称为 ULD，单位负载设备。 虽然它们看起来像集成电路，但 ULD 模块包含多个组件。 他们使用简单的硅芯片，每个芯片只有一个晶体管或两个二极管。 这些阵列连同印刷厚膜印刷电阻器被安装在陶瓷晶片上以实现逻辑门等电路。 这些模块是 SLT 模块的变体（) 专为流行的 IBM S/360 系列计算机而设计。 IBM 于 1961 年开始开发 SLT 模块，当时集成电路还没有在商业上可行，到 1966 年，IBM 每年生产超过 100 亿个 SLT 模块。
ULD 模块比 SLT 模块小得多，如下图所示，使它们更适合紧凑型空间计算机。ULD 模块使用陶瓷垫代替 SLT 中的金属引脚，并且顶部有金属触点表面而不是引脚。 板上的夹子将 ULD 模块固定到位并连接到这些引脚。
为什么 IBM 使用 SLT 模块而不是集成电路？ 主要原因是集成电路仍处于起步阶段，于 1959 年发明。 1963 年，SLT 模块比集成电路具有成本和性能优势。 然而，SLT 模块通常被认为不如集成电路。 SLT 模块相对于集成电路的优势之一是 SLT 中的电阻器比集成电路中的电阻器精确得多。 在制造过程中，SLT 模块中的厚膜电阻器经过仔细喷砂以去除电阻膜，直到达到所需的电阻值。 SLT 模块也比 1960 年代的同类集成电路便宜。
LVDC 和相关设备使用了 50 多种不同类型的集装器。
SLT 模块（左）明显大于 ULD 模块（右）。 ULD尺寸为7,6mm×8mm
下图显示了 ULD 模块的内部组件。 陶瓷板的左侧是连接到四个微小方形硅晶体的导体。 它看起来像电路板，但请记住，它比指甲小得多。 右边的黑色矩形是印在板底面的厚膜电阻器。
ULD，顶视图和底视图。 硅晶体和电阻器是可见的。 SLT 模块的顶部表面有电阻器，而 ULD 模块的底部有电阻器，这增加了密度和成本。
下图显示了 ULD 模块的硅芯片，它实现了两个二极管。 尺寸异常小，为了比较，附近有糖晶体。 晶体通过焊接到三个圆圈的铜球具有三个外部连接。 底部的两个圆圈（两个二极管的阳极）被掺杂（较暗的区域），而右上角的圆圈是连接到基极的阴极。
糖晶体旁边的双二极管硅晶体照片
磁芯存储器的工作原理
磁芯存储器是 1950 年代计算机数据存储的主要形式，直到 1970 年代被固态存储设备取代。 内存是由称为磁芯的微小铁氧体环制成的。 铁氧体环被放置在一个矩形矩阵中，两到四根电线穿过每个环以读取和写入信息。 这些环允许存储一位信息。 使用穿过铁氧体环的导线的电流脉冲对磁芯进行磁化。 一个磁芯的磁化方向可以通过向相反方向发送脉冲来改变。
为了读取磁芯的值，电流脉冲将环置于状态 0。如果磁芯之前处于状态 1，则不断变化的磁场会在穿过磁芯的其中一根电线中产生电压。 但如果磁芯已经处于状态 0，则磁场不会改变，感应线的电压也不会升高。 因此，通过将其重置为零并检查读取线上的电压来读取核心中位的值。 磁芯存储器的一个重要特征是读取铁氧体环的过程破坏了它的价值，因此必须“重写”磁芯。
使用单独的电线来改变每个磁芯的磁化强度很不方便，但在 1950 年代，开发了一种根据电流重合原理工作的铁氧体存储器。 四线电路——X、Y、感应、抑制——已变得司空见惯。 该技术利用了磁芯的一种称为磁滞的特殊特性：小电流不会影响铁氧体存储器，但高于阈值的电流会使磁芯磁化。 当在一根 X 线和一根 Y 线上以所需电流的一半通电时，只有两条线交叉的磁芯接收到足够的电流以重新磁化，而其他磁芯则保持完好无损。
这是 IBM 360 Model 50 内存的样子。LVDC 和 Model 50 使用相同类型的核心，称为 19-32，因为它们的内径为 19 密耳（0.4826 毫米），外径为 32 密耳（0,8 毫米） ). 您可以在这张照片中看到每个核心有三根电线，但 LVDC 使用四根电线。
下图显示了一个矩形 LVDC 内存阵列。 8 该矩阵有 128 条 X 线垂直走线和 64 条 Y 线水平走线，每个交叉点有一个核心。 一条读取线穿过与 Y 线平行的所有磁芯。 写入线和禁止线平行于 X 线穿过所有磁芯。 导线在矩阵中间交叉； 这减少了感应噪声，因为一半的噪声抵消了另一半的噪声。
一个包含 8192 位的 LVDC 铁氧体存储器矩阵。 与其他矩阵的连接是通过外部的引脚进行的
上面的矩阵有 8192 个元素，每个元素存储一位。 为了保存一个记忆字，将几个基本矩阵加在一起，一个对应字中的每一位。 电线 X 和 Y 蜿蜒穿过所有主要矩阵。 每个矩阵都有单独的读取线和单独的写入禁止线。 LVDC 内存使用 14 个基本矩阵（如下）的堆栈来存储一个 13 位“音节”和一个奇偶校验位。
LVDC堆栈由14个主要矩阵组成
写入磁芯存储器需要额外的电线，即所谓的抑制线。 每个矩阵都有一条抑制线贯穿其中的所有核心。 在写入过程中，电流通过 X 和 Y 线，将选定的环（每个平面一个）重新磁化为状态 1，并在字中保持全 1。 要在位位置写入 0，该线以与 X 线相反的一半电流通电。结果，核心保持在 0。因此，禁止线不允许核心翻转到 1。任何需要的可以通过激活相应的禁止线将字写入内存。
LVDC内存模块
LVDC 内存模块的物理构造如何？ 在内存模块的中心是一叠 14 个铁磁内存阵列，如前所示。 它被几块电路板包围，电路板用于驱动 X 和 Y 线以及禁止线、位读取线、错误检测和生成必要的时钟信号。
一般来说，大部分与内存相关的电路都在 LVDC 计算机逻辑中，而不是在内存模块本身中。 特别是，计算机逻辑包含用于存储地址和数据字以及在串行和并行之间进行转换的寄存器。 它还包含用于从读取位线读取、错误检查和计时的电路。
显示关键组件的内存模块。 MIB（Multilayer Interconnection Board）是一种12层印刷电路板
Y内存驱动板
通过将相应的 X 和 Y 线通过主板堆栈来选择核心存储器中的字。 让我们首先介绍 Y 驱动器电路及其如何通过 64 条 Y 线之一生成信号。 该模块通过使用 64 个“高”驱动器和 8 个“低”驱动器来减少电路数量，而不是 8 个独立的驱动电路。 它们以“矩阵”配置连接，因此高低驱动器的每个组合都会选择不同的行。 因此，8 个“高”和 8 个“低”驱动器选择 64 (8 × 8) 条 Y 线中的一条。
Y 驱动板（前面）驱动板叠中的 Y 选择线
在下面的照片中，您可以看到一些驱动 Y 选择线的 ULD 模块（白色）和一对晶体管（金色）。“EI”模块是驱动器的核心：它提供恒定电压脉冲（E ) 或通过选择线传递恒流脉冲 (I)。 通过在线路的一端以电压模式激活 EI 模块并在另一端以电流模式激活 EI 模块来控制选择线。 结果是一个具有正确电压和电流的脉冲，足以使铁芯重新磁化。 把它翻过来需要很大的动力； 电压脉冲固定为 17 伏，电流范围为 180 毫安至 260 毫安，具体取决于温度。
Y 驱动板的宏观照片显示了六个 ULD 模块和六对晶体管。 每个 ULD 模块都标有 IBM 部件号、模块类型（例如“EI”）和含义未知的代码
该板还配备了错误监视器 (ED) 模块，可检测何时同时激活多条 Y 选择线。ED 模块使用简单的半模拟解决方案：它使用电阻网络对输入电压求和。 如果产生的电压高于阈值，则触发按键。
驱动板下方是一个二极管阵列，包含256个二极管和64个电阻。 该矩阵将来自驱动板的 8 个顶部和 8 个底部信号对转换为 64 个 Y 线连接，这些连接穿过主堆栈板。 电路板顶部和底部的柔性电缆将电路板连接到二极管阵列。 左侧的两条柔性电缆（照片中不可见）和右侧的两条母线（一条可见）将二极管矩阵连接到磁芯阵列。 左侧可见的柔性电缆通过 I/O 板将 Y 板连接到计算机的其余部分，而右下角的小柔性电缆连接到时钟发生器板。
X内存驱动板
驱动X线的布局与Y方案相同，只是有128条X线和64条Y线。因为X线的数量是原来的两倍，所以模块下面有第二块X驱动板。 X板和Y板虽然元器件相同，但接线不同。
该板及其下方的板控制核心板堆栈中的 X 个选定行
下图显示电路板上的某些组件已损坏。 其中一个晶体管移位，ULD 模块断成两半，另一个断掉。 在损坏的模块上可以看到接线，还有一个微小的硅晶体（右）。 在这张照片中，您还可以看到 12 层印刷电路板上垂直和水平导电轨道的痕迹。
电路板损坏部分的特写
X 驱动板下方是一个包含 288 个二极管和 128 个电阻器的 X 二极管矩阵。 X 二极管阵列使用与 Y 二极管板不同的拓扑以避免组件数量加倍。 与 Y 二极管板一样，该板包含垂直安装在两个印刷电路板之间的组件。 这种方法被称为“cordwood”并允许组件紧密包装。
X 二极管阵列的宏观照片显示了 2 个印刷电路板之间垂直安装的 cordwood 二极管。 两个 X 驱动板位于二极管板上方，由聚氨酯泡沫隔开。 请注意，印刷电路板彼此非常靠近。
记忆放大器
下图显示了读出放大器板。 有7个通道，用于从内存堆栈中读取7位； 下面的相同板处理 7 位，总共 14 位。 读出放大器的作用是检测可复磁磁芯产生的小信号（20毫伏），并将其变成1位输出。 每个通道都包含一个差分放大器和缓冲器，然后是一个差分变压器和输出钳位。 在左侧，一条 28 线柔性电缆连接到内存堆栈，将每条感测线的两端引到一个放大器电路，从 MSA-1（内存感测放大器）模块开始。 各个组件是电阻器（棕色圆柱体）、电容器（红色）、变压器（黑色）和晶体管（金色）。 数据位通过右侧的柔性电缆离开读出放大器板。
内存模块顶部的读出放大器板。 该板放大来自感测线的信号以创建输出位
写禁止线路驱动器
抑制驱动程序用于写入内存，位于主模块的底部。 有 14 条禁止线，一条用于堆栈中的每个矩阵。 要写入 0 位，相应的锁定驱动器会被激活，通过禁止线的电流会阻止内核切换到 1。每条线由 ID-1 和 ID-2 模块（写禁止线驱动器）和一对驱动的晶体管。 电路板顶部和底部的精密 20,8 欧姆电阻调节阻断电流。 右侧的 14 线柔性电缆将驱动器连接到核心板堆栈中的 14 根抑制线。
内存条底部抑制板。 该板生成 14 个禁止信号，用于记录
时钟驱动存储器
时钟驱动器是一对为内存模块产生时钟信号的电路板。 一旦计算机开始内存操作，内存模块使用的各种时钟信号由模块的时钟驱动程序异步生成。 时钟驱动板位于模块的底部，在堆栈和抑制板之间，因此很难看到这些板。
时钟驱动板位于主存储器堆栈下方但位于锁定板上方
上图中蓝色板的元件是多圈电位器，估计是用来定时或调压的。 电路板上还可以看到电阻器和电容器。 该图显示了几个 MCD（内存时钟驱动器）模块，但板上看不到任何模块。 很难判断这是由于能见度有限、电路更改还是存在带有这些模块的另一块板。
内存 I/O 面板
最后一个内存模块板是 I/O 板，它在内存模块板和 LVDC 计算机的其余部分之间分配信号。 底部的绿色 98 针连接器连接到 LVDC 内存机箱，提供来自计算机的信号和电源。 大多数塑料连接器都坏了，这就是触点可见的原因。 配电板通过底部的两根 49 针软电缆连接到此连接器（只能看到前面的电缆）。 其他柔性电缆将信号分配到 X 驱动板（左）、Y 驱动板（右）、感应放大器板（顶部）和抑制板（底部）。 电路板上的 20 个电容器过滤提供给内存模块的电源。
内存模块和计算机其余部分之间的 I/O 板。 底部的绿色连接器连接到计算机，这些信号通过扁平电缆路由到内存模块的其他部分
结论
主 LVDC 内存模块提供紧凑、可靠的存储。 计算机的下半部分最多可放置 8 个内存模块。 这允许计算机存储 32 冗余高度可靠的“双工”模式下的 26 位字或 16 千字。
LVDC 的一个有趣特性是内存模块可以镜像以提高可靠性。 在“双工”模式下，每个字都存储在两个内存模块中。 如果一个模块发生错误，可以从另一个模块获得正确的词。 虽然这提供了可靠性，但它将内存占用量减少了一半。 或者，内存模块可以在“单工”模式下使用，每个字存储一次。
LVDC 最多可容纳八个 CPU 内存模块
磁芯内存模块提供了 8 KB 存储需要 5 磅（2,3 千克）模块的时间的可视化表示。 然而，这种记忆在当时是非常完美的。 随着半导体 DRAM 的出现，此类设备在 1970 年代被废弃。
RAM 的内容在电源关闭时会保留下来，因此该模块很可能仍在存储上次使用计算机时的软件。 是的，是的，即使在几十年后你也能在那里找到一些有趣的东西。 尝试恢复这些数据会很有趣，但损坏的电路会产生问题，因此未来十年可能无法从内存模块中检索内容。
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来源： habr.com