👠 🤱🏿 🤰🏽 Memória em núcleos magnéticos no foguete Saturn 5 ⚛️ 👆🏻 ⭐️

, - (Launch Vehicle Digital Computer, LVDC), «», 5. , . Cloud4Y LVDC .

Este módulo de memória foi aprimorado em meados da década de 1960. Para criá-lo, foram utilizados componentes para montagem em superfície, módulos híbridos e conexões flexíveis, o que a tornou uma ordem de magnitude menor e mais leve que a memória normal do computador da época. No entanto, o módulo de memória permitiu armazenar apenas 4096 palavras de 26 bits .

Módulo de memória com núcleo magnético. Este módulo armazena palavras em 4K de 26 bits de dados e 2 bits de paridade. Com quatro módulos de memória com capacidade total de 16.384 palavras, pesa 2,3 kg e mede 14 cm × 14 cm × 16 cm.

O vôo para a lua começou em 25 de maio de 1961, quando o presidente Kennedy declarou que os Estados Unidos pousariam um homem na lua antes do final da década. Para fazer isso, eles usaram o foguete de três estágios Saturn 5, o foguete mais poderoso já criado. Saturno 5 foi controlado e controlado por um computador ( aqui é mais sobre isso) do terceiro estágio do veículo de lançamento, começando da decolagem em órbita da Terra e depois quando se deslocava para a lua. (A nave Apollo naquele momento foi separada do foguete Saturn-5 e a tarefa LVDC foi concluída).

O LVDC está instalado no quadro de base. Conectores redondos são visíveis na frente do computador. Utilizou 8 conectores elétricos e dois conectores para refrigeração líquida

O LVDC era apenas um dos vários computadores a bordo do Apollo. LVDC conectado a um sistema de controle de vôo, um computador analógico de 45 libras. O computador de navegação a bordo do Computador de Orientação Apollo (AGC) direcionou a espaçonave em direção à superfície da lua. O módulo de comando continha um AGC, enquanto o módulo lunar continha um segundo AGC junto com o sistema de navegação Abort, um computador de emergência de backup.

Havia vários computadores a bordo do Apollo

Dispositivos de lógica de unidade (ULD)

O LVDC foi criado usando uma interessante tecnologia híbrida chamada ULD, dispositivo de carga unitária. Embora parecessem circuitos integrados, os módulos ULD continham vários componentes. Eles usaram cristais simples de silício, cada um com apenas um transistor ou dois diodos. Essas matrizes, juntamente com os resistores impressos em filme espesso, foram montados em uma placa de cerâmica para realizar circuitos como uma porta lógica. Esses módulos eram uma variante dos módulos SLT ( Solid Logic Technology ) desenvolvidos para os populares computadores da série S / 360 da IBM. A IBM começou a desenvolver módulos SLT em 1961, antes que os circuitos integrados se tornassem comercialmente viáveis e, em 1966, a IBM produzia mais de 100 milhões de módulos SLT por ano.

Os módulos ULD eram significativamente menores que os módulos SLT, como pode ser visto na foto abaixo, o que os torna mais adequados para um computador espacial compacto.Os módulos ULD usavam almofadas de revestimento de cerâmica em vez de pinos de metal no SLT e tinham contatos de metal na superfície superior em vez de pinos. Os grampos na placa mantinham o módulo ULD no lugar e conectado a esses pinos.

Por que a IBM usou SLTs em vez de circuitos integrados? A principal razão foi que os circuitos integrados ainda estavam na infância, foram inventados em 1959. Em 1963, os módulos SLT tinham vantagens de custo e desempenho em relação aos circuitos integrados. No entanto, os módulos SLT eram frequentemente considerados atrasados em comparação com os circuitos integrados. Uma das vantagens dos módulos SLT em relação aos circuitos integrados era que os resistores no SLT eram muito mais precisos do que nos circuitos integrados. Durante a fabricação, os resistores de filme espesso nos módulos SLT foram cuidadosamente jateados para remover o filme resistivo até obter a resistência desejada. Os SLTs também eram mais baratos que os circuitos integrados comparáveis na década de 1960.

O LVDC e o equipamento relacionado usaram mais de 50 tipos diferentes de ULD.

Os módulos SLT (esquerda) são significativamente maiores que os módulos ULD (direita). O tamanho do ULD é 7,6 mm × 8 mm.A

foto abaixo mostra os componentes internos do módulo ULD. À esquerda, na placa de cerâmica, há condutores visíveis conectados a quatro pequenos cristais quadrados de silício. Parece uma placa de circuito impresso, mas lembre-se de que é muito menor que uma unha. Os retângulos pretos à direita são resistores de filme grosso impressos na parte inferior da placa.

ULD, vista superior e inferior. Cristais e resistores de silício são visíveis. Enquanto os módulos SLT tinham resistores na superfície superior, os módulos ULD tinham resistores na parte inferior, o que aumentava a densidade e o custo

Na foto abaixo, você pode ver um cristal de silício do módulo ULD, que implementa dois diodos. Os tamanhos são extraordinariamente pequenos; para comparação, os cristais de açúcar estão próximos. O cristal tinha três conexões externas através de bolas de cobre soldadas a três círculos. Os dois círculos inferiores (ânodos dos dois diodos) foram dopados (áreas mais escuras), enquanto o círculo superior direito era o cátodo conectado à base.

Fotografia de um cristal de silicone de dois diodos ao lado de cristais de açúcar

Como a memória do núcleo magnético funciona

A memória do núcleo magnético tem sido a principal forma de armazenamento de dados em computadores desde a década de 1950, até que, na década de 1970, foi substituída por dispositivos de memória semicondutores. A memória foi criada a partir de pequenos anéis de ferrite chamados núcleos. Os anéis de ferrite foram dispostos em uma matriz retangular e de dois a quatro fios passaram por cada anel para ler e escrever informações. Anéis permitidos para armazenar um pouco de informação. O núcleo foi magnetizado com um pulso de corrente através de fios que passam através de um anel de ferrite. A direção da magnetização de um núcleo pode ser alterada enviando um pulso na direção oposta.

Para ler o valor do núcleo, o pulso atual transformou o anel no estado 0. Se o núcleo estava anteriormente no estado 1, um campo magnético variável criava uma tensão em um dos fios que penetravam nos núcleos. Mas se o núcleo já estivesse no estado 0, o campo magnético não mudaria e a tensão não aumentaria no fio sensor. Assim, o valor do bit no núcleo foi lido, redefinindo-o para zero e verificando a tensão no fio sensor. Uma característica importante da memória do núcleo magnético era que o processo de leitura de um anel de ferrite destruía seu significado; portanto, o núcleo precisava ser "reescrito".

Era inconveniente usar um fio separado para alterar a magnetização de cada núcleo, mas na década de 1950 foi desenvolvida uma memória de ferrite que trabalha com o princípio da correspondência de correntes. Um circuito de quatro fios - X, Y, leitura, proibição - tornou-se geralmente aceito. A tecnologia usava uma propriedade especial dos núcleos chamada histerese: uma corrente pequena não afeta a memória de ferrite, mas uma corrente maior que o valor limite magnetizaria o núcleo. Quando a energia era fornecida com metade da corrente necessária para uma linha X e uma linha Y, apenas o núcleo no qual as duas linhas eram cruzadas recebia corrente suficiente para reversão da magnetização, enquanto os outros núcleos permaneciam intactos.

IBM 360 Model 50. LVDC 50 , 19-32, 19 (0.4826 ), 32 (0,8 ). , , LVDC

A foto abaixo mostra uma matriz de memória LVDC retangular. 8 Essa matriz possui 128 fios X funcionando verticalmente e 64 fios Y funcionando horizontalmente, com um núcleo em cada interseção. O único fio de leitura passa por todos os fios paralelos aos fios em forma de Y. O fio de gravação e o fio de interdição passam por todos os fios paralelos aos fios X. Os fios se cruzam no meio da matriz; isso reduz o ruído induzido, porque o ruído de uma metade neutraliza o ruído da outra metade.

Uma matriz de memória de ferrite LVDC contendo 8192 bits. A conexão com outras matrizes é feita por pinos externos

A matriz acima tinha 8192 elementos, cada um dos quais economizou um bit. Para preservar a palavra memória, várias matrizes básicas foram adicionadas, uma para cada bit na palavra. Os fios X e Y passaram pela cobra através de todas as matrizes principais. Cada matriz tinha uma linha separada para leitura e uma linha separada de proibição para escrita. A memória LVDC usou uma pilha de 14 matrizes base (abaixo) que armazenam uma sílaba de 13 bits junto com um bit de paridade.

A pilha LVDC consiste em 14 matrizes principais

Escrever na memória em núcleos magnéticos requeria fios adicionais, as chamadas linhas de proibição. Cada matriz tinha uma linha de proibição, perfurando todos os núcleos nela. Durante o processo de gravação, a corrente passa pelas linhas X e Y, magnetizando os anéis selecionados (um por plano) para o estado 1, mantendo todos os 1 na palavra. Para escrever 0 na posição do bit, a linha foi alimentada com metade da corrente oposta à linha X. Como resultado, os núcleos permaneceram em 0. Assim, a linha de proibição não permitiu que o núcleo retornasse para 1. Qualquer palavra desejada poderia ser gravada na memória ativando as linhas de proibição correspondentes.

Módulo de memória LVDC

Como o módulo de memória LVDC é fisicamente projetado? No centro do módulo de memória, há uma pilha de 14 matrizes de memória ferromagnética mostradas anteriormente. É cercado por várias placas de circuito com um circuito para controlar os fios X e Y e as linhas de proibição, linhas de bits, detecção de erros e geração dos sinais de relógio necessários.

Em geral, a maioria dos circuitos relacionados à memória está na lógica do computador do LVDC e não no próprio módulo de memória. Em particular, a lógica do computador contém registros para armazenar o endereço e a palavra de dados e a conversão entre serial e paralelo. Ele também contém um circuito de leitura para linhas de bits, verificação de erros e relógio.

Um módulo de memória indicando os principais componentes. O MIB (Multilayer Interconnection Board) é um PCB de 12 camadas

Placa do driver de memória Y

A palavra na memória nos núcleos magnéticos é selecionada passando as linhas correspondentes X e Y pela pilha principal de placas. Vamos começar com uma descrição do circuito do driver Y e como ele gera um sinal através de uma das 64 linhas Y. Em vez de 64 circuitos de driver separados, o módulo reduz o número de circuitos usando 8 drivers "altos" e 8 drivers "baixos". Eles são conectados em uma configuração "matriz", portanto, cada combinação de drivers altos e baixos seleciona linhas diferentes. Assim, 8 drivers "altos" e 8 "baixos" selecionam uma das 64 (8 × 8) linhas Y.

A placa do driver Y (frente) controla as linhas de seleção Y na pilha de placas

Na foto abaixo, você pode ver alguns dos módulos ULD (branco) e pares de transistores (dourados) que controlam as linhas de seleção Y. O módulo "EI" é o coração do motorista: ele fornece um pulso de tensão constante (E) ou passa um pulso de corrente constante (I) através da linha de escolha. A linha de seleção é controlada pela ativação do módulo EI no modo de tensão em uma extremidade da linha e o módulo EI no modo de corrente na outra extremidade. O resultado é um pulso com a tensão e corrente corretas suficientes para remagnetizar o núcleo. É preciso muito impulso para entregá-lo; o pulso de tensão é fixado em 17 volts e a corrente varia de 180 mA a 260 mA, dependendo da temperatura.

Foto macro de uma placa de driver Y mostrando seis módulos ULD e seis pares de transistores. Cada módulo ULD é rotulado com um número de peça IBM, tipo de módulo (por exemplo, “EI”) e um código cujo valor não é claro.A

placa também possui módulos de rastreamento de erros (DE) que detectam quando mais de uma linha de seleção Y é ativada ao mesmo tempo. solução semi-analógica: soma as tensões de entrada usando uma rede de resistores. Se a tensão resultante estiver acima do limite, a chave é acionada.

Sob a placa do driver, há uma matriz de diodos contendo 256 diodos e 64 resistores. Essa matriz converte os 8 pares superiores e 8 inferiores de sinais da placa do driver em conexões com 64 linhas Y que passam pela pilha principal de placas. Os cabos flexíveis na parte superior e inferior da placa conectam a placa à matriz de diodos. Dois cabos flexíveis à esquerda (não visíveis na foto) e dois barramentos à direita (um deles é visível) conectam a matriz de diodos à matriz de núcleos. O cabo flexível, visível à esquerda, conecta a placa Y ao restante do computador através da placa de E / S, e o pequeno cabo flexível no canto inferior direito se conecta à placa de circuito do relógio.

Placa de driver de memória X

O circuito para controlar as linhas X é semelhante ao circuito Y, exceto que existem 128 linhas X e 64 linhas Y. Como existem duas vezes mais fios X, o módulo possui uma segunda placa de driver X localizada sob ele. Embora as placas X e Y tenham os mesmos componentes, a fiação é diferente.

Esta placa, e a abaixo dela, controla as linhas selecionadas X na pilha de placas principais.

A foto abaixo mostra que alguns componentes foram danificados na placa. Um dos transistores é polarizado, o módulo ULD é dividido pela metade e o outro é quebrado. A fiação é visível no módulo quebrado, um dos minúsculos cristais de silício (à direita) também é visível lá. Nesta foto, você também pode ver traços de faixas condutoras verticais e horizontais em uma placa de circuito impresso de 12 camadas.

Close-up de placa danificada

Sob as placas de acionamento, X é uma matriz de diodos X, contendo 288 diodos e 128 resistores. A matriz de diodos X usa uma topologia diferente da placa de diodos Y para evitar dobrar o número de componentes. Como a placa de diodo Y, esta placa contém componentes montados verticalmente entre duas placas de circuito impresso. Esse método é chamado "cordwood" e permite que você empacote os componentes firmemente.

Uma foto macro da matriz do diodo X mostra diodos montados verticalmente de acordo com a técnica de cordwood entre duas placas de circuito impresso. Duas placas controladoras X estão localizadas acima da placa de diodo, separadas por espuma de poliuretano. Observe que as placas de circuito estão muito próximas umas das outras.

Amplificadores de memória

A foto abaixo mostra a placa do amplificador de leitura. Possui 7 canais para leitura de 7 bits da pilha de memória; a placa idêntica abaixo processa outros 7 bits, um total de 14 bits. O objetivo do amplificador de leitura é detectar um sinal fraco (20 milivolts) gerado por um núcleo magnetizável e transformá-lo em uma saída de 1 bit. Cada canal consiste em um amplificador diferencial e um buffer, seguido por um transformador diferencial e uma trava de saída. À esquerda, um cabo flexível de 28 núcleos se conecta à pilha de memória, conduzindo as duas extremidades de cada fio de leitura ao circuito do amplificador, começando com o módulo MSA-1 (amplificador de leitura de memória). Os componentes individuais são resistores (cilindros marrons), capacitores (vermelho), transformadores (pretos) e transistores (dourados). Os bits de dados saem das placas do amplificador de leitura através do cabo flexível à direita.

Os drivers de proibição são usados para gravar na memória localizada na parte inferior do módulo principal. Existem 14 linhas barradas, uma para cada matriz na pilha. Para escrever 0 bits, o driver de bloqueio correspondente é ativado e a corrente através da linha de inibição impede que o núcleo mude para 1. Cada linha é acionada por um módulo ID-1 e ID-2 (driver de linha de inibição de gravação) e um par de transistores. Resistores de 20,8 ohm de alta precisão na parte superior e inferior da placa controlam a corrente de bloqueio. O cabo flexível de 14 fios à direita conecta os drivers aos 14 fios inibidos na pilha de placas de núcleo.

Placa de proibição na parte inferior do módulo de memória. Esta placa gera 14 sinais inibitórios usados durante a gravação.

Memória do driver do relógio

Um driver de relógio é um par de placas que geram sinais de relógio para um módulo de memória. Assim que o computador inicia a operação de memória, vários sinais de relógio usados pelo módulo de memória são gerados de forma assíncrona pelo driver de relógio do módulo. As placas de acionamento do relógio estão localizadas na parte inferior do módulo, entre a pilha e a placa de proibição, portanto é difícil vê-la.

As placas do driver do relógio estão abaixo da pilha de memória principal, mas acima da placa de bloqueio

Os componentes azuis da placa na foto acima são potenciômetros multivoltas, presumivelmente para ajustar o tempo ou a tensão. Resistores e capacitores também são visíveis nas placas. O diagrama mostra vários módulos MCD (Memory Clock Driver), mas nenhum módulo é visível nas placas. É difícil dizer se isso se deve a visibilidade limitada, alterações de circuito ou a presença de outra placa com esses módulos.

Painel de E / S de memória

A última placa do módulo de memória é o painel de E / S, que distribui os sinais entre as placas do módulo de memória e o restante do computador LVDC. O conector verde de 98 pinos na parte inferior está conectado ao chassi da memória LVDC, fornecendo sinais e energia do computador. A maioria dos conectores de plástico está quebrada, devido à qual os contatos são visíveis. O quadro de distribuição é conectado a esse conector por dois cabos flexíveis de 49 pinos na parte inferior (apenas o cabo frontal é visível). Outros cabos flexíveis distribuem os sinais para a placa do driver X (esquerda), a placa do driver Y (direita), a placa do amplificador do leitor (acima) e a placa de proibição (abaixo). 20 capacitores na placa filtram a energia fornecida ao módulo de memória.

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O módulo de memória principal LVDC forneceu armazenamento compacto e confiável. Até 8 módulos de memória podem ser colocados na metade inferior do computador. Isso permitiu ao computador armazenar 32 kilovords de palavras de 26 bits ou 16 kilowards no modo "duplex" altamente confiável e excessivo.

Uma característica interessante do LVDC foi que os módulos de memória podem ser espelhados quanto à confiabilidade. No modo "duplex", cada palavra foi armazenada em dois módulos de memória. Se ocorreu um erro em um módulo, a palavra correta poderia ser obtida em outro módulo. Embora isso proporcionasse confiabilidade, reduziu pela metade a área ocupada pela memória. Como alternativa, os módulos de memória podem ser usados no modo "simplex", com cada palavra sendo armazenada uma vez.

O LVDC acomodou até oito módulos de memória da CPU

Um módulo de memória de núcleo magnético fornece uma representação visual do momento em que um módulo de 5 libras (2,3 kg) foi necessário para armazenar 8 KB. No entanto, essa memória foi muito perfeita para a época. Dispositivos similares deixaram de ser usados na década de 1970 com o advento da DRAM de semicondutores.

O conteúdo da RAM é salvo quando a energia é desligada; portanto, é provável que o módulo ainda armazene software desde a última vez que você usou o computador. Sim, sim, você pode encontrar algo interessante lá, mesmo depois de décadas. Seria interessante tentar recuperar esses dados, mas um circuito danificado cria um problema, portanto o conteúdo provavelmente não pode ser extraído do módulo de memória por mais uma década.

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