Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
LVDC из технического руководства по приборному блоку

Ракета - носитель ЦВМ ( LVDC ) был компьютером, при условии , что автопилот для Сатурна V ракеты с запуска на Землю на орбиту . Разработанный и изготовленный Центром электронных систем IBM в Овего, штат Нью-Йорк , он был одним из основных компонентов приборного блока , установленного на ступени S-IVB ракет Saturn V и Saturn IB . LVDC также поддерживает проверку оборудования Saturn до и после запуска. Он использовался вместе с адаптером данных ракеты-носителя. (LVDA), который выполнял преобразование сигналов на входы датчиков в компьютер от ракеты-носителя.

Оборудование [ править ]

LVDC мог выполнять 12190 инструкций в секунду . Для сравнения, микропроцессор 2012 года может выполнять 4 инструкции за цикл на частоте 3 ГГц, достигая 12 миллиардов инструкций в секунду, что в миллион раз быстрее.

Его основные тактовые импульсы работали на частоте 2,048 МГц, но операции выполнялись последовательно, с 4 циклами, необходимыми для обработки каждого бита, 14 бит на фазу инструкции и 3 фазы на инструкцию, для основного времени цикла инструкции 82 мкс (168 тактов). ) для простого добавления. Для выполнения нескольких инструкций (таких как умножение или деление) потребовалось несколько кратных базовых командных циклов.

Память представляла собой 13-битные слоги , каждый с 14-м битом четности. [1] Инструкции состояли из одного слога, а слова данных - из двух слогов (26 бит). Основная память представляла собой магнитный сердечник с произвольным доступом в виде модулей памяти на 4096 слов. До 8 модулей обеспечивали максимум 32 768 слов памяти. Ультразвуковые линии задержки обеспечивают временное хранение.

Для надежности LVDC использовал логику с тройным резервированием и систему голосования. Компьютер включал в себя три идентичные логические системы. Каждая логическая система была разделена на семиступенчатый конвейер . На каждом этапе конвейера система голосования будет принимать результаты большинством голосов, при этом самый популярный результат будет передаваться на следующий этап во всех конвейерах. Это означало, что на каждой из семи стадий один модуль в любом из трех конвейеров может выйти из строя, и LVDC все равно будет давать правильные результаты. [2] Результатом была оценочная надежность 99,6% за 250 часов работы, что было намного больше, чем несколько часов, необходимых для миссии Apollo.

С четырьмя модулями памяти, общей емкостью 16 384 слова, компьютер весил 72,5 фунта (32,9 кг), имел размеры 29,5 на 12,5 на 10,5 дюймов (750 мм × 320 мм × 270 мм) и потреблял 137 Вт.

Архитектура и алгоритмы программного обеспечения [ править ]

Командные слова LVDC были разделены на 4-битное поле кода операции (младшие биты) и 9-битное поле адреса операнда (старшие биты). Это оставило его с шестнадцатью возможными значениями кода операции, когда было восемнадцать различных инструкций: следовательно, три из инструкций использовали одно и то же значение кода операции и использовали два бита значения адреса, чтобы определить, какая инструкция была выполнена.

Память была разбита на 256-словные «сектора». 8 бит адреса задают слово в секторе, а 9-й бит выбирается между программно выбираемым «текущим сектором» или глобальным сектором, называемым «остаточной памятью».

Восемнадцать возможных инструкций LVDC были: [3] : 20–101

ИнструкцияКод операцииФункция
HOP0000Перенести выполнение в другую часть программы. В отличие от современных инструкций перехода, адрес операнда фактически не указывал адрес для перехода, а указывал на 26-битную «константу HOP», которая указывала адрес.
MPY0001Умножьте содержимое ячейки памяти, указанной в адресе операнда, на содержимое регистра аккумулятора. Для выполнения этой инструкции потребовалось четыре цикла команд, но она не остановила выполнение программы, поэтому другие инструкции могли выполняться до ее завершения. Результат был оставлен в известном регистре.
SUB0010Вычтите содержимое ячейки памяти, указанной в адресе операнда, из регистра аккумулятора.
DIV0011Разделите содержимое ячейки памяти, указанной в адресе операнда, в аккумулятор. Для выполнения этой инструкции потребовалось восемь командных циклов, но она не остановила выполнение программы.
TNZ0100Передает выполнение инструкции по указанному адресу операнда, если содержимое аккумулятора не равно нулю.
MPH0101Умножьте содержимое ячейки памяти, указанной в адресе операнда, на содержимое регистра аккумулятора. В отличие от MPY, эта инструкция останавливает выполнение до завершения умножения.
AND0110Логически И содержимое аккумулятора с содержимым ячейки памяти, указанной в адресе операнда.
ADD0111Добавьте содержимое ячейки памяти, указанной в адресе операнда, в регистр аккумулятора.
TRA1000Перенести выполнение в ячейку памяти, указанную в адресе операнда. Адрес находится в текущем секторе инструкций; 9-й (остаточный) бит операнда выбирает слог.
XOR1001Выполните логическую операцию XOR содержимого аккумулятора с содержимым ячейки памяти, указанной в адресе операнда.
PIO1010Ввод или вывод процесса: связь с внешним оборудованием через адаптер данных. «Биты адреса младшего разряда, A1 и A2, определяют, является ли операция инструкцией ввода или вывода. Биты адреса высокого порядка, A8 и A9, определяют, переносится ли содержимое данных из основной памяти, остаточной памяти или аккумулятора».
STO1011Сохраните содержимое регистра аккумулятора в ячейке памяти, указанной в адресе операнда.
TMI1100Перенести выполнение на указанный адрес операнда, если содержимое аккумулятора отрицательное.
RSU1101Содержимое аккумулятора вычитается из содержимого ячейки памяти, указанной в адресе операнда, а результат остается в аккумуляторе.
SHR01 1110Содержимое аккумулятора сдвигается максимум на два бита в зависимости от значения в адресе операнда. Эта инструкция также может очистить аккумулятор, если биты адреса операнда равны нулю.
CDSх0 1110Изменить сектор данных.
EXM11 1110Перенести выполнение на один из восьми адресов в зависимости от адреса операнда, который также определяет модификации адреса операнда следующей инструкции перед ее выполнением.
CLA1111(Очистить аккумулятор и) загрузить память.

Программы и алгоритмы [ править ]

В полете LVDC запускал основной цикл вычислений каждые 2 секунды для управления автомобилем и второстепенный цикл 25 раз в секунду для управления ориентацией. Второстепенный цикл запускается выделенным прерыванием каждые 40 мс, и его выполнение занимает 18 мс. [4]

В отличие от программного обеспечения Apollo Guidance Computer, программное обеспечение, работающее на LVDC, похоже, исчезло. Хотя аппаратное обеспечение было бы довольно просто эмулировать, единственные оставшиеся копии программного обеспечения, вероятно, находятся в основной памяти LVDC приборного блока оставшихся ракет Saturn V, выставленных на площадках НАСА. [ необходима цитата ]

Прерывания [ править ]

LVDC также может реагировать на ряд прерываний, вызванных внешними событиями.

Для Saturn IB такими прерываниями были:

Бит слова данных LVDCФункция
1Внутренний к LVDC
2Запасной
3Одновременная ошибка памяти
4Прерывание командного декодера
5Справочный выпуск руководства
6Ручной запуск отключения двигателя S-IVB
7Отсечка подвесных двигателей S-IB
8Двигатель S-IVB Out
9RCA-110A прерывание
10Датчики низкого уровня топлива S-IB Сухие
11RCA-110A прерывание

Для Сатурна V такими прерываниями были:

Бит слова данных LVDCФункция
1Незначительное прерывание цикла
2Переключить селектор прерывания
3Прерывание от блока компьютерного интерфейса
4Временная потеря контроля
5Прерывание приемника команд
6Справочный выпуск руководства
7Истощение запасов топлива в S-II / отключение двигателя
8S-IC истощение запасов топлива / отключение двигателя
9Двигатель S-IVB Out
10Повторный цикл программы (прерывание RCA-110A)
11S-IC Inboard Engine Out
12Команда LVDA / RCA-110A Прерывание

Строительство [ править ]

LVDC был примерно 30 дюймов (760 мм) в ширину, 12,5 дюймов (320 мм) в высоту и 10,5 дюймов (270 мм) в глубину и весил 80 фунтов (36 кг). [5] Шасси было изготовлено из магниево-литиевого сплава LA 141, выбранного из-за его высокой жесткости, малого веса и хороших характеристик гашения вибрации. [6] : 511 Шасси было разделено на матрицу ячеек размером 3 x 5, разделенных стенками, через которые циркулировал хладагент для удаления 138 Вт [7]мощности, рассеиваемой компьютером. Прорези в стенках ячеек занимали «страницы» электроники. Решение охлаждать LVDC за счет циркуляции охлаждающей жидкости через стенки компьютера было уникальным в то время и позволяло разместить LVDC и LVDA (частично охлаждаемые с помощью этой техники) в одном месте холодной пластины из-за трехмерной упаковки. Холодильные плиты, используемые для охлаждения большей части оборудования в приборном блоке, были неэффективными с точки зрения космоса, хотя были универсальными для разнообразного используемого оборудования. Сплав LA 141 использовался IBM в клавиатуре Gemini, считывающих устройствах и компьютере в небольших количествах, а большая рама LVDC была произведена из самых больших литых заготовок LA 141 в то время и впоследствии обработана на станке с ЧПУ. .

Страница состояла из двух 2,5–3-дюймовых (64–76 мм) плат, расположенных вплотную друг к другу, и литиево-магниевого каркаса для отвода тепла к корпусу. 12-слойные платы содержали сигнальный, силовой и заземляющий слои, а соединения между слоями выполнялись через металлические сквозные отверстия.

До 35 квадратов из оксида алюминия размером 0,3 на 0,3 на 0,07 дюйма (7,6 мм × 7,6 мм × 1,8 мм) [8] можно было припаять к плате оплавлением. Эти квадраты из оксида алюминия имели проводники, экранированные шелком с верхней стороны, и резисторы, экранированные с помощью шелкографии с нижней стороны. Полупроводниковые чипы размером 0,025 на 0,025 дюйма (0,64 мм × 0,64 мм), каждый из которых содержит либо один транзистор, либо два диода, были припаяны к верхней стороне оплавлением. Полный модуль был назван единичным логическим устройством. [9] Модульное логическое устройство (ULD) было уменьшенной версией модуля IBM Solid Logic Technology (SLT), но с зажимными соединениями. [2] [10] [11] Медные шарики использовались для контактов между чипами и проводящими рисунками. [6] : 509

Иерархия электронной структуры показана в следующей таблице.

Электронная упаковка LVDC [6] : 501–516
УРОВЕНЬКОМПОНЕНТМАТЕРИАЛУСЛОВИЯ IBM
1Транзистор, диодКремний 0,025 на 0,025 дюйма (0,64 мм × 0,64 мм)-
2До 14 транзисторов, диодов и резисторов0,3 на 0,3 на 0,07 дюйма (7,6 мм × 7,6 мм × 1,8 мм) оксид алюминияULD (блочное логическое устройство)
3До 35 ULDПечатная плата размером 2,5 на 3 дюйма (64 мм × 76 мм)MIB (многослойная соединительная плата)
4Две MIBМагниево-литиевая рамкаСтраница

Галерея [ править ]

  • Представители MSFC смотрят на непокрытый LVDC

См. Также [ править ]

  • Компьютер наведения Apollo
  • Первичная система наведения космического корабля Apollo PGNCS
  • Бортовой компьютер космического корабля Gemini (OBC)

Заметки [ править ]

  1. ^ Берки, Рональд (2009-08-21). "Виртуальный AGC - AGS - LVDC - Gemini: Цифровой компьютер ракеты-носителя (LVDC): ракеты Saturn IB и Saturn V" . Последняя версия этого сайта находится на ibiblio . Архивировано 28 мая 2016 года . Проверено 28 мая 2016 .
  2. ^ a b Доктор Вернер фон Браун. «Крошечные компьютеры управляют самыми мощными ракетами» . Популярная наука. Октябрь 1965. стр. 94-95; 206-208.
  3. ^ Сатурн Ракеты-носители TR X-881
  4. ^ Haeussermann 1970 , стр. 30-31.
  5. ^ Отчет об исследовании Аполлона, Том 2, страницы с 3-36 по 3-37. В журнале регистрации LVDC в Национальном музее авиации и космонавтики указано, что его размеры составляли 31x13,1x13 дюймов, а вес - 90 фунтов.
  6. ^ а б в М. Дикинсон, Дж. Б. Джексон, Г. К. Ранда. Центр космической навигации IBM, Овего, штат Нью-Йорк. "Цифровой компьютер ракеты-носителя Сатурн V и адаптер данных". Труды осенней совместной компьютерной конференции, 1964 г.
  7. ^ Отчет об исследовании Аполлона, том 2, стр. 3-4.
  8. ^ Отчет об исследовании Аполлона, том 2, стр. 2-37
  9. ^ Haeussermann 1970 , стр. 23.
  10. ^ Кен Ширрифф. «Печатная плата от ракеты Сатурн V, реконструированная и объясненная» . 2020.
  11. ^ Пью, Эмерсон; Джонсон; Палмер, Джон (1991). Системы IBM 360 и Early 370 . MIT Press. п. 108 . ISBN 978-0262161237.

Ссылки [ править ]

  • IBM, Цифровой компьютер ракеты-носителя Saturn V, Том первый: Общее описание и теория , 30 ноября 1964 г.
  • IBM, Saturn V Guidance Computer, полугодовой отчет о проделанной работе, 1 апреля - 30 сентября 1963 г. , 31 октября 1963 г .; архив
  • Bellcomm, Inc, Требования к памяти для цифрового компьютера ракеты-носителя (LVDC) , 25 апреля 1967 г.
  • Boeing, Уравнения наведения ракеты-носителя Saturn V, SA-504 , 15 июля 1967 г.
  • Haeussermann, Вальтер (июль 1970). Описание и характеристики системы навигации, наведения и управления ракеты-носителя "Сатурн" (PDF) . НАСА TN D-5869 .
  • НАСА Центр космических полетов им. Маршалла, Руководство по полетам Сатурна V SA-503 , 1 ноября 1968 г.
  • Центр космических полетов НАСА им. Маршалла, Руководство по полетам Skylab Saturn IB , 30 сентября 1972 г.
  • М. М. Дикинсон, Дж. Б. Джексон, Г. К. Ранда. Центр космической навигации IBM, Овего, штат Нью-Йорк. "Цифровой компьютер ракеты-носителя Сатурн V и адаптер данных". Труды осенней совместной компьютерной конференции, 1964, страницы 501-516.
  • С. Бонис, Р. Джексон и Б. Пагнани. Центр космической навигации IBM, Овего, штат Нью-Йорк. «Механическая и электронная упаковка для управляющего компьютера ракеты-носителя». Международный симпозиум по электронным схемам, 21–24 августа 1964 г., страницы 226–241.
  • IBM, Отчет об исследовании Apollo, Том 2. Центр космических исследований IBM, Овего, штат Нью-Йорк, 1 октября 1963 г. 133 страницы. Также доступно на Virtual AGC (поиск 63-928-130 ).
  • НАСА MSFC, Справочник по астрионической системе «Ракеты-носители Сатурна» Центр космических полетов им. Маршалла НАСА, 1 ноября 1968 г. MSFC № IV-4-401-1. IBM № 68-966-0002. 419 страниц. Глава 15 посвящена LVDC и адаптеру данных ракеты-носителя.

Внешние ссылки [ править ]

  • Архивы IBM: Компьютер управления Сатурном
  • Фотографии с высоким разрешением компонентов LDVC из коллекции SpaceAholic лунного модуля Apollo и артефактов космического полета Saturn V.