Цифровой компьютер ракеты-носителя - Launch Vehicle Digital Computer

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 от входов датчиков к компьютеру с ракеты-носителя.

Аппаратное обеспечение

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 основная тактовая частота работала 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 циклов основного командного цикла.

Память была представлена ​​в виде 13-битных слогов , каждый с 14-м битом четности. 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. 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

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:

Инструкция Код операции Функция
HOP 0000 Перенести выполнение в другую часть программы. В отличие от современной инструкции «перехода», адрес операнда фактически не указывает адрес для перехода, а указывает на 26-битную «константу HOP», которая определяет адрес.
MPY 0001 Умножьте содержимое ячейки памяти, указанной в адресе операнда, на содержимое регистра аккумулятора. Для выполнения этой инструкции потребовалось четыре цикла инструкций, но она не остановила выполнение программы, поэтому другие инструкции могли выполняться до ее завершения. Результат был оставлен в известном реестре.
SUB 0010 Вычтите содержимое ячейки памяти, указанной в адресе операнда, из регистра аккумулятора.
DIV 0011 Разделите содержимое ячейки памяти, указанной в адресе операнда, в аккумулятор. Для выполнения этой инструкции потребовалось восемь командных циклов, но она не остановила выполнение программы.
TNZ 0100 Передает выполнение инструкции по указанному адресу операнда, если содержимое аккумулятора не равно нулю.
MPH 0101 Умножьте содержимое ячейки памяти, указанной в адресе операнда, на содержимое регистра аккумулятора. В отличие от MPY, эта инструкция останавливает выполнение до завершения умножения.
AND 0110 Логически И содержимое аккумулятора с содержимым ячейки памяти, указанной в адресе операнда.
ADD 0111 Добавьте содержимое ячейки памяти, указанной в адресе операнда, в регистр аккумулятора.
TRA 1000 Перенести выполнение в ячейку памяти, указанную в адресе операнда. Адрес находится в текущем секторе инструкций; 9-й (остаточный) бит операнда выбирает слог.
XOR 1001 Выполните логическую операцию XOR содержимого аккумулятора с содержимым ячейки памяти, указанной в адресе операнда.
PIO 1010 Ввод 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».
STO 1011 Сохраните содержимое регистра аккумулятора в ячейке памяти, указанной в адресе операнда.
TMI 1100 Перенести выполнение на указанный адрес операнда, если содержимое аккумулятора отрицательное.
RSU 1101 Содержимое аккумулятора вычитается из содержимого ячейки памяти, указанной в адресе операнда, а результат остается в аккумуляторе.
SHR 01 1110 Содержимое 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.
CDS х0 1110 Изменить сектор данных.
EXM 11 1110 Перенести выполнение на один из восьми адресов в зависимости от адреса операнда, который также определяет модификации адреса операнда следующей инструкции перед ее выполнением.
CLA 1111 (Очистить аккумулятор и) загрузить память.

Программы и алгоритмы

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 занимает 18 мс для выполнения.

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.

Прерывания

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

Для Saturn IB такими прерываниями были:

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

Для Сатурна V такими прерываниями были:

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

Строительство

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). Шасси было изготовлено из магниево-литиевого сплава LA 141, выбранного из-за его высокой жесткости, малого веса и хороших характеристик гашения вибрации. Шасси было разделено на матрицу ячеек 3 x 5, разделенных стенками, через которые циркулировал хладагент, чтобы удалить 138 Вт 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 изготовлена ​​из самых больших литых заготовок LA 141 в то время, а затем 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) 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. Модульное логическое устройство (ULD) было уменьшенной версией модуля IBM Solid Logic Technology (SLT), но с зажимными соединениями. Медные шарики использовались для контактов между чипами и проводящими рисунками.

Иерархия электронной структуры показана в следующей таблице.

Электронная упаковка LVDC
УРОВЕНЬ СОСТАВНАЯ ЧАСТЬ МАТЕРИАЛ УСЛОВИЯ IBM
1 Транзистор, диод Кремний 0,025 на 0,025 дюйма (0,64 мм × 0,64 мм) -
2 До 14 транзисторов, диодов и резисторов 0,3 на 0,3 на 0,07 дюйма (7,6 мм × 7,6 мм × 1,8 мм) оксид алюминия ULD (блочное логическое устройство)
3 До 35 ULD Печатная плата размером 2,5 на 3 дюйма (64 мм × 76 мм) MIB (многослойная соединительная плата)
4 Две MIB Магниево-литиевая рамка Страница

Галерея

  • Представители MSFC смотрят на непокрытый LVDC

Смотрите также

Заметки

Рекомендации

Внешние ссылки