Spusťte digitální počítač vozidla - Launch Vehicle Digital Computer

LVDC z technické příručky přístrojové jednotky

The Spusťte digitální počítač vozidla (LVDC) byl počítač, který poskytoval autopilota pro Saturn V raketa od startu na Zemi vložení oběžné dráhy. Navrhl a vyrobil IBM Centrum elektronických systémů v České republice Owego, New York, to byla jedna z hlavních složek Přístrojová jednotka, namontovaný na S-IVB etapa Saturn V a Saturn IB rakety. LVDC také podporovalo kontrolu před a po spuštění hardwaru Saturn. Bylo použito ve spojení s Spusťte datový adaptér vozidla (LVDA), která prováděla úpravu signálu ke vstupům snímače do počítače z nosné rakety.

Hardware

LVDC byl schopen provést 12190 pokyny za sekundu. Pro srovnání, mikroprocesor éry z roku 2012 může provádět 4 instrukce na cyklus při 3 GHz, čímž dosahuje 12 miliard instrukcí za sekundu, milionkrát rychleji.

Jeho hlavní hodiny běžely na 2,048 MHz, ale operace byly prováděny bitově sériově, přičemž ke zpracování každého bitu byly zapotřebí 4 cykly, 14 bitů na fázi instrukce a 3 fáze na instrukci, pro základní dobu cyklu instrukcí 82 μs (168 taktů) ) pro jednoduché přidání. Provedení několika instrukcí (například znásobení nebo rozdělení) trvalo několik násobků základního cyklu instrukcí.

Paměť měla podobu 13bitové slabiky, každý s 14. paritním bitem.[1] Pokyny měly velikost jedné slabiky, zatímco datová slova byla dvě slabiky (26 bitů). Hlavní pamětí byl náhodný přístup magnetické jádro ve formě 4 096 slovních paměťových modulů. Až 8 modulů poskytovalo maximálně 32 768 slov paměti. Ultrazvukové zpožďovací linky poskytnuté dočasné úložiště.

Pro spolehlivost bylo použito LVDC trojitá redundantní logika a hlasovací systém. Počítač zahrnoval tři identické logické systémy. Každý logický systém byl rozdělen do sedmi stupňů potrubí. V každé fázi projektu by hlasovací systém převzal většinové hlasování o výsledcích, přičemž nejpopulárnější výsledek byl předán do další fáze ve všech kanálech. To znamenalo, že pro každou ze sedmi fází by mohl selhat jeden modul v kterémkoli ze tří potrubí a LVDC by stále produkovalo správné výsledky.[2]Výsledkem byla odhadovaná spolehlivost 99,6% během 250 hodin provozu, což bylo mnohem více než těch pár hodin potřebných pro misi Apollo.

Se čtyřmi paměťovými moduly o celkové kapacitě 16 384 slov vážil počítač 32,9 kg, byl 750,5 × 320 mm × 270 mm a spotřeboval 137 W.

Softwarová architektura a algoritmy

Slova instrukcí LVDC byla rozdělena na 4bitové pole opcode (nejméně významné bity) a 9bitové pole adresy operandu (nejvýznamnější bity). To ponechalo šestnáct možných hodnot opcode, když existovalo osmnáct různých instrukcí: následně tři instrukce používaly stejnou hodnotu opcode a použily dva bity hodnoty adresy k určení, která instrukce byla provedena.

Paměť byla rozdělena do 256 slovních „sektorů“. 8 bitů adresy určilo slovo v sektoru a 9. bit vybraný mezi softwarově volitelným „aktuálním sektorem“ nebo globálním sektorem zvaným „zbytková paměť“.

Osmnáct možných instrukcí LVDC bylo:[3]:20–101

NávodOperační kódFunkce
POSKOK0000Proveďte přenos do jiné části programu. Na rozdíl od moderní instrukce „skok“ adresa operandu ve skutečnosti neurčila adresu, na kterou má skočit, ale ukázala na 26bitovou „HOP konstantu“, která specifikovala adresu.
MPY0001Vynásobte obsah paměťového místa určeného v adrese operandu obsahem registru akumulátoru. Tato instrukce trvala čtyři instrukční cykly, ale nezastavila provádění programu, takže další instrukce mohly být provedeny před jejím dokončením. Výsledek byl ponechán ve známém registru.
SUB0010Odečtěte obsah paměťového místa uvedeného v adrese operandu od registru akumulátoru.
DIV0011Rozdělte obsah paměťového místa uvedeného v adrese operandu na akumulátor. Tato instrukce trvala osm instrukčních cyklů, ale nezastavila provádění programu.
TNZ0100Přenese provedení instrukce na zadanou adresu operandu, pokud obsah akumulátoru není nula.
MPH0101Vynásobte obsah paměťového místa určeného v adrese operandu obsahem registru akumulátoru. Na rozdíl od MPY tato instrukce zastaví provádění, dokud není násobení dokončeno.
A0110Logicky A obsah akumulátoru s obsahem umístění paměti určeného v adrese operandu.
PŘIDAT0111Přidejte obsah umístění paměti zadaného v adrese operandu do registru akumulátoru.
TRA1000Proveďte přenos do umístění paměti určeného v adrese operandu. Adresa je v aktuálním sektoru výuky; 9. (zbytkový) bit operandu vybere slabiku.
XOR1001Logicky XOR obsah akumulátoru s obsahem umístění paměti zadaného v adrese operandu.
PIO1010Procesní vstup nebo výstup: komunikujte s externím hardwarem pomocí datového adaptéru. „Bity adresy nižšího řádu, A1 a A2, určují, zda je operace vstupní nebo výstupní instrukcí. Bity adresy vyššího řádu, A8 a A9, určují, zda se datový obsah přenáší z hlavní paměti, zbytkové paměti nebo akumulátoru.“
STO1011Uložte obsah registru akumulátoru na místo v paměti určené v adrese operandu.
TMI1100Provedení přenosu na zadanou adresu operandu, pokud je obsah akumulátoru záporný.
RSU1101Obsah akumulátoru se odečte od obsahu místa v paměti zadaného v adrese operandu a výsledek zůstane v akumulátoru.
SHR01 1110Obsah akumulátoru je posunut až o dva bity na základě hodnoty v adrese operandu. Tato instrukce může také vyčistit akumulátor, pokud jsou adresní bity operandu nulové.
CDSx0 1110Změňte sektor dat.
EXM11 1110Provedení přenosu na jednu z osmi adres v závislosti na adrese operandu, která také specifikuje úpravy adresy operandu další instrukce před jejím provedením.
CLA1111(Vymazat akumulátor a) načíst paměť.

Programy a algoritmy

Za letu LVDC běžel hlavní výpočetní smyčku každé 2 sekundy pro vedení vozidla a menší smyčku 25krát za sekundu pro řízení postoje. Vedlejší smyčka je spouštěna vyhrazeným přerušením každých 40 ms a spuštění trvá 18 ms.[4]

Na rozdíl od Naváděcí počítač Apollo software, software běžící na LVDC zřejmě zmizel. Zatímco emulace hardwaru by byla poměrně jednoduchá, jediné zbývající kopie softwaru jsou pravděpodobně v základní paměti počítače Přístrojová jednotka LVDC zbývajících Saturn V rakety k vidění na stránkách NASA.[Citace je zapotřebí ]

Přerušení

LVDC by také mohlo reagovat na řadu přerušení vyvolaných vnějšími událostmi.

Pro Saturn IB to byla přerušení:

Bit datových slov LVDCFunkce
1Interní pro LVDC
2Náhradní
3Chyba současné paměti
4Přerušení dekodéru příkazů
5Referenční referenční příručka
6Ruční spuštění vypnutí motoru S-IVB
7Odpojení přívěsných motorů S-IB
8S-IVB Engine Out
9Přerušení RCA-110A
10S-IB snímače nízké hladiny paliva suché
11Přerušení RCA-110A

Pro Saturn V to byla tato přerušení:

Bit datových slov LVDCFunkce
1Přerušení malé smyčky
2Přerušení voliče spínačů
3Přerušení jednotky počítačového rozhraní
4Dočasná ztráta kontroly
5Přerušení přijímače příkazů
6Referenční referenční příručka
7Vyčerpání pohonné látky S-II / vypnutí motoru
8Vyčerpání pohonné látky S-IC / vypnutí motoru
9S-IVB Engine Out
10Recyklace programu (přerušení RCA-110A)
11S-IC Inboard Engine Out
12Příkaz LVDA / RCA-110A Přerušení

Konstrukce

LVDC byl přibližně 30 palců (760 mm) široký, 12,5 palce (320 mm) vysoký a 10,5 palce (270 mm) hluboký a vážil 80 liber (36 kg).[5] Podvozek byl vyroben ze slitiny hořčíku a lithia LA 141, který byl vybrán pro svou vysokou tuhost, nízkou hmotnost a dobré vlastnosti tlumení vibrací.[6]:511 Šasi bylo rozděleno na matici 3 x 5 buněk oddělených stěnami, kterými cirkulovala chladicí kapalina, aby se odstranilo 138 wattů (0,185 hp)[7] energie rozptýlené počítačem. Sloty ve stěnách buněk obsahovaly „stránky“ elektroniky. Rozhodnutí ochladit LVDC cirkulací chladicí kapaliny skrz stěny počítače bylo v té době jedinečné a umožnilo umístit LVDC a LVDA (částečně chlazené touto technikou) na jedno místo studené desky kvůli trojrozměrnému balení. Chladicí desky sloužící k chlazení většiny zařízení v Přístrojová jednotka byly neefektivní z pohledu prostoru, i když byly univerzální pro různé použité vybavení. Slitina LA 141 byla použita IBM na klávesnici Gemini, načtených jednotkách a počítači v malém množství a větší rám LVDC byl vyroben z největších sochorů LA 141 odlévaných v té době a následně CNC obráběn do rámu .

Stránka se skládala ze dvou desek 2,5–3 palců (64–76 mm) dozadu a z hořčíkově-lithiového rámu, který odvádí teplo do šasi. Dvanáctivrstvé desky obsahovaly signální, výkonové a zemní vrstvy a spojení mezi vrstvami byla provedena pokovenými otvory.

Až 35 čtverců oxidu hlinitého o rozměrech 0,3 x 0,3 o 0,07 palce (7,6 mm × 7,6 mm × 1,8 mm)[8] může být přetaveno připájeno k desce. Tyto čtverce z oxidu hlinitého měly vodiče hedvábně stíněné na horní stranu a rezistory hedvábně stíněné na spodní stranu. Polovodičové čipy s velikostí 0,64 mm × 0,64 mm 0,025 x 0,025 palce, z nichž každý obsahoval buď jeden tranzistor, nebo dvě diody, byly pájeny přetavením na horní stranu. Celý modul byl nazýván jednotkovým logickým zařízením.[9] Jednotkové logické zařízení (ULD) bylo menší verzí IBM Solidní logická technologie (SLT) modul, ale s příchytkami.[2][10][11] Měděné koule byly použity pro kontakty mezi čipy a vodivými vzory.[6]:509

Hierarchie elektronické struktury je uvedena v následující tabulce.

Elektronické balení LVDC[6]:501–516
ÚROVEŇSOUČÁSTKAMATERIÁLIBM TERM
1Tranzistor, dioda0,025 x 0,025 palců (0,64 mm × 0,64 mm) křemík-
2Až 14 tranzistorů, diod a rezistorůOxid hlinitý 0,3 x 0,3 x 0,07 palce (7,6 mm × 7,6 mm × 1,8 mm)ULD (Unit Logic Device)
3Až 35 ULDDeska s plošnými spoji 2,5 x 3 palce (64 mm × 76 mm)MIB (Multilayer Interconnection Board)
4Dva MIBRám z hořčíku a lithiaStrana

Galerie

  • Úředníci MSFC při pohledu na nekryté LVDC

Viz také

Poznámky

  1. ^ Burkey, Ronald (2009-08-21). „Virtual AGC - AGS - LVDC - Gemini: Launch Vehicle Digital Computer (LVDC): Saturn IB and Saturn V Rockets“. Nejnovější verze tohoto webu je zapnuta ibiblio. Archivováno od originálu 2016-05-28. Citováno 2016-05-28.
  2. ^ A b Dr. Wernher von Braun.„Malé počítače řídí nejmocnější rakety“ Populární věda. Říjen 1965.p. 94-95; 206-208.
  3. ^ Saturn Launch Vehicles TR X-881
  4. ^ Haeussermann 1970, s. 30-31.
  5. ^ Zpráva o studii Apollo, svazek 2, strany 3-36 až 3-37. Kniha jízd pro LVDC v Národním muzeu letectví a kosmonautiky uvádí, že rozměry byly 31x13,1x13 palců a hmotnost byla 90 liber.
  6. ^ A b C M.M. Dickinson, J.B.Jackson, G.C. Randa. IBM Space Guidance Center, Owego, NY. „Saturn V Launch Vehicle Digital Computer and Data Adapter.“ Proceedings of the Fall Joint Computer Conference, 1964
  7. ^ Zpráva o studii Apollo, svazek 2, strana 3-4.
  8. ^ Zpráva o studii Apollo, svazek 2, strana 2-37
  9. ^ Haeussermann 1970, s. 23.
  10. ^ Ken Shirriff.„Deska plošných spojů z rakety Saturn V, zpětně navržená a vysvětlená“.2020.
  11. ^ Pugh, Emerson; Johnson; Palmer, John (1991). Systémy IBM 360 a Early 370. MIT Stiskněte. str.108. ISBN  978-0262161237.

Reference

externí odkazy