Apollo Guidance - برامج الكمبيوتر والهندسة المعمارية. الجزء 1

رابط إلى الجزء 2

في هذا المنشور ، نناقش أساسيات الهيكل وهيكل الأجهزة وهيكل برنامج النظام الخاص بلوحة كمبيوتر مهمة Apollo - AGC (Apollo Guidance Computer). بالنسبة لأولئك الذين يرغبون في دراسة الموضوع بالتفصيل ، أوصي بالكتاب [ 1 ] والمواد الأخرى ، التي يتم توفير الارتباطات إليها في نهاية المقالة.

كمبيوتر التوجيه أبولو

في برنامج Apollo ، تم استخدام هذا الكمبيوتر في مركبتين فضائيتين: في وحدة الأوامر وفي الوحدة القمرية. في كلتا الحالتين ، تم تركيبه على "صفيحة باردة" بمزيج من جليكول الماء ، للتبريد.


كتلة المياه مع أنابيب التبريد

حقيقة مثيرة للاهتمام: الاسم الكامل لجهاز الكمبيوتر المستخدم في برنامج أبولو هو AGC-4 ، حيث كانت هناك تصميمات سابقة. تم بناء سلفه ، AGC-3 ، على خلايا ترانزستور الفريت.


مخطط كتلة لنظام الملاحة

المختصرات المستخدمة:

AOT - محاذاة التلسكوب البصري
LR - الهبوط الرادار
RR - رانديفو رادار
CDU - وحدة بيانات الاقتران
DSKY - (AGC) العرض ولوحة المفاتيح
LGC - LM Guidance Computer (or AGC)
PTA - نبض عزم الدوران الجمعية
IMU - وحدة القياس بالقصور الذاتي
PSA - Power Servo Assembly
OSS - النظام الفرعي البصري
ISS - النظام الفرعي بالقصور الذاتي
RS - نظام الرادار الفرعي
المواصفات الفنية

مواصفة

طول الكلمة: 16 بت (14 بت + علامة + تعادل)
الذاكرة: ROM (حبل الأساسية) 36K الكلمات ؛ RAM (الأساسية) 2K الكلمات
دورة وصول الذاكرة (ROM وذاكرة الوصول العشوائي) - 11.72 μs
أجهزة الإدخال / الإخراج: DSKY (جهازان في السفينة)
السرعة: وقت الإضافة - 20 μs
تردد الساعة: 2.048 ميجا هرتز
التكنولوجيا: RTL ثنائي القطب ، العلب مستو
الأبعاد: AGC - 24 "× 12.5" × 6 "(HWD) (61 سم × 32 سم × 15 سم) ؛ DSKY - 8" × 8 "× 7" (HWD) (20 سم × 20 سم × 18 سم)
الوزن: AGC - 70 جنيهًا (32 كجم) ؛ DSKY - 17.5 رطل (8 كجم)
امدادات التيار الكهربائي 28 فولت.
الاستهلاك: وضع التشغيل: 70 W @ 28VDC ؛ الاستعداد 15.0 واط
عدد الأجهزة المصنعة: AGC: 75؛ DSKY: 138
التكلفة: غير معروف. في عام 2009 ، تم بيع DSKY في مزاد بمبلغ 50788 دولار.

كان الكمبيوتر مغلقًا تمامًا ولا يحتوي على أي أجزاء تتطلب صيانة. ولكن على الرغم من ذلك ، كان المهندسون يخشون من أن الدوائر الكهربائية الرقمية الجديدة قد تفشل في الفضاء ، لذلك في الإصدارات الأولى وفرت إمكانية استبدال القطع. في الإصدارات اللاحقة ، عندما كان الجميع مقتنعين بموثوقية الكمبيوتر ، تم استبعاد متطلبات الصيانة من بيان العمل.


الشكل AGC من الوثائق الفنية


AGC مفتوحة

تتكون حالة AGC من نصفين ، مع وحدات مثبتة. يحتوي نصف الجسم على موصلات تربط الدوائر الكهربائية مع بعضها البعض. في منتصف النصف الأيمن من الحالة توجد وحدات ذاكرة الوصول العشوائي غير الموجودة في الصورة. سيتم مناقشتها أدناه.

أساسيات الدوائر

تم تصميم الكمبيوتر بالكامل على دوائر كهربائية صغيرة تحتوي على عنصرين NOR-3 (نوع التنبيه OR-NOT) ، ويتم تصنيعهما باستخدام تقنية الترانزستور المقاوم. يظهر الرسم البياني للدائرة في الشكل أعلاه. مبدأ تشغيل هذا العنصر بسيط: إذا كان pin 5 متصلاً بـ 0 ، وكان pin 10 متصلاً بـ power plus ، فإذا كان هناك أصفار في المدخلات 2-4 ، فسيتم إغلاق الترانزستورات 1-3 (العد من اليسار إلى اليمين) ، وسيتم إغلاق الإخراج 1 السجل. 1 منذ ذلك الحين ينجذب إلى زائد بواسطة المقاوم. إذا تم تطبيق إدخال واحد على الأقل 1 ، فسيتم فتح الترانزستور المقابل ، وسحب الناتج 1 إلى صفر.

من السهل معرفة أنه عند توصيل نتيجتين أو أكثر من هذه العناصر ، يتم إنشاء دالة AND. في هذه الحالة ، يكفي ترك الطاقة (المحطة 10) متصلة بعنصر واحد فقط. لكن في بعض الأحيان تترك الطاقة متصلة بجميع العناصر المتصلة بالمخرجات ، وهذا يسمح لك بالحصول على سعة تحميل أكبر للإخراج.



يظهر عنصر ذو قدرة غير متصلة في رسم بياني ذو نهاية مظللة (انظر الشكل).

احتوى الإصدار الأول من الكمبيوتر على 4100 دائرة كهربائية صغيرة ، عنصر OR-NOT في كل منهما ، في الإصدار الثاني ، والذي تم استخدامه أثناء الطيران ، كان هناك 2800 دائرة صغيرة ، وعناصر OR-NOT في هذه الحالة.

الذاكرة

تتكون ذاكرة AGC من كلمات 2K RAM و 36 كيلو بايت ROM. يتم تخصيص 12 بت فقط لحقل العنوان ، والذي يسمح بمعالجة 4Kwords ، وتنقسم الذاكرة إلى بنوك. للتبديل بين البنوك ، يتم استخدام سجل 4 بت خاص ، والذي ينتج عنه عنوان 16 بت يسمح بمعالجة 64 كلمة.

ستتم مناقشة بنوك الذاكرة بمزيد من التفصيل في قسم برامج النظام.

ROM

يتكون ROM للكمبيوتر باستخدام تقنية ذاكرة الحبل (انظر الصورة أدناه).



ظهور وحدة ذاكرة الحبل:



تم توضيح مبدأ تشغيل "ذاكرة الحبل" في الشكل أدناه:



لسوء الحظ ، لم يتم الحفاظ على الوثائق الخاصة بلوكات Core Rope Memory ، لكن المتحمسين تمكنوا من معرفة الواجهة وتوصيل الكتلة بالكمبيوتر وقراءة المحتويات ، ثم قم بتشغيلها على جهاز المحاكاة.

الحجم الكلي ل AGC ROM هو 36.864 كلمة من 16 بت. يحتوي AGC على 6 كتل ROM ، كل منها عبارة عن 6 كيلوسلوفول (أي حوالي 12 كيلو بايت). يتم تمرير ما يصل إلى 192 سلكًا لترميز البيانات (أو لا يتم تمريرها) عبر كل قلب كل جوهر يشفر 192 بت.

استغرق البرنامج الثابت لكل وحدة ROM 8 أسابيع ويكلف 15000 دولار. كل هذا تم يدويا.

RAM

تبلغ سعة ذاكرة الوصول العشوائي AGC 2048 كلمة 16 بت. يتكون ذاكرة الوصول العشوائي على النوى المغناطيسية ، مثل معظم أجهزة الكمبيوتر في ذلك الوقت.


وحدة ذاكرة الوصول العشوائي المثبتة في الكمبيوتر.

يمكن ملاحظة أن وحدة ذاكرة الوصول العشوائي تشغل عرض وحدتي منطق عاديتين. تتكون ذاكرة الوصول العشوائي من "طائرات" ، كل منها يتوافق مع بعض الشيء في كلمة البيانات ، إجمالي الطائرات 16. تمثل كل طائرة شبكة من 64x32 حلقات ، حلقات 2048 في المجموع. أربعة موصلات تمر عبر كل حلقة: خطوط إحداثيات X و Y ، خط القراءة ، وخط التثبيط. يعمل الخطان X و Y على التوالي عموديًا وأفقياً ، ويمر خط القراءة عبر جميع حلقات نفس المستوى في اتجاهات قطرية ، ويمتد خط حظر الكتابة أيضًا عبر جميع حلقات المستوى رأسياً.

أيضا ، كانت الطائرة تسمى "حصيرة" (حصيرة). يوضح الشكل أدناه طائرة واحدة بحجم حلقات 64x32.


قراءة خط التخطيط


وحدة ذاكرة الوصول العشوائي المقطعية


وحدة ذاكرة الوصول العشوائي. أشعة سينية


فتح وحدة ذاكرة الوصول العشوائي


وحدة ذاكرة الوصول العشوائي التجمع

DSKY

DSKY تعني وحدة العرض ولوحة المفاتيح ، وهي وحدة عرض ولوحة مفاتيح ، وهي مصممة لتمكين تفاعل AGC والطاقم.




DSKY تفكيكها

في جوهرها ، DSKY هو مجرد محطة بسيطة ل AGC. إنها مبنية على أساس المرحلات التي تحول أجزاء من مؤشر الانارة ، مدعوم من الجهد من 250VAC مع تردد 800 هرتز ، وعلى الترانزستورات. في الإصدارات اللاحقة من DSKY ، تم استبدال المرحلات الكهروميكانيكية بواسطة الثايرستور ، لأنها أحدثت تأخيرًا كبيرًا في عرض المعلومات.


مخطط كتلة DSKY


مخطط وظيفي DSKY



يوضح الشكل مخطط اتصال الشاشة. تستخدم مرحلات الاستقطاب مع اثنين من اللفات ، تذكر وضعهم. النبض المطبق على لف واحد يتحول على المؤشر ، إلى الآخر ينطفئ. يتم تضمين اللفات التتابع في المصفوفة.

يوفر AGC رقم 15 بت لقناة الإخراج 010 (رقم القناة الثماني). يتم تغذية البتات 12-15 إلى وحدة فك ترميز بها 12 مخرجات بما في ذلك صفوف المصفوفة.

لدى الوحدة أيضًا مؤشرات منفصلة لعرض إشارات PROG و TRACKER و GIMBAL LOCK و NO ATT وإشارات أخرى.

يتم إدخال المعلومات باستخدام لوحة المفاتيح. يضيء كل زر مع أضواء في الجهد من 115VAC على تردد 400 هرتز. عند الضغط على كل مفتاح ، باستثناء PRO ، يتم إنشاء رمز 5 بت. يتم إرسال الرمز إلى منفذ الكمبيوتر ، ويتم إنشاء مقاطعة يتم من خلالها قراءة الرمز. عند تحرير الزر ، يتم إنشاء إشارة إعادة تعيين خاصة. يُستخدم مفتاح STBY لوضع الكمبيوتر في وضع الاستعداد ، والعودة إلى وضع التشغيل ، عند الضغط عليه مرة أخرى.

تحتوي لوحة المفاتيح على 10 مفاتيح رقمية و 9 مفاتيح إضافية: VERB و NOUN و CLR و PRO و KEY REL و ENTR و RESET و + و -.



تحتوي الأزرار على مفاتيح تبديل تم تشغيلها بطريقة تستثني إنشاء رمزين في نفس الوقت (انظر الشكل أدناه). تدخل الرموز الرئيسية في منفذ الإدخال AGC.



يتم توصيل الجهد من + 28V إلى زر الدائرة. الاتصال بجهاز كمبيوتر على النحو التالي:



مرشح مدخل يحمي النظام من ترتد الاتصال والتدخل العرضي.


DSKY الرؤية الخلفية

الإجراء القياسي لإدخال أمر في DSKY هو التسلسل: VERB-DIGIT-DIGIT و NOUN-DIGIT-DIGIT و ENTR. وهذا يعكس أيديولوجية تفاعل المستخدم مع AGC: الفعل (VERB) يتم إدخاله ، ورقم الإجراء الذي يتعين القيام به ، والإسم (NOUN) ، المشفران أيضًا بواسطة الرقم ، الذي يشير إلى الكائن الذي يتم توجيه الإجراء إليه. إن قائمة أكواد الفعل والأسماء موجودة في التعليمات التي كان لدى رواد الفضاء.

يؤدي الضغط على زر VERB على لوحة المفاتيح إلى مسح مؤشر VERB. ثم يقدم رائد الفضاء رقمين ، يتم تفسيرهما على أنه رقم الفعل ، ثم يتم تنفيذ نفس الشيء مع الاسم (NOUN). حتى يتم الضغط على زر ENTR ، يمكن تصحيح الرموز عن طريق تكرار الإدخال NOUN أو VERB. بعد الضغط على ENTR ، تومض الأرقام الموجودة على مؤشر VERB و NOUN كل 1.5 ثانية ، وهذا يعني أن المشغل يجب أن يدخل البيانات التي تعتمد على العملية. بعد ذلك ، تبدأ العملية.


داخل DSKY

يمكن إدخال البيانات في ثماني وعشري. يعتقد الكمبيوتر أنه إذا لم يتم إدخال علامة "+" أو "-" ، فستكون البيانات في شكل ثماني. إذا ضغطت على الأزرار 8 أو 9 عند إدخال رقم ثماني ، فسيومض مؤشر OPR ERR. في حالة الضغط على مفتاحي "+" أو "-" ، تظهر العلامة المقابلة على الشاشة ، مما يعني أن الكمبيوتر جاهز لاستقبال رقم عشري. إذا أخطأ المشغل ، فيمكنه الضغط على مفتاح CLR وتكرار الإدخال. الضغط على ENTR يكمل الإدخال. لإعادة تعيين إشارة OPR ERR والعودة إلى وضع الإدخال ، استخدم زر RSET.

يُستخدم زر RSET لإسكات جميع إشارات التحذير: TEMP و GIMBAL LOCK و PROG و RESTART و TRACKER. يمكن أن يكون ذلك مفيدًا لمعرفة ما إذا كانت إشارة التحذير قصيرة الأجل أو إذا كان الخطأ الذي تسبب فيها موجودًا.


داخل DSKY

تحتوي وحدة فك الترميز على أربعة برامج تشغيل لخط الترحيل ومجموعة مصفوفة ديود ، بالإضافة إلى مفاتيح الإثارة لصفوف مصفوفة الترحيل. البتات 12-15 حدد أحد صفوف مصفوفة الترحيل.


تتابع مصفوفة فك

دعنا نفكر في كيفية تشغيل الصف 1. يتوافق مع الرمز 0001. يتم توفيره من خلال واجهة A25 وموصل J9 في حالة DSKY وعلى خط CE225 - CE228. الإشارات مقلوبة ، أي CE226 - CE228 قبول قيمة السجل. 1 ، و CE225 هو السجل. 0. يقوم المنطق 1 عند الإدخال بإغلاق الترانزستور Q1 ، كما يتم إغلاق الترانزستور Q2 ، ويفتح الترانزستور Q3. وبالتالي ، بالنسبة لمخرجات الأسطر X في CE226-CE228 ولإخراج الأسطر Y في CE225 ، ستكون الحالة عبارة عن سجل. 1. تحتوي مصفوفة الصمام الثنائي على 8 مدخلات متصلة بالمخرجات المباشرة والعكسية لمفاتيح الترانزستور (المخرجات X و Y في الشكل). في حالتنا ، يجب أن تكون الثنائيات CR53 من الوحدات D2 و D3 و D4 ، وكذلك الصمام الثنائي CR63 من الوحدة D5 ، منحازة في الاتجاه المعاكس. إذا تم إغلاق هذه الثنائيات ، يتم تشغيل كتلة CKT004 ، الصف الأول المثير ، بينما يمر الجهد + 28 فولت عبر الدائرة Q1 (CKT011) ، R8 ، CR44 ، R9 (CKT004) ويفتح الترانزستورات Q4 ، Q5 (CKT004). عندما تفتح الترانزستورات ، فإنها تصل الصف الأول من التبديلات إلى الصفر ، مما يعني أنه تم تحديد الصف.

يتم استخدام الصف السفلي من الثنائيات في مجموعة الصمام الثنائي (CR54 في وحدات D2-D5) للكشف عن وجود سجل. 0 في البتات من 12 إلى 15 من القناة 10. في حالة وجود صفر على الأقل ، تكون واحدة من الثنائيات على الأقل مفتوحة ويتم تزويد الجهد 0VDC بمصدر الجهد لبرامج تشغيل الصف. إذا كانت البتات الأربعة تساوي 0 ، فسيتم إغلاق جميع الثنائيات الأربعة ، ويتم تطبيق جهد + 28VDC على دخل محرك الطاقة. يفتح الترانزستور Q2 ويغلق الترانزستور Q3. يتم إغلاق الترانزستور Q1 ، وإخراج السائق هو دائرة مفتوحة ، ولا يتم توفير أي جهد لمحركات الخط.


DSKY عرض القاع

للتحكم في مؤشرات الحالة والخطأ ، يتم استخدام مصفوفة الترحيل في وحدة برنامج تشغيل المؤشر (الشكل). بالإضافة إلى التتابع ، يحتوي على 6 برامج تشغيل متطابقة للترانزستور (D1-D6).


DSKY مؤشر وحدة سائق

يتم عرض مصفوفة الترحيل في الشكل أدناه:


مصفوفة التتابع

يتلقى كل سائق مرحل من بت 1-11 من القناة 10. النظر في بت 11 (الدائرة 006 في الوحدة النمطية D6). إذا تم تعيين بت 1 من القناة 10 لتسجيل الدخول. 1 ، هو مقلوب إلى دائرة واجهة A25 ، لربط J9 في الدائرة CE224. هذا يفتح الترانزستور Q8 ، والذي يغلق الترانزستور Q9. يوجد جهد 28 فولت في الطرف 10 من عمود الترحيل ، بما في ذلك اللافتات "+" و "-" على الشاشة. يتم تحديد الصف بواسطة مصفوفة الصمام الثنائي. من خلال تحديد صف وعمود ، يمكن للكمبيوتر تبديل كل مرحل فردي في المصفوفة.

مرحلات المصفوفة تتحكم في مؤشرات DSKY. يتحكم الصف 12 في مؤشرات الحالة والإنذارات.


ترحيل مصفوفة رموز

يوضح الجدول أعلاه المراسلات بين محتويات القناة 10 ورقم المؤشر الذي يتحكم فيه المرسل المقابل. خمسة مرحلات السيطرة على رقم واحد. تستخدم البتات 6-10 للتحكم في الرقم الأول ، وتتحكم البتات 1-5 في الرقم الثاني ، بينما تتحكم البتة 11 في العلامة ("+" أو "-"). يتم إعطاء رموز الأرقام في الجدول:


رموز الأرقام

سجل. 1 يتوافق مع التتابع.



يوضح الجدول أعلاه مراسلات الرموز والأرقام المشار إليها.

يظهر الرسم التوضيحي لمؤشرات التتابع في الشكل أدناه.


رسم تخطيطي لمصفوفة ترحيل المؤشرات

تتألف دوائر الحالة والتنبيه من السائقين والمرحلات غير المستقطبة.


دوائر الإنذار والحالة

على سبيل المثال ، عندما تكون إشارة ISS WARNING في السجل. 0 ، فإنه يفتح الترانزستور Q13 واللوازم + 28V لترحيل K21. يتم تشغيل Relay K21 ويمرر إشارة الدخل ALARM COMMON إلى الشاشة وإلى قسم PGNCS كإشارة تحذير ISS.


كابل DSKY للكمبيوتر والأنظمة المدمجة

يتم تشغيل وحدة DSKY بقدرة 28 فولت و 14 فولت تيار متردد من الكمبيوتر ، ويتم استخدام إشارة التزامن تبلغ 800 هرتز ، والتي يتم استخدامها لتوليد جهد 250VAC بتردد 400 هرتز لتشغيل الشاشة.


DSKY مخطط التيار الكهربائي

يتكون مصدر الطاقة من ثلاث مراحل ترانزستور دفع ، معزولة بواسطة المحولات. يتم تغذية إشارة مستطيلة مع الجهد من حوالي 14V وتردد 800 هرتز إلى المدخلات. يمكن التحكم في مستوى الجهد من لوحة المركبة الفضائية ويعمل على ضبط سطوع المؤشرات. المحولات T1 و T2 تزيد من الجهد ، عند الخرج يوجد خنق مع تشبع L2. هناك حاجة إلى محث لتحقيق الاستقرار في الجهد على المؤشرات. المؤشرات حمولة سعوية ، تعتمد قيمة السعة على عدد المؤشرات. التغييرات في الحمل تسبب تغييرا في الجهد في دائرة التغذية المرتدة ، والتي يتم تغذيتها من خلال مقوم الجسر إلى التحكم المتعرج L2. إذا تم تشغيل المزيد من المؤشرات ، يزداد الجهد في لف التحكم ، يبدأ اللب في التشبع ، في حالة انخفاض عدد المؤشرات ، ينخفض ​​الجهد على لف التحكم ، ويخرج اللب من التشبع ، وبالتالي يبقى جهد الخرج ثابتًا.


نسخة مبكرة من DSKY. لم يتم استخدام هذا الخيار في الرحلة.

الأدب والمراجع:

1. كمبيوتر أبولو غايدنس: العمارة والتشغيل. فرانك أوبراين ، كتب سبرينغر براكسيس ، 2010

2. مفهوم AGC

3. http://www.righto.com/ مدونة تحتوي على مجموعة من المقالات حول AGC

4. https://hackaday.com/2016/09/02/decoding-ediscovered-rope-memory-from-the-apollo-guidance-computer/ - فك تشفير ذاكرة الحبل المكتشفة من كمبيوتر Apollo Guidance

5. https://hackaday.com/2016/07/05/don-eyles-walks-us-through-the-lunar-module-source-code/ - Don Eyles يسير بنا عبر رمز مصدر الوحدة النمطية القمرية

6. https://github.com/chrislgarry/Apollo-11 - مستودع به أكواد مصدر البرنامج

7. https://github.com/shirriff/rope-simulator - مستودع مع دوائر محاكاة ROM.

8. https://dodlithr.blogspot.com/search/label/Apollo٪20Systems - مجموعة كبيرة من المواد على AGC و DSKY.

9. http://www.ibiblio.org/apollo/ - محاكي AGC عبر الإنترنت.

10. https://github.com/virtualagc - مستودع به الكثير من المعلومات المفيدة ، بما في ذلك إصدار Verlog من AGC ، بالإضافة إلى الدوائر ولوحات النسخ المتماثلة AGC ، ومخططات AGC و DSKY الأصلية (في المخزون https://github.com/virtualagc / virtualagc )