अपोलो ऑन-बोर्ड नियंत्रण कंप्यूटर: कई सिले हुए कोर पर मेमोरी के डिपस्टिक और इंजीनियरिंग विश्लेषण

अपोलो अंतरिक्ष यान में स्थित, नियंत्रण कंप्यूटर (अपोलो गाइडेंस कंप्यूटर, एजीसी) ने जहाज को चंद्रमा पर जाने और उसकी सतह पर उतरने में मदद की। AGC सॉफ़्टवेयर को केवल पढ़ने के लिए मेमोरी कोर कोर मेमोरी [कोर रस्सी मेमोरी] में बुना गया था। केन शिरिफ और समान विचारधारा वाले लोग एजीसी (नीचे चित्रित) का पुनर्निर्माण कर रहे हैं, जिसमें कोर पर पर्याप्त मेमोरी नहीं है, जिसके बजाय ऐसी मेमोरी के सिम्युलेटर बक्से स्थापित किए जाते हैं। इन बक्से का उपयोग कार्यक्रम के विकास और जमीनी परीक्षण के दौरान किया गया था, ताकि इंजीनियरों को लगातार मेमोरी को फ्लैश न करना पड़े। सिम्युलेटर के पास कोई दस्तावेज नहीं है, इसलिए मैं [ब्लॉग प्रविष्टि / लगभग के लेखक। अनुवाद।] ने अपने इंजीनियरिंग विश्लेषण को अंजाम दिया, इंटरफ़ेस को इकट्ठा किया और सिम्युलेटर का उपयोग करके हमने अपने एजीसी पर कार्यक्रम शुरू किए। हालाँकि, इस प्रक्रिया में हमें कुछ कठिनाइयों का सामना करना पड़ा।


कवर हटाए गए एजीसी कंप्यूटर। आप मदरबोर्ड को तारों के एक गुच्छा के साथ देख सकते हैं। स्मृति के लिए स्थानों में, सिमुलेशन बक्से दिखाई देते हैं। अग्रभूमि में इंटरफ़ेस कार्ड आधुनिक हैं।

कई सिले हुए कोर पर स्मृति

AGC में कई सिले हुए कोर पर छह मेमोरी मॉड्यूल थे, जिनमें से प्रत्येक को केवल 6 किलोवॉसोल जानकारी (लगभग 12 Kb) में संग्रहीत किया गया था। मेमोरी मॉड्यूल वीडियो गेम के लिए ROM कार्ट्रिज की तरह थोड़े थे, और उन्होंने सॉफ़्टवेयर को स्थिर लेकिन मिटने योग्य रूप में रखा। चुंबकीय कोर के माध्यम से तारों को बुनाई द्वारा कार्यक्रम दर्ज किए गए थे। कोर के माध्यम से गुजरने वाले तार ने बिट 1 को निरूपित किया, और एक निरूपित बिट को दरकिनार करके 0. कोर के माध्यम से या उसके चारों ओर 192 तारों को बुनाई करके, 192 बिट्स को स्टोर करना संभव था, जिसने चुंबकीय कोर पर पुन: लिखने योग्य मेमोरी की तुलना में बहुत अधिक घनत्व दिया, जो प्रति कोर एक बिट संग्रहीत करता था।


AGC के साथ कई सिले हुए कोर (ब्लॉक I) पर मेमोरी

इस तरह की मेमोरी बनाना एक श्रमसाध्य प्रक्रिया थी जिसमें 8 सप्ताह का समय लगता था और इसकी लागत $ 15,000 प्रति मॉड्यूल थी। अनुभवी महिलाओं ने तारों को मैन्युअल रूप से पारित किया, एक खोखले सुई के साथ एक के बाद एक कोर को चमकते हुए जिसके माध्यम से तार को थ्रेडेड किया गया था (नीचे चित्र)। उन्हें एक स्वचालित प्रणाली द्वारा सहायता प्रदान की गई थी जो छिद्रित टेप से कार्यक्रम को पढ़ती थी और कोर के सरणी के ऊपर एक छेद रखती थी। बुनकर ने सुई को छेद के माध्यम से पारित किया, जिससे तार जहां आवश्यक था। उसके बाद, मेमोरी को मॉड्यूल पर सैकड़ों प्रतिरोधों और डायोड के साथ रखा गया था, और उड़ान में विश्वसनीयता के लिए एपॉक्सी से भरा था।


एक महिला एक स्थायी स्मृति को चमकती है, इसमें एक कार्यक्रम शुरू करती है

बार-बार सिले हुए कोर पर स्मृति का सिम्युलेटर

मेमोरी को चमकाने की प्रक्रिया में बहुत समय और पैसा लगा, इसलिए परीक्षण और विकास के दौरान एक विकल्प की आवश्यकता थी। टांके वाले कोर के बजाय, नासा ने अपने सिमुलेटर का उपयोग किया, जिससे एजीसी को बाहरी सिस्टम से डेटा डाउनलोड करने की अनुमति मिली। हमारे एजीसी का उपयोग जमीनी परीक्षण के लिए किया गया था, इसलिए इसमें टाँके नहीं थे, लेकिन उनके सिम्युलेटर थे। इसमें दो बॉक्स होते हैं जो टाँके वाले कोर के लिए कनेक्टर्स से जुड़े होते हैं, और प्रत्येक बॉक्स में तीन मेमोरी स्लॉट होते हैं। उन्हें नीचे की तस्वीर में एजीसी के बाईं ओर देखा जा सकता है, और बाहरी कंप्यूटर से कनेक्ट करने के लिए उनके पास गोल सैन्य कनेक्टर हैं।


सिम्युलेटर बॉक्स वास्तविक मेमोरी मॉड्यूल के बजाय एजीसी के बाईं ओर स्थापित किए जाते हैं।

हालांकि हमारे पास एजीसी के लिए विस्तृत दस्तावेज हैं, मैं सिम्युलेटर के लिए दस्तावेज नहीं ढूंढ सका। मुझे सभी योजनाओं का अनुसरण करते हुए और बक्से क्या करते हैं, इसका एहसास करते हुए मुझे इंजीनियरिंग विश्लेषण लागू करना पड़ा। उनमें से बाहरी अध्ययन बहुत कम देता है। प्रत्येक बॉक्स के एक तरफ बाहरी सिस्टम से कनेक्ट करने के लिए एक एमआईएल-स्पेक कनेक्टर है। दूसरी ओर, एजीसी से जुड़े 96 पिंस के तीन समूह हैं। संपर्कों का प्रत्येक समूह कोर पर एक मेमोरी मॉड्यूल की जगह लेता है।



बक्से खोलने से गैर-मानक विधानसभा तकनीक दिखाई दी। आंशिक रूप से, आकृति में, एक विधि का उपयोग किया गया था जो संरचनात्मक रूप से कॉर्डवुड के समान था - घटकों को धातु ब्लॉक में छेद के साथ लंबवत रूप से माउंट किया गया था। इकाई के दोनों किनारों पर, संपर्क तारों से मिलाया गया था। बक्से में अन्य सर्किट मानक एकीकृत सर्किट (टीटीएल 7400) का उपयोग करते थे। लेकिन आधुनिक मुद्रित सर्किट बोर्डों के विपरीत, चिप्स को "डिपस्टिक" [ डिपस्टिक), एनजी नामक प्लास्टिक मॉड्यूल के अंदर रखा गया था । - जांच ] और तारों के साथ मिलकर घाव थे।

कॉर्डवुड लेआउट

एनालॉग सर्किट बनाने के लिए AGC में "कॉर्डवुड" लेआउट का सक्रिय रूप से उपयोग किया गया था, और यह मेमोरी सिमुलेटर (नीचे देखें) में भी मौजूद है। केंद्र में सफेद वृत्त प्रतिरोधों और डायोड के छोर हैं जो मॉड्यूल में लंबवत रूप से लगाए गए हैं और दोनों तरफ के संपर्कों के साथ हैं। घटकों को कसकर पैक किया जाता है, लॉग की तरह, यही वजह है कि इस लेआउट को कॉर्डवुड कहा जाता है। पल्स ट्रांसफार्मर बड़े ग्रे सर्कल के तहत स्थित हैं। मॉड्यूल के दूसरी तरफ एक ही हैं, और उनके नारंगी, पीले, लाल और भूरे रंग के तार छेद से निकलते हैं। काले तार कॉर्डवुड सर्किटरी को डिजिटल लॉजिक से जोड़ते हैं। फोटो के शीर्ष पर आप खूंटे को देख सकते हैं जिस पर डायोड और प्रतिरोधों को माउंट किया गया है, साथ में एजीसी से जुड़े संपर्कों के साथ कनेक्शन है।



कॉर्डवुड लेआउट का मुख्य लक्ष्य एजीसी सर्किट और मेमोरी सिम्युलेटर बक्से के बीच विद्युत अलगाव प्रदान करना है। आधुनिक सर्किट में, ऑप्टोइसोलॉटर इस फ़ंक्शन को करते हैं, लेकिन सिमुलेटर ने इसके बजाय छोटे पल्स ट्रांसफार्मर का उपयोग किया। चूंकि प्रत्येक बॉक्स तीन अलग-अलग मेमोरी मॉड्यूल के लिए डिज़ाइन किए गए सिग्नल प्राप्त करता है, कई डायोड तीन संकेतों को एक में जोड़ते हैं। प्रतिरोध नाड़ी ट्रांसफार्मर से गुजरने वाले वर्तमान को नियंत्रित करते हैं।

एनालॉग कॉर्डवुड सर्किट की संरचना को समझना मुश्किल था। सबसे पहले, घटक दिखाई नहीं देता है, क्योंकि वे मॉड्यूल में एकीकृत होते हैं। मुझे यह समझने के लिए एक मल्टीमीटर का उपयोग करना था कि वे कहां हैं। दूसरे, चूंकि कॉर्डवुड लेआउट में दोनों तरफ संपर्क दिखाई देते हैं, इसलिए मैंने सही संपर्कों की तलाश में बॉक्स को चालू करने में बहुत समय बिताया। अंत में, मैं एक कॉर्डवुड के लेआउट आरेख को खींचने के लिए एक सुविधाजनक तरीका के साथ नहीं आ सका जो लाइनों का भूलभुलैया उत्पन्न नहीं करता था।

डिजिटल लॉजिक और डिपस्टिक

1968 में एकीकृत सर्किट के प्रोटोटाइप की सुविधा के लिए डिपस्टिक एक प्लग-इन शुरू किया गया था। उन्होंने मुद्रित सर्किट बोर्डों को एक डबल घनत्व पैकेजिंग प्रणाली के साथ बदल दिया।



सर्किट को जोड़ने के लिए नीचे से लपेटे गए संपर्कों के कनेक्शन के साथ कनेक्टर के प्लास्टिक ब्लॉक में विचार था। कनेक्टर ब्लॉक में सम्मिलित धारक पर एकीकृत सर्किट लगाए गए थे। शीर्ष पर धारक को अतिरिक्त घटकों को स्थापित करने के लिए कानों को टांकना पड़ता था, जैसे कि डेकोप्लिंग कैपेसिटर। नीचे दी गई तस्वीर डिपस्टिक मॉड्यूल दिखाती है जिसमें एक धारक को बाहर निकाला गया है। प्रत्येक धारक को 5 आईपी रखे गए। आईसी संपर्कों को धारक के संपर्कों और कनेक्टर ब्लॉक के संपर्कों के बीच रखा गया था। यह विचार अच्छा लगा, लेकिन अंत में यह अविश्वसनीय था। डीपस्टिक एक असफल परियोजना थी।



नीचे दी गई फोटो डिपस्टिक के नीचे से तार लपेटने की मदद से जुड़े संपर्कों को दिखाती है। मेरे लिए उन्हें ट्रैक करना बेहद मुश्किल था, समान नीले तारों के समुद्र में प्रत्येक पोस्टिंग के माध्यम से जाना असंभव था। मुझे मल्टीमीटर के साथ सब कुछ रिंग करना था। तब मैं एक योजनाबद्ध आरेख आकर्षित करने और यह क्या करता है इसके बारे में सोचने में सक्षम था। कुल मिलाकर, सिम्युलेटर में लगभग 50 आईसी का उपयोग किया गया था।



घटकों के लेबलिंग को देखते हुए, सिम्युलेटर बक्से को 1971 में इकट्ठा किया गया था। और हालांकि एजीसी के डिजाइन के बाद से केवल कुछ साल बीत चुके हैं, लेकिन सिमुलेटर में प्रौद्योगिकियां पहले से अधिक उन्नत दिखती हैं, जो 1960 के दशक के मध्य से 1970 के दशक तक आईपी की तीव्र प्रगति को दिखाता है। AGC को सरल एकीकृत परिपथों के आधार पर इकट्ठा किया गया था, जिनमें से प्रत्येक में दो NOR द्वार और एकीकृत आदिम प्रतिरोधक-ट्रांजिस्टर तर्क (RTL) शामिल हैं। सिम्युलेटर बक्से में पहले से ही अधिक जटिल 7400 श्रृंखला चिप्स हैं जिनमें ट्रांजिस्टर-ट्रांजिस्टर लॉजिक (टीटीएल) पर दस से अधिक तत्व हैं। एजीसी में अप्रचलित फ्लैट आईसी के विपरीत, सिम्युलेटर बक्से डीआईपी (दोहरी इन-लाइन पैकेज) पैकेज में चिप्स का उपयोग करते हैं, और ऐसे मामले अभी भी उपयोग में हैं।

इंजीनियरिंग विश्लेषण के परिणाम

सभी आकृति को ट्रैक करने के बाद, मुझे एहसास हुआ कि सिम्युलेटर कैसे काम करता है, और आरेखों को आकर्षित किया। वास्तव में, एक बॉक्स उस पते को डीकोड करता है जहां से एक्सेस किया जा रहा है, और दूसरा एजीसी को आवश्यक डेटा भेजता है (मैं इसे "एड्रेस बॉक्स" और "डेटा बॉक्स" कहूंगा)।

एड्रेस बॉक्स सिग्नल प्राप्त करता है और उन्हें बाइनरी में परिवर्तित करता है। कार्य सरल नहीं है, क्योंकि सिग्नल उच्च वर्तमान दालों और 14 वी वोल्टेज के रूप में आते हैं, जो कोर को स्विच करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। इसके अलावा, इन दालों को समय पर अलग किया जाता है, क्योंकि कुछ कोर को एक दिशा में स्विच करते हैं, जबकि अन्य वापस स्विच करते हैं। अंत में, कोर को भेजे गए दालों में न केवल एक पता होता है, बल्कि 6 मॉड्यूल में से एक का चयन करने के लिए और मॉड्यूल में 12 थ्रेड्स में से एक का चयन करने के लिए एक संकेत भी होता है।

पता बॉक्स नाड़ी कन्वर्टर्स का उपयोग करता है, 14 वी दालों को टीटीएल संकेतों में परिवर्तित करता है। इसमें बाइनरी पतों में संकेतों को परिवर्तित करने के लिए AND-OR तर्क का एक गुच्छा होता है (और यह तुच्छ नहीं है, क्योंकि प्रत्येक मॉड्यूल में 6 किलोसलवोल होता है, यह दो की शक्ति नहीं है, इसलिए कई बिटवाइज़ हेरफेर की आवश्यकता होती है)। जब कोई उपलब्ध हो तो फ्लिप फ्लॉप एक पते को अवरुद्ध करता है। अंत में, मल्टीवीब्रेटर का आरसी सर्किट विभिन्न संकेतों, पते की उपलब्धता और परिणाम को एजीसी को भेजने के आधार पर समय, निर्धारण, को नियंत्रित करता है।

डेटा बॉक्स सरल है। यह एक बाहरी सिस्टम से 16 बिट डेटा प्राप्त करता है और एजीसी एम्पलीफायरों को सिग्नल भेजता है, कोर से मिलीवॉल सिग्नल का अनुकरण करता है। ये संकेत नाड़ी कन्वर्टर्स द्वारा उत्पन्न होते हैं। एड्रेस बॉक्स और डेटा बॉक्स एजीसी बैकप्लेन के तारों पर संचार करते हैं।

बक्से लंबे केबलों से शोर को खत्म करने के लिए अंतर संकेतों का उपयोग करते हुए एक बाहरी प्रणाली के साथ संवाद करते हैं। बक्से में 5 V LM109 नियामक होते हैं जो TTL की आपूर्ति करते हैं। एक बॉक्स एक बाहरी कनेक्टर के माध्यम से एक अनियमित डीसी प्राप्त करता है और एक एजीसी बैकप्लेन के माध्यम से दूसरे को एक अनियमित डीसी भेजता है (जो मेरे लिए, बल्कि अजीब है)।

एक इंटरफ़ेस के रूप में बीगलबोन

सिम्युलेटर के काम से निपटा, तो यह प्रोग्राम से सिम्युलेटर तक डेटा पहुंचाने में सक्षम इंटरफ़ेस बनाने के लिए आवश्यक था। मैंने एक छोटे लिनक्स-आधारित सिंगल-बोर्ड कंप्यूटर, बीगलबोन का उपयोग किया। बीगलबोन का लाभ यह है कि इसमें तेज माइक्रोकंट्रोलर हैं जो एजीसी से मेमोरी अनुरोधों के लिए वास्तविक समय में प्रतिक्रिया दे सकते हैं।


इंटरफ़ेस बीगलबोन में फंस गया बोर्ड है। प्रत्येक दो केबल इसके बॉक्स सिम्युलेटर पर जाते हैं।

मैंने बीगलबोन से जुड़ने के लिए एक इंटरफ़ेस बोर्ड तैयार किया। यह काफी सरल है: AM26C32 डिफरेंशियल लीनियर रिसीवर्स जो सिम्युलेटर के डिफरेंशियल सिग्नल्स को बीगलबोन के लिए 3.3 V लॉजिक सिग्नल्स में बदल देते हैं और AM26C31 डिफरेंशियल लीनियर ड्राइवर्स को सिग्नल्स भेजने के लिए। मैंने KiCad में बोर्ड डिज़ाइन किया और AGC की बहाली के प्रायोजक PCBWay से उत्पादन का आदेश दिया।

मैंने एक कार्यक्रम लिखा जो एक बीगलबोन माइक्रोकंट्रोलर, पीआरयू पर चलता है। यह वास्तव में, एक स्टेट मशीन है, जो सिम्युलेटर बॉक्स से पते की प्रतीक्षा कर रही है, टाइमिंग सिग्नल की प्रतीक्षा कर रही है, बीगलबोन रैम से शब्द पढ़ रही है, और सिम्युलेटर को शब्द भेज रही है। मैंने गितुब पर कार्यक्रम पोस्ट किया।

सिम्युलेटर मुद्दों

बार-बार सिले हुए कोर पर मेमोरी सिमुलेटर को अपोलो ऑन-बोर्ड नियंत्रण कंप्यूटर मानकों के अनुसार इकट्ठा नहीं किया गया था, और परिणामस्वरूप, मुझे उन्हें डिबग करने के लिए लंबा समय लेना पड़ा। कई कनेक्शन टूट गए थे, उन्हें फिर से मिलाया जाना था (मुझे नहीं पता कि क्या वे समय-समय पर टूट गए, या जब मैं कार्य योजना को समझ गया)। हमने एक डिपस्टिक और एक दोषपूर्ण आईसी में एक शॉर्ट सर्किट भी पाया।



सभी समस्याएँ डिपस्टिक्स के साथ थीं, क्योंकि कई संपर्क डिपस्टिक और आईपी के बीच अन्तर्निहित थे। समस्या यह थी कि आईसी के संपर्क डिपस्टिक धारक और उस ब्लॉक के संपर्क के बीच एक सैंडविच के तरीके में स्थित थे जहां उन्हें डाला गया था। प्लास्टिक डिपस्टिक बाहर की ओर झुकते हैं, यही कारण है कि संपर्क समय-समय पर काम नहीं करते हैं। एस अक्षर के रूप में आईपी के पैरों को मोड़ने के बाद, मार्क कम से कम कुछ समय के लिए दोनों पक्षों से संपर्क प्रदान करने में कामयाब रहे। लेकिन कुछ घंटों के बाद, आईसी के नरम पैर वापस झुक गए, संपर्कों ने फिर से खराब काम करना शुरू कर दिया, इसलिए हमारे पास इस समस्या का दीर्घकालिक समाधान नहीं था।

सबसे दिलचस्प समस्या एजीसी से दो संकेतों की दौड़ थी, जो एक साथ रुकने वाले थे। उन्होंने पल्स कन्वर्टर के कॉइल के दोनों सिरों को खिलाया, जो सिग्नल देने वाला नहीं था। हालांकि, एक संकेत दूसरे के पीछे चला गया, जिसके कारण एक प्रेरक आवेग दिखाई दिया। दुर्भाग्य से, सिम्युलेटर बॉक्स में डिजिटल तर्क अतुल्यकालिक था, इस आवेग ने फ्लिप फ्लॉप में पते के गलत बिट को अवरुद्ध कर दिया, और परिणामस्वरूप, मेमोरी में गलत स्थान तक पहुंच हुई। नतीजतन, हमने इस समस्या को ट्रैक किया और अतिरिक्त कैपेसिटर स्थापित किए जो नाड़ी को फ़िल्टर करते हैं। दुर्भाग्य से, हमने बहुत बड़े कैपेसिटर ले लिए और अन्य मामलों में सिग्नल में बहुत देरी हो गई, जिसके कारण अन्य त्रुटियां सामने आईं। फिर हमने छोटे कैपेसिटर लगाए, और आखिरकार विंटेज कोर मेमोरी सिमुलेटर का उपयोग करके एजीसी पर सफलतापूर्वक कार्यक्रम चलाने में कामयाब रहे।

निष्कर्ष

अपोलो ऑन-बोर्ड नियंत्रण कंप्यूटर कई सिले हुए कोर पर मेमोरी का उपयोग करता है। चूंकि विकास के दौरान इस तरह की मेमोरी को लगातार रीमेक करना अव्यावहारिक होगा, इसके बजाय सिमुलेटर का उपयोग किया गया था। मैंने सिम्युलेटर का एक इंजीनियरिंग विश्लेषण किया और बीगलबोन का उपयोग करके इसके संचालन के लिए एक इंटरफ़ेस बनाया। हमने इस इंटरफ़ेस के माध्यम से एजीसी कार्यक्रमों को सफलतापूर्वक लॉन्च किया है। हालाँकि, मेमोरी सिम्युलेटर समस्याग्रस्त और अविश्वसनीय था।

@ CuriousMarc ने मेमोरी सिम्युलेटर के साथ हमारे काम का विवरण देते हुए एक वीडियो बनाया: