차량 디지털 컴퓨터 시작
Launch Vehicle Digital Computer
발사차량 디지털 컴퓨터(LVDC)는 새턴 V 로켓의 발사부터 지구 궤도 삽입까지 자동 조종 장치를 제공하는 컴퓨터였습니다.뉴욕 오웨고에 있는 IBM의 전자 시스템 센터에서 설계 및 제조한 이 로켓은 새턴 V 로켓과 새턴 IB 로켓의 S-IVB 단계에 장착되는 계기부의 주요 부품 중 하나였습니다.LVDC는 또한 새턴 하드웨어의 발사 전후 점검을 지원했습니다.이는 발사 차량 데이터 어댑터(LVDA)와 함께 사용되었으며, 센서 입력에서 발사 차량의 컴퓨터로 신호 조정을 수행합니다.
철물
LVDC는 초당 12190개의 명령을 실행할 수 있었습니다.이에 비해 2022년 기준으로 캘리포니아 대학의 연구원들은 초당 1조 7,800억 개의 명령어를 실행할 수 있는 칩을 개발했는데,[1] 이는 1억 4,600만 배나 빠른 속도입니다.
마스터 클럭은 2.048 MHz에서 실행되었지만, 동작은 비트 직렬로 수행되었으며, 명령 위상당 14비트씩, 명령 위상당 3상씩, 간단한 추가를 위해 82μs(168 클럭 사이클)의 기본 명령 사이클 시간 동안 각 비트를 처리하는 데 필요했습니다.몇 가지 명령(예: 곱셈 또는 나눗셈)을 실행하는 데 기본 명령 사이클의 몇 배가 필요했습니다.
메모리는 각각 14번째 패리티 비트가 있는 13비트 음절의 형태였습니다.[2]명령어의 크기는 한 음절이었고, 데이터 워드는 두 음절(26비트)이었습니다.주 메모리는 4,096 워드 메모리 모듈 형태의 랜덤 액세스 마그네틱 코어였습니다.최대 8개의 모듈이 최대 32,768 워드의 메모리를 제공했습니다.초음파 지연 라인이 임시 저장공간을 제공했습니다.
신뢰성을 위해, LVDC는 3중 중복 논리와 투표 시스템을 사용했습니다.그 컴퓨터는 세 개의 동일한 논리 시스템을 포함하고 있었습니다.각 논리 시스템은 7단계 파이프라인으로 분할되었습니다.파이프라인의 각 단계에서 투표 시스템은 결과에 대한 다수결을 거치게 되며, 가장 인기 있는 결과는 모든 파이프라인에서 다음 단계로 전달됩니다.이는 7단계마다 3개의 파이프라인 중 어느 하나의 파이프라인에서 하나의 모듈이 고장날 수 있으며 LVDC는 여전히 정확한 결과를 제공할 수 있음을 의미합니다.[3]그 결과 250시간의 작동 시간 동안 99.6%의 신뢰도가 추정되었으며, 이는 아폴로 임무에 필요한 몇 시간보다 훨씬 더 높은 수치였습니다.
총 16,384 워드의 용량을 제공하는 4개의 메모리 모듈로 컴퓨터 무게는 72.5 lb(32.9 kg), 크기는 29.5 x 12.5 x 10.5 인치(750 mm x 320 mm x 270 mm)였으며 137W를 소비했습니다.
LVDC는 LVDA(Launch Vehicle Data Adapter)와 디지털 통신을 수행했습니다.LVDA는 비행 제어 컴퓨터(FCC)와 함께 아날로그-디지털 및 디지털-아날로그로 변환되었습니다.FCC는 아날로그 컴퓨터였습니다.
소프트웨어 아키텍처 및 알고리즘
LVDC 명령어는 4비트 opcode 필드(최소-의미 비트)와 9비트 operand address 필드(최대-의미 비트)로 구분되었습니다.18개의 다른 명령어가 있을 때 16개의 가능한 opcode 값을 남겼습니다. 결과적으로 명령어 중 3개는 동일한 opcode 값을 사용하고, 어떤 명령어가 실행되었는지 결정하기 위해 주소 값의 2비트를 사용했습니다.
메모리는 256단어의 "섹터"로 나뉘었습니다.주소의 8비트는 섹터 내의 단어를 지정하고, 소프트웨어 선택이 가능한 "현재 섹터" 또는 "residual 메모리"라고 하는 글로벌 섹터 사이에서 선택된 9비트입니다.
18가지 가능한 LVDC 지침은 다음과 같습니다.[4]: 20–101
| 설명 | 옵코드 | 기능. |
|---|---|---|
HOP | 0000 | 프로그램의 다른 부분으로 실행을 옮깁니다.현대의 '점프' 명령과 달리 피연산자 주소는 점프할 주소를 실제로 지정하지 않고 26비트의 'HOP 상수'를 가리켰습니다. |
MPY | 0001 | 피연산자 주소에 지정된 메모리 위치의 내용에 누산기 레지스터의 내용을 곱합니다.이 명령어는 완료하는 데 4번의 명령어 사이클이 걸렸지만 프로그램 실행을 중지하지 않았기 때문에 다른 명령어는 완료되기 전에 실행할 수 있었습니다.결과가 알려진 레지스터에 남겨졌습니다. |
SUB | 0010 | 연산기 레지스터에서 피연산자 주소에 지정된 메모리 위치의 내용을 풉니다. |
DIV | 0011 | 피연산자 주소에 지정된 메모리 위치의 내용을 어큐뮬레이터로 나눕니다.이 명령어는 완료하는 데 8번의 명령 사이클이 걸렸지만 프로그램 실행을 중지하지는 않았습니다. |
TNZ | 0100 | 누적기 내용이 0이 아닌 경우 지정한 피연산자 주소로 명령어 실행을 전달합니다. |
MPH | 0101 | 피연산자 주소에 지정된 메모리 위치의 내용에 누산기 레지스터의 내용을 곱합니다.MPY와 달리 이 명령어는 곱셈이 완료될 때까지 실행을 중지합니다. |
AND | 0110 | 논리적으로 그리고 피연산자 주소에 지정된 메모리 위치의 내용을 가진 누산기의 내용. |
ADD | 0111 | 피연산자 주소에 지정된 메모리 위치의 내용을 누적기 레지스터에 추가합니다. |
TRA | 1000 | 피연산자 주소에 지정된 메모리 위치로 실행을 전송합니다.주소는 현재 명령어 섹터 내에 있으며, 피연산자의 9번째(잔여) 비트는 음절을 선택합니다. |
XOR | 1001 | 피연산자 주소에 지정된 메모리 위치의 내용을 논리적으로 XOR합니다. |
PIO | 1010 | 프로세스 입력 또는 출력: 데이터 어댑터를 통해 외부 하드웨어와 통신합니다."저차 어드레스 비트인 A1과 A2는 연산이 입력 명령인지 출력 명령인지를 판단합니다.상위 어드레스 비트인 A8과 A9는 데이터 콘텐츠가 메인 메모리, 잔여 메모리 또는 누적기에서 전송되는지 여부를 결정합니다." |
STO | 1011 | 피연산자 주소에 지정된 메모리 위치에 축적기 레지스터의 내용을 저장합니다. |
TMI | 1100 | 누적기 내용이 부정적인 경우 지정된 피연산자 주소로 전송 실행합니다. |
RSU | 1101 | 피연산자 주소에 지정된 메모리 위치의 내용에서 누산기의 내용을 뺀 후 누산기에 남은 결과. |
SHR | 01 1110 | 누적기의 내용은 피연산자 주소의 값에 따라 최대 2비트씩 이동됩니다.피연산자 어드레스 비트가 0일 경우 이 명령은 누적기를 지울 수도 있습니다. |
CDS | x01110 | 데이터 섹터를 바꿉니다. |
EXM | 11 1110 | 피연산자 주소에 따라 8개의 주소 중 하나로 실행을 전송하고, 실행 전에 다음 명령어의 피연산자 주소에 대한 수정 사항도 지정합니다. |
CLA | 1111 | (축적기를 지우고) 메모리를 로드합니다. |
프로그램 및 알고리즘
비행 중 LVDC는 차량 안내를 위해 2초마다 주 계산 루프를 실행하고, 자세 제어를 위해 주 계산 루프를 초당 25회 실행했습니다.마이너 루프는 40ms마다 전용 인터럽트에 의해 트리거되며 실행하는 데 18ms가 걸립니다.[5]
아폴로 유도 컴퓨터 소프트웨어와 달리 LVDC에서 작동하던 소프트웨어가 사라진 것 같습니다.하드웨어는 매우 간단하게 모방할 수 있지만, 소프트웨어의 유일한 복사본은 아마도 NASA 사이트에 전시된 나머지 새턴 V 로켓의 Instrument Unit LVDC의 핵심 메모리에 있을 것입니다.[citation needed]
인터럽트
LVDC는 또한 외부 이벤트에 의해 유발되는 여러 가지 인터럽트에 대응할 수 있습니다.
새턴 IB의 경우 이러한 인터럽트는 다음과 같습니다.
| LVDC 데이터 워드 비트 | 기능. |
|---|---|
1 | 내부와 LVDC 연결 |
2 | 여분의 |
3 | 동시 메모리 오류 |
4 | 명령 디코더 인터럽트 |
5 | 지침 참조 릴리스 |
6 | S-IVB 엔진 차단 수동 개시 |
7 | S-IB 선외기 엔진 차단 |
8 | S-IVB 엔진 출력 |
9 | RCA-110A 인터럽트 |
10 | S-IB 저연료 레벨 센서 건조 |
11 | RCA-110A 인터럽트 |
새턴 V의 경우 이러한 인터럽트는 다음과 같습니다.
| LVDC 데이터 워드 비트 | 기능. |
|---|---|
| 1 | 마이너 루프 인터럽트 |
| 2 | 스위치 선택기 인터럽트 |
| 3 | 컴퓨터 인터페이스 장치 인터럽트 |
| 4 | 일시적인 통제력 상실 |
| 5 | 명령 수신기 인터럽트 |
| 6 | 지침 참조 릴리스 |
| 7 | S-II 추진제 고갈/엔진 차단 |
| 8 | S-IC 추진제 고갈/엔진 차단 |
| 9 | S-IVB 엔진 출력 |
| 10 | 프로그램 재활용(RCA-110A 인터럽트) |
| 11 | S-IC 인보드 엔진 출력 |
| 12 | 명령 LVDA/RCA-110A 인터럽트 |
시공
LVDC는 폭이 약 30인치(760mm), 높이가 12.5인치(320mm), 깊이가 10.5인치(270mm)였으며 무게는 72.5파운드(32.9kg)였습니다.[6]섀시는 마그네슘-리튬 합금 LA 141로 제작되었으며, 높은 강성과 낮은 무게, 우수한 진동 감쇠 특성을 가지고 있습니다.[7]: 511 섀시는 벽으로 분리된 3 x 5 행렬의 셀로 분할되었으며, 이 셀을 통해 냉각제가 순환되어 컴퓨터에서 발산되는 138와트의[8] 전력을 제거했습니다.셀 벽의 슬롯들은 전자제품의 "페이지"를 보유하고 있었습니다.컴퓨터 벽을 통해 냉각수를 순환시켜 LVDC를 냉각하기로 한 것은 당시로서는 독특한 결정이었고, 3차원 포장으로 인해 LVDC와 LVDA(이 기술을 사용하여 부품 냉각)를 한 냉판 위치에 배치할 수 있었습니다.Instrument Unit에서 대부분의 장비를 냉각하는 데 사용된 콜드 플레이트는 사용되는 장비의 종류에 따라 다재다능하기는 하지만 공간적 관점에서는 비효율적이었습니다.합금 LA 141은 IBM에 의해 제미니 키보드, 판독 장치, 컴퓨터에 소량 사용되었으며, LVDC의 더 큰 프레임은 당시 주조된 LA 141의 가장 큰 빌릿으로 제작되어 프레임에 가공된 CNC로 제작되었습니다.
페이지는 2.5~3인치(64~76mm) 보드 2개와 저전력 페이지에서는 섀시에 열을 전달하는 마그네슘-리튬 프레임으로 구성되었습니다.12층의 보드는 신호, 전력, 그리고 접지층을 포함하고 있고 층들 사이의 연결은 도금된 관통 구멍으로 만들어졌습니다.도금된 관통 구멍은 장치에서 금속 프레임 및 냉각제 벽으로 열을 전달하는 데 도움이 되도록 의도적으로 장치 논리 장치(ULD) 아래에 배치되었습니다.
최대 35개의 알루미나 정사각형 0.3 x 0.07인치(7.6 mm x 7.6 mm x 1.8 mm)[9]를 보드에 리플로우 솔더링할 수 있습니다.이 알루미나 사각형들은 위쪽은 전도체가, 아래쪽은 저항체가 실크로 가려졌습니다.0.025 x 0.025 인치(0.64 mm x 0.64 mm)의 반도체 칩을 리플로우 솔더링하여 상단에 장착했습니다.완전한 모듈을 단위 논리 장치라고 불렀습니다.[10]단위 논리 장치(ULD)는 IBM의 SLT(Solid Logic Technology) 모듈의 작은 버전이었지만 클립 연결이 가능했습니다.[3][11][12]구리 볼은 칩과 전도성 패턴 사이의 접촉에 사용되었습니다.[7]: 509
전자 구조의 계층 구조는 다음 표와 같습니다.
| 레벨 | 요소 | 재료. | IBM항 |
|---|---|---|---|
| 1 | 트랜지스터, 다이오드 | 0.025xx0.025인치(0.64mmx0.64mm) 실리콘 | - |
| 2 | 최대 14개의 트랜지스터, 다이오드 및 저항기 | 0.3x0.3x0.07인치(7.6mmx7.6mmx1.8mm) 알루미나 | 단위 논리 소자 |
| 3 | 최대 35개의 ULD | 2.5x3인치(64mmx76mm) 인쇄회로기판 | IMT-2000 3GPP-Multi Layer Interconnection Board |
| 4 | 2개의 MIB | 마그네슘-리튬 골격 | 페이지입니다. |
갤러리
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LVDC를 살펴보고 있는 MSFC 관계자들
참고 항목
- 아폴로 유도 컴퓨터
- 아폴로 PGNCS 1차 우주선 유도 시스템
- 쌍둥이자리 우주선 탑재 컴퓨터
메모들
- ^ "World's first 1,000-processor chip designed by UC Davis".
- ^ "Chapter Seven - The Evolution of Automated Launch Processing". Computers in Spaceflight: The NASA Experience. NASA. Retrieved November 19, 2022.
- ^ a b 베르너 폰 브라운 박사."작은 컴퓨터가 가장 강력한 로켓을 조종합니다."Popular Science.1965년 10월 94-95쪽; 206-208쪽
- ^ 새턴 발사 차량 TRX-881
- ^ Hausermann 1970, pp.
- ^ 아폴로 연구 보고서 2권 3-36쪽~3-37쪽국립항공우주박물관의 LVDC 기록부에는 치수가 31x13이라고 나와 있습니다.1x13인치, 무게는 90파운드였습니다.
- ^ a b c M.M. 디킨슨, J.B. 잭슨, G.C. 랜다.IBM 우주 안내 센터, 오웨고, 뉴욕 "새턴 V 발사 차량 디지털 컴퓨터 및 데이터 어댑터." 1964년 가을 합동 컴퓨터 회의 진행
- ^ 아폴로 연구보고서 2권 3-4페이지
- ^ 아폴로 연구보고서 2권 2-37페이지
- ^ Hausermann 1970, pp.
- ^ 켄 셔리프."새턴 V 로켓에서 나온 회로 기판, 역공학 및 설명"2020.
- ^ Pugh, Emerson; Johnson; Palmer, John (1991). IBM's 360 and Early 370 Systems. MIT Press. p. 108. ISBN 978-0262161237.
참고문헌
- IBM, 새턴 V 발사체 디지털 컴퓨터, 제1권: 일반 설명과 이론, 1964년 11월 30일
- IBM, Saturn V Guidance Computer, 반기별 경과 보고서, 1963년 4월 1일 - 9월 30일, 1963년 10월 31일; 아카이브
- 1967년 4월 25일, Bellcomm, Inc., Launch Vehicle Digital Computer (LVDC)를 위한 메모리 요구사항
- 보잉, 새턴 V 발사 차량 안내 방정식, SA-504, 1967년 7월 15일
- Haeussermann, Walter (July 1970). Description and Performance Of The Saturn Launch Vehicle's Navigation, Guidance And Control System (PDF).
{{cite book}}:work=무시됨(도움말) - NASA 마샬 우주비행센터, 새턴 V 비행 매뉴얼 SA-503, 1968년 11월 1일
- 1972년 9월 30일 Skylab Saturn IB 비행 매뉴얼, NASA Marshall 우주비행센터
- M.M. 디킨슨, J.B. 잭슨, G.C. 랜다.IBM 우주 안내 센터, 오웨고, 뉴욕 "새턴 V 발사 차량 디지털 컴퓨터와 데이터 어댑터", 1964년 가을 공동 컴퓨터 회의록, 501-516페이지
- S. Bonis, R. Jackson, B.파냐니.IBM 우주 안내 센터, 오웨고, 뉴욕 "발사체 안내 컴퓨터를 위한 기계 및 전자 패키징"1964년 8월 21일부터 24일까지 국제 전자회로 패키징 심포지엄.226-241페이지.
- IBM, 아폴로 연구 보고서, 2권IBM 우주지도센터, 오웨고, 뉴욕, 1963년 10월 1일 133페이지Virtual AGC(63-928-130 검색)에서도 사용할 수 있습니다.
- NASA MSFC, Astronics 시스템 핸드북 토성 발사 차량 NASA Marshall 우주 비행 센터, 1968년 11월 1일MSFC 번호 IV-4-401-1IBM No. 68-966-0002.419쪽.15장은 LVDC 및 론칭 차량 데이터 어댑터에 관한 내용입니다.
외부 링크
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