太空中的核心：1980 年太空实验室计算机的核心内存模块

Spacelab是一个可重复使用的实验室，可以携带在航天飞机的货舱中，为宇航员和实验提供实验室空间。 1 由于太空实验室是一个欧洲项目，因此它使用法国制造的小型计算机 Mitra 125 MS，2 而不是航天飞机的主计算机 IBM 制造的 AP-101 系统。在存储方面，太空实验室计算机包含 128 KB 的 RAM。该计算机没有使用硅存储器，而是使用磁芯存储器，每个位都存储在一个微小的铁氧体环中。在本文中，我仔细研究了这台计算机的核心内存系统。 Spacelab 计算机的核心堆栈。我拆下了顶板以显示核心平面。下图显示了 Spacelab 如何安装在航天飞机的货舱内。加压实验室是货舱前面的圆柱形模块，通过隧道与航天飞机相连。实验被安装在实验室后面的托盘上。该实验室拥有三台相同的 Mitra 计算机。 3 一台计算机管理太空实验室本身，而第二台计算机则管理实验。第三台计算机在发生故障时提供备份。太空实验室是航天飞机货舱中的一个加压气缸，通过隧道与航天飞机相连。它为研究人员提供了进行实验的实验室。这张太空实验室的插图来自 NASA，C-1976-4380。下图显示了从计算机中取出的核心内存堆栈。核心内存堆栈大约占据计算机的三分之一。计算机的整个侧面板分离，核心内存单元滑出。由于计算机是通过传导冷却的，因此将核心内存堆栈牢固地固定在侧板上可以保持其凉爽。核心存储器堆栈由七块板组成：一块驱动板、四块核心板、一块第二驱动板和一块接口板。每块板都有两个 160 针连接器，可插入每侧的大型子板，从而在板之间提供广泛的连接。右侧的子板有另一个 160 针连接器，用于将内存堆栈连接到计算机的其余部分。 （这些连接器是照片中的长蓝色连接器。） Mitra 计算机前面的核心内存堆栈。电路板已从计算机的另一侧拆除。核心内存的工作原理早期计算机最困难的问题之一是存储。 20 世纪 40 年代末和 50 年代初的计算机通过水银中的声波、CRT 屏幕上的斑点或旋转磁鼓等技术存储数据，但这些技术都有局限性。计算机需要的是密集、廉价、快速、可靠且可以随机访问的存储。第二次世界大战期间，德国开发了特殊的磁性合金，可以从一种磁性状态“翻转”到另一种磁性状态。战后，美国研究人员意识到这些材料可以用于存储二进制数据：用 Jan Rajchman 的话来说，“很明显，你可以用这种材料制造记忆”。核心存储器的不同方面被不同的发明人（包括独立发明人 Frederick Viehe、哈佛大学的 An Wang、RCA 的 Jan Rajchman 和麻省理工学院的 Jay Forrester）申请了专利，从而导致了昂贵的专利战。 （IBM 最终向 Wang 支付了 40 万美元，王用这笔钱建立了计算机公司 Wang Laboratories，并向 MIT 支付了 13,000,000 美元。）我认为 Jay Forester 是最重要的发明家，他开发了实用核心存储器的设计，研究磁性材料，并于 1953 年为开创性的 Whirlwind 计算机构建了第一个核心存储器。核心存储器基于一个微小的环形磁芯，每一位一个。 4 磁芯可以顺时针或逆时针磁化以存储位。可以通过将电线穿过磁芯来磁化磁芯：使电流流过电线会产生使磁芯磁化的磁场，而沿相反方向运行电流会产生相反的磁化强度。核心内存的一个关键问题是如何在没有过多电线的情况下连接核心：如果每个核心都有一条单独的电线，那么仅 16 KB 的存储就需要超过 100,000 条电线。该解决方案被称为“一致电流寻址”。磁芯排列成网格，有水平线和垂直线，如下图所示。通过使电流流过一根水平线和一根垂直线，选择交叉点处的单芯。但这不会磁化水平和垂直线上的所有磁芯吗？关键是磁芯是由特殊的磁性材料制成的，具有磁滞特性：小电流使磁芯完全不变，而较大的电流会翻转磁芯的磁性状态。通过水平和垂直导线的电流经过精心选择，因此每根导线的电流只有翻转磁芯所需电流的一半；在电线相交的地方，两个电流提供了足够的磁场来翻转铁芯。下一步是阅读核心。一根传感线穿过所有的