【絕密】泰坦導(dǎo)彈制導(dǎo)計(jì)算機(jī)內(nèi)部！

作者：Ken Shirriff，排版整理：曉宇

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作者最近一直在研究Titan II核導(dǎo)彈的制導(dǎo)計(jì)算機(jī)。

這臺(tái)小型計(jì)算機(jī)在1970年代用于引導(dǎo)Titan II核導(dǎo)彈對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，或?qū)itan IIIC火箭送入正確的軌道。該計(jì)算機(jī)與慣性測(cè)量單元（IMU）配合使用，慣性測(cè)量單元是一種陀螺儀和加速度計(jì)系統(tǒng)，用于跟蹤火箭的位置和速度。

頂部的多個(gè)連接器將計(jì)算機(jī)連接到IMU和火箭的其余部分

該計(jì)算機(jī)，稱(chēng)為魔術(shù)352，是一個(gè)20“×16”×9"黑盒子，稱(chēng)量80磅，非常驚訝這么重的東西用于火箭中。?在內(nèi)部，該計(jì)算機(jī)被劃分進(jìn)入前三部分，前半部分容納處理器和核心存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；

該計(jì)算機(jī)中沒(méi)有微處理器，處理器由數(shù)百個(gè)簡(jiǎn)單的集成電路構(gòu)成；計(jì)算機(jī)的后半部分容納接口主板，主要是用于連接模擬電路火箭中的其余部分，中間部分卻比較空。

數(shù)字部分

計(jì)算機(jī)前蓋由18顆螺釘固定。卸下它們將顯示計(jì)算機(jī)的處理器板和核心內(nèi)存。左側(cè)是七個(gè)帶TTL數(shù)字邏輯的電路板，中間是兩個(gè)核心存儲(chǔ)模塊，每個(gè)模塊包含8192個(gè)24位字，內(nèi)存旁邊有兩個(gè)內(nèi)存電子板，右側(cè)是計(jì)算機(jī)的開(kāi)關(guān)電源。

顯示電路板，核心內(nèi)存模塊和電源

下圖顯示了其中一個(gè)數(shù)字邏輯板，與其他數(shù)字板相似。每個(gè)板的兩面都有集成電路，因此背面看起來(lái)差不多。電路板的每一側(cè)都有5行13芯片的空間，每塊電路板最多可容納130芯片。

印刷電路板似乎有六層；兩側(cè)各有兩個(gè)布線(xiàn)層和一個(gè)接地層。兩側(cè)之間的連接是通過(guò)板頂部的99個(gè)連接而不是通孔完成的。電路板上覆蓋有保護(hù)涂層以保護(hù)電路；

幾十年后，涂層仍然散發(fā)出松節(jié)油的強(qiáng)烈氣味。板的邊緣已金屬化，并緊緊滑入卡槽中，因?yàn)闆](méi)有風(fēng)扇，因此提供了散熱的路徑。這些數(shù)字板的底部有一個(gè)198針連接器，可插入底板，而接口板具有一個(gè)較小的128針連接器。

處理器板PR1。

這些板上裝有TTL芯片，可能是MSI（中等規(guī)模集成）芯片，例如計(jì)數(shù)器，加法器或移位寄存器。請(qǐng)注意，該計(jì)算機(jī)不包含微處理器芯片，但具有由簡(jiǎn)單的構(gòu)造塊構(gòu)建的處理器。

（在1970年代，微型計(jì)算機(jī)通常由TTL芯片板構(gòu)成。）從芯片上的部件號(hào)看，它們似乎是Signetics的CC2100系列產(chǎn)品。

在芯片上可以看到PCB跡線(xiàn)，7802日期代碼指示它們是1978年第二周生產(chǎn)的

這些板卡的一個(gè)有趣功能是將它們鎖定以確保不會(huì)將板卡插入錯(cuò)誤的插槽中。通過(guò)將六角螺母對(duì)半分開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)鍵控。電路板和背板連接器具有匹配的兩半，因此電路板只能插入正確的插槽中。

有六種方法可以將六角形螺母角對(duì)角分開(kāi)，兩個(gè)六角形螺母（一個(gè)在頂部，一個(gè)在底部），使36種可能的鍵組合成為可能。下圖顯示了背板的一部分，其中的板已卸下，因此可以看到連接器和半六角螺母。請(qǐng)注意，每個(gè)連接器都有不同角度的六角螺母用于鍵控。

核心內(nèi)存

該計(jì)算機(jī)使用磁芯內(nèi)存進(jìn)行存儲(chǔ)（與早期的Titan ASC-15計(jì)算機(jī)不同，后者使用了旋轉(zhuǎn)的磁鼓）。從1950年代開(kāi)始，核心存儲(chǔ)器一直是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的主要形式，直到1970年代被半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片所取代。

內(nèi)核存儲(chǔ)器由數(shù)千個(gè)稱(chēng)為內(nèi)核的細(xì)鐵氧體環(huán)構(gòu)成，每個(gè)內(nèi)核中存儲(chǔ)一位。

將磁芯順時(shí)針或逆時(shí)針磁化以存儲(chǔ)值。核心排列在稱(chēng)為核心平面的網(wǎng)格中。向特定的行線(xiàn)和列線(xiàn)通電會(huì)選擇兩條線(xiàn)交叉的特定磁芯。

下圖顯示了Titan計(jì)算機(jī)中微小磁芯的特寫(xiě)。每個(gè)芯線(xiàn)有四根導(dǎo)線(xiàn)：垂直和水平紅色導(dǎo)線(xiàn)形成網(wǎng)格以選擇芯線(xiàn)。兩條彩色水平線(xiàn)穿過(guò)平面中的每個(gè)磁芯：檢測(cè)線(xiàn)（用于讀取）和禁止線(xiàn)（用于寫(xiě)入）。您可以在右側(cè)看到這些導(dǎo)線(xiàn)在各行之間循環(huán)。

不同中19針連接器將時(shí)鐘連接到主控

在核心存儲(chǔ)器中，多個(gè)平面堆疊在一起，一個(gè)字中的每個(gè)位對(duì)應(yīng)一個(gè)平面。在大多數(shù)計(jì)算機(jī)中，核心平面都是焊接在一起或焊接成一個(gè)塊，但Titan計(jì)算機(jī)的核心內(nèi)存是采用一種不尋常的專(zhuān)利技術(shù)構(gòu)建的：核心和電路安裝在折疊的手風(fēng)琴式長(zhǎng)撓性印刷電路板上。這種構(gòu)造技術(shù)允許像書(shū)本一樣打開(kāi)核心存儲(chǔ)模塊以訪(fǎng)問(wèn)核心和電路。

核心模塊像書(shū)一樣展開(kāi)

如果您將核心內(nèi)存模塊視為一本書(shū)，則每個(gè)“頁(yè)面”都是由金屬板構(gòu)成的，柔性印刷電路板的兩側(cè)都包裹著。這些“頁(yè)面”中有6個(gè)，因此有12個(gè)核心存儲(chǔ)平面，與下面的頁(yè)面相似。仔細(xì)計(jì)數(shù)顯示，穿過(guò)芯平面的128條水平線(xiàn)和128條垂直線(xiàn)，因此下面有16,384條芯。

在頂部和底部可以看到128根垂直導(dǎo)線(xiàn)，它們?cè)谄矫嬷g不規(guī)則地延伸。請(qǐng)注意，這些是穿過(guò)纖芯的細(xì)線(xiàn)，它們不間斷地連續(xù)穿過(guò)整個(gè)纖芯平面。將128條水平芯線(xiàn)聚集成束，以在平面之間延伸；左束向下進(jìn)行，右束向上進(jìn)行。

核心內(nèi)存中的一個(gè)平面具有16,384個(gè)核心。

完整的模塊包含24位加一個(gè)奇偶校驗(yàn)位的字，模塊中包含8192個(gè)字。該計(jì)算機(jī)具有兩個(gè)核心模塊，因此總共可容納16K個(gè)字。

此處將128條水平線(xiàn)連接到電路板上

核心內(nèi)存

翻轉(zhuǎn)計(jì)算機(jī)，即可看到背面板后面的電路板。這些接口板已連接至計(jì)算機(jī)頂部的連接器。通過(guò)這些接口，計(jì)算機(jī)從慣性測(cè)量單元（IMU）接收速度和姿態(tài)脈沖。

計(jì)算機(jī)將模擬控制信號(hào)發(fā)送到各種執(zhí)行器，并將離散（二進(jìn)制）信號(hào)發(fā)送到火箭的其他部分，以進(jìn)行推進(jìn)器，登臺(tái)和其他功能。

左側(cè)是電源。電源通過(guò)計(jì)算機(jī)頂部的連接器和電纜連接到電源，從火箭接收電源。

接口板具有各種各樣的電路。CTL，MUI和ADL板覆蓋在TTL芯片中，類(lèi)似于數(shù)字部分中的板。但是，其余的接口板都塞滿(mǎn)了模擬組件，例如晶體管，電容器，電阻器， 二極管，混合模塊以及一些TTL芯片。

下面的VMX板具有四個(gè)神秘的6針黑色混合模塊以及大量大電容器。目前尚不清楚該板具有什么功能，或者為什么需要那么多電容器。

像其他板一樣，它覆蓋有厚實(shí)的保護(hù)涂層

電源

計(jì)算機(jī)使用開(kāi)關(guān)電源將導(dǎo)彈的功率（可能為28伏）有效地轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)所需的電壓。電源非常重，大約15磅。由于沒(méi)有風(fēng)扇，因此大部分重量可能是散熱所需的金屬。

在內(nèi)部，電源中裝有電感器和變壓器，功率晶體管和電路板。下圖左側(cè)是大金屬罐中的一堆濾波電容器。電感器和變壓器看起來(lái)不像商用電源中的電感器，而是黑色方塊。

幾個(gè)電路板控制電源。它們使用金屬罐集成電路，與商用電源中的集成電路不同。這些集成電路上的零件號(hào)沒(méi)有任何有用的信息，因此它們可能是定制的軍用零件。板子上覆蓋有保護(hù)涂層，以防止其受潮和其他威脅。保護(hù)涂層使集成電路具有金色的光澤。

電源可能會(huì)為T(mén)TL芯片產(chǎn)生5伏電壓，并產(chǎn)生更高的電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)內(nèi)核存儲(chǔ)器，并為接口電路產(chǎn)生多個(gè)電壓。

航空航天計(jì)算機(jī)盡管使用了許多創(chuàng)新技術(shù)，但在計(jì)算機(jī)歷史上通常被忽略。例如，這枚泰坦導(dǎo)彈的計(jì)算機(jī)在其核心內(nèi)存中使用了柔性PCB。它還具有表面貼裝集成電路，比它們?cè)谏虡I(yè)電子產(chǎn)品中普及要早幾年。

但是，由于遵循摩爾定律，CMOS集成電路的功能呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，因此使用 TTL芯片構(gòu)建計(jì)算機(jī)已成為技術(shù)上的死胡同。

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