Core rope memory¶

Core rope memory — постоянное запоминающее устройство на ферритовых сердечниках, использовавшееся в ранних вычислительных машинах, в частности в бортовых компьютерах космических аппаратов программы «Аполлон». Память построена на принципе намагничивания ферритовых колец, через которые пропускаются провода, кодирующие биты данных; при этом сами сердечники служат не для хранения информации, а для её считывания.

¶Принцип действия

Устройство состоит из матрицы ферритовых сердечников (торов), через отверстия которых продеты медные провода. Каждый сердечник соответствует одному биту памяти. Логический «0» и «1» различаются тем, проходит ли провод через кольцо или в обход него. При считывании на одну из линий подаётся импульс тока, который намагничивает сердечник; если провод проходит через кольцо, в нём индуцируется электрический сигнал, соответствующий «1», если нет — сигнал отсутствует («0»). Таким образом, данные жёстко зафиксированы физической топологией проводки и не могут быть изменены после изготовления.

Считывание является деструктивным: после прохождения импульса намагниченность сердечника сбрасывается, поэтому для сохранения данных требуется цикл регенерации — повторная запись того же значения. В отличие от более распространённой ферритовой оперативной памяти (core memory), где каждый сердечник хранит один бит и может быть перезаписан, в rope memory сердечники используются многократно для разных битов, а информация кодируется самим фактом прохождения провода.

¶Технология производства

Изготовление core rope memory было исключительно трудоёмким процессом, выполнявшимся вручную. Работницы, часто называемые «little old ladies» (пожилые женщины), продевали тонкие медные провода через сотни и тысячи ферритовых колец по схеме, заданной программистами. Одна ошибка в протяжке провода приводила к неверному биту, который нельзя было исправить без переделки всего модуля. Процесс напоминал ткачество, из-за чего память получила название «верёвочной» (rope — канат, верёвка). Плотность укладки была высокой: в одном кубическом дюйме размещалось до 10 000 бит.

¶Применение в программе «Аполлон»

Наиболее известное использование core rope memory — бортовой компьютер Apollo Guidance Computer (AGC), разработанный лабораторией Instrumentation Laboratory Массачусетского технологического института (MIT). В AGC использовалось два типа памяти: оперативная (ферритовая, 2048 слов) и постоянная (core rope, 36 864 слова по 15 бит + бит чётности). Постоянная память хранила интерпретатор языка, навигационные алгоритмы и программу полёта.

Программное обеспечение для миссий «Аполлон» писалось группой программистов под руководством Маргарет Гамильтон. Каждая версия программы вручную превращалась в схему разводки проводов, затем по ней изготавливался модуль rope memory. Для миссии «Аполлон-11» требовалось около 60 модулей, каждый содержал примерно 100 000 бит. Вес одного модуля составлял около 2 кг, объём — примерно 1,5 литра.

Надёжность rope memory была исключительно высокой: за все полёты «Аполлонов» не зафиксировано ни одного сбоя постоянной памяти. Отказоустойчивость достигалась отсутствием движущихся частей и пассивной природой хранения — данные сохранялись даже при полном отключении питания. Однако стоимость и сложность производства ограничивали применение: изготовление одного модуля занимало несколько недель, а стоимость оценивалась в десятки тысяч долларов на модуль.

¶Другие применения

Помимо AGC, core rope memory использовалась в некоторых ранних миникомпьютерах и военных системах, где требовалась высокая устойчивость к радиации и перепадам температур. Например, в системах управления ракетами «Минитмен» применялись аналогичные запоминающие устройства. С развитием полупроводниковых ПЗУ (ROM) на основе масок в конце 1960-х — начале 1970-х годов rope memory была вытеснена более дешёвыми и компактными решениями.

¶Музейные экспонаты и реплики

В настоящее время оригинальные модули core rope memory сохранились в музеях, в том числе в Национальном музее авиации и космонавтики Смитсоновского института. Существуют любительские проекты по воссозданию AGC, в которых энтузиасты вручную изготавливают реплики rope memory, повторяя технологию 1960-х годов. Эти проекты демонстрируют высокую степень сложности и трудоёмкости ранних методов программирования.

¶Источники

• Hall, E. C. «Journey to the Moon: The History of the Apollo Guidance Computer». AIAA, 1996.
• O’Brien, F. «The Apollo Guidance Computer: Architecture and Operation». Springer, 2010.
• Документация MIT Instrumentation Laboratory по AGC, 1966–1969.