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美國當年有多夸張?靠4KB內存的計算機,就實現登月奇跡
2023/11/25

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綜述

人類是如何登上月球的?你可能會說,當然是靠火箭啊。但是你知道,最早那台造出了火箭,讓人類登月的計算機,它的性能有多低嗎?

如果我說,那台計算機的內存只有4KB,比你現在用的手機或電腦的內存少了幾百萬倍,你敢相信嗎?

這台計算機就是阿波羅制導計算機(AGC),它是人類登月計劃的核心部件,也是計算機歷史上的一個奇跡。

美國要上天

在20世紀中葉,曾有一場史無前例的太空競賽,在這場競賽中,美國和蘇聯展開了激烈的角逐。

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這不僅僅是關于太空探索,更是一場彰顯科技實力和政治制度優越性的較量。兩國都為了占據太空制高點,投入了大量的人力、物力和財力。

蘇聯率先開啟了這場競賽,創造了一系列令世人矚目的壯舉:他們發射了第一顆人造衛星、將第一只動物送入太空、派遣了第一位太空人、甚至實現了太空行走,這些成就讓全球為之驚嘆,也讓美國深感危機與恐懼。

美國不愿落后,加快了自己的太空計劃,但頻繁的失敗和挫折讓他們開始懷疑是否能趕上蘇聯的步伐。

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在那個時候,新任美國總統肯尼迪做出了一個驚人的決定:他宣布,在1960年代結束之前,美國將實現將人類送上月球的壯舉!這個目標聽起來簡直是瘋狂的。

因為當時美國的太空技術相當滯后,甚至還沒成功將人類送入地球軌道。登月所需的火箭、飛船、導航和通信等技術都是前所未有的挑戰,需要巨額資金和資源,也要面對巨大的風險和不確定性。

1961年5月25日,肯尼迪向美國國會發表了一段著名的演講,正式啟動了阿波羅載人登月工程。這段演講為阿波羅計劃確定了更具體的目標,也給了美國航天工作者更大的挑戰。

他們必須在有限的時間內,克服無數技術難關,完成人類歷史上最復雜、最危險、最宏偉的太空任務。

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AGC的誕生

要實現將人類送上月球并安全返回地球,可不是一項簡單的任務。首先,你需要一枚強大的火箭,足以將載人飛船送離地球引力束縛,進入月球軌道。

其次,你需要一艘能夠在月球表面著陸和起飛的登月艙,以確保宇航員在月球上能夠進行活動。

再者,你需要一套精密的導航和控制系統,使飛船和登月艙能夠在太空中精確交會和對接,避免與月球表面的山峰和隕石坑發生碰撞。

最后,你需要一套可靠的通信和數據傳輸系統,以確保地面與太空中的人員能夠實時交流信息和指令,同時監測飛行器和宇航員的狀態。

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這些挑戰是阿波羅計劃中美國航天工作者所必須面對的。而其中最為關鍵的一個問題是,如何設計一台能夠勝任這些任務的計算機。

當時的美國面臨著一個巨大的挑戰:他們沒有現成的技術和產品可以直接用于阿波羅計劃。他們必須從零開始,創造出一種全新的計算機,既能夠滿足太空任務的要求,又能夠超越當時的技術水平。這是一項巨大的挑戰,也是一次偉大的創新。

這次創新的主角是美國麻省理工學院(MIT)的儀器實驗室(IL)。這個機構專門從事航空和太空技術研究,曾為美國在二戰和冷戰中提供許多重要的武器和系統。

在阿波羅計劃中,儀器實驗室負責設計和開發阿波羅制導計算機(AGC),以及與之配套的飛船和登月艙的制導和導航系統。

儀器實驗室的研究人員中包括一些後來成為計算機領域名人的人物,如查爾斯·德雷珀、約翰·麥卡錫、馬文·明斯基等。

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他們在這項任務中扮演著重要角色,為克服技術難題和推動太空探索做出了杰出的貢獻。

IL的研究人員面臨著前所未有的挑戰:在極短的時間內,完成一台能夠在太空中工作的計算機的設計、制造、測試和安裝。

這台計算機需要具備以下幾個特點:

尺寸輕巧

它必須足夠小、足夠輕,才能被裝在飛船和登月艙內,不占用太多空間和重量。研究人員為自己確立了嚴格目標:計算機的體積不得超過1立方英尺(約0.03立方米),重量不得超過70磅(約32千克)。

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高性能

計算機必須足夠強大、足夠快,以處理復雜的計算和指令,避免出現錯誤和延遲。研究人員設定了目標:計算機的運算速度需達到每秒4萬次,內存容量要達到4KB,程序存儲容量要達到36KB。

穩定可靠

計算機必須足夠穩定、足夠堅固,在惡劣的太空環境中正常工作,不受溫度、輻射、震動等影響。研究人員確立了目標:計算機的可靠性需達到99.999%,故障率低于每小時0.001次,工作溫度范圍在-55℃到85℃之間。

智能互動

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計算機必須足夠智能、足夠靈活,能夠與宇航員和地面人員有效交互,避免造成誤解和混亂。

研究人員設定了目標:計算機需執行多種飛行任務模式,處理各種異常情況,并通過數字顯示屏和鍵盤與人員進行溝通。

IL的研究人員面對著極具挑戰性的目標,但他們運用了一系列創新和突破,最終使這些目標成為可能。他們采取了多種方法:

采用基于硅的集成電路(IC):這種IC代替了傳統的晶體管和電阻,是當時最新的技術。它能夠在小小的芯片上集成數百個電子元件,顯著縮小了計算機的體積和重量,同時提升了速度和穩定性。

IL是首個采用IC的機構,與雷神公司合作開發了專門為AGC設計的IC,共生產了約28萬個,耗資約1.5億美元。

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使用繩存儲器技術:這種存儲器由金屬絲編織而成,每根絲上裝有多個磁芯,每個磁芯可存儲一個二進制位。

它能保持數據穩定性,抵抗溫度和輻射影響,且存儲容量大。IL的研究人員使用特殊機器,在繩存儲器上編織了約72千米的程序,存儲了約36KB的程序。

運用核心存儲器技術:這種存儲器由小型磁環組成,每個磁環可存儲一個二進制位。它具有快速讀寫和數據不易丟失的特性,存儲容量也不小。IL的研究人員使用特殊機器,將計算機數據存儲在約4KB的核心存儲器中。

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利用DSKY設備與人員進行交互:這種設備由數字顯示屏和鍵盤組成,能顯示和輸入數字和字母。它簡化和標準化了計算機操作,提供和接收必要信息,易于使用和理解。IL的研究人員使用特殊語言,在約120個DSKY上編碼了計算機功能和指令,并安裝在飛船和登月艙上。

通過這些創新和突破,IL的研究人員,終于在1966年,完成了AGC的研發工作。他們造出了一台性能優異的計算機,不僅滿足了阿波羅計劃的要求,而且超越了當時的技術水平。

這台計算機,被譽為「登月的第四個人」,它為人類的太空探索,做出了巨大的貢獻。

嚴禁無授權轉載,違者將面臨法律追究。

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