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人类登月用的电脑和相机是什么样的?

来源:网络 分类:科技 时间:2019-07-08 浏览量:

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导语: Photocredit:NASA  欢迎关注“创事记”微信订阅号:sinachuangshiji  文/金捷幡  来源:金捷幡(ID:jin-jiefan)  2019年7月是阿波罗11号登月50周年。  关于20世纪人类这次最伟大没有之一的演出,也许用任何短文纪念和评论都是可笑的。  所以我只是攫取了自己关注的两个小角落,分享一下自己的好奇心。  一、  阿波罗计划1961年开始的时候,集成电路

Photo credit: NASA

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  文/金捷幡

  来源:金捷幡(ID:jin-jiefan)

  2019年7月是阿波罗11号登月50周年。

  关于20世纪人类这次最伟大没有之一的演出,也许用任何短文纪念和评论都是可笑的。

  所以我只是攫取了自己关注的两个小角落,分享一下自己的好奇心。

  一、

  阿波罗计划1961年开始的时候,集成电路(芯片)才刚刚发明两三年,计算机还是重达几百公斤充满整个房间的庞然大物。

  因为飞船速度极快,登月舱从月球起飞后还要精准地和绕月球飞了几十圈的轨道舱对接,靠人驾驶是不太现实的,把计算机装进飞船是当时科学家和工程师挑战的“不可能任务”之一。

  其实那时的集成电路里面才一两个晶体管而已,现在手机的芯片比它多一亿倍。即使为了减轻重量(最后只有32公斤),这个导航计算机还是用了30000个零件,花了2000人年的手工装配起来。

导航计算机设计极其紧凑和模块化导航计算机设计极其紧凑和模块化

  飞船主要是惯性导航,六分仪、陀螺仪和加速计提供测量数据,还有通过望远镜确认星星的位置,电脑进行实时分析处理。

  二、

  这台机器是人类最早的用硅芯片做的计算机。1963年为它采购的芯片占美国当年芯片总产量的60%。这种用逻辑电路组成的CPU是今天我们用的电脑的雏形。

导航计算机的逻辑模块一瞥导航计算机的逻辑模块一瞥

  所以,登月工程极大促进了半导体业的发展。今天全世界人们的电子化生活,应该说都和这个项目有很大关系。

  当年还没有我们今天用的这种半导体内存和硬盘,那么数据存在哪里呢?这是最有意思的部分。

  导航计算机的程序有36,864个字组成,纺织女工们用绳子打结的方式表示0和1,存储了这些程序。显然,这种存储是只读的,不能改。优点也很显著,就是很结实不会坏。

绳子Memory被卷到这个模块里绳子Memory被卷到这个模块里

  CPU处理需要把程序临时调入内存,女工们在绳子上套上小铁环,通过磁力变化来区别0和1。登月用的内存是2K,比今天手机内存小了一百万倍。

绳子磁芯 Memory 模块打开图绳子磁芯 Memory 模块打开图

  三、

  导航计算机是由麻省理工学院开发的。当年的程序也不是像今天的码农这样敲进去的,而都是在纸上手写的。纸上写完,再做成穿孔纸带输入大型计算机做验证,最后成功了再给女工们去打结。

  下图是展示写这些程序用了多少纸。全部是汇编语言和一些数学算法,总共花了1400人年。从这里看,现在的程序员应该感到无比幸福才对。

Photo credit: MITPhoto credit: MIT

  阿波罗导航计算机显示了其无与伦比的可靠性。在后来的多次登月活动中,几乎没有出现任何问题。

  登月的源代码有在Github公布,网上也有不少该计算机的模拟器,有兴趣的同学可以体会一下。

漂亮的人机界面 Credit:NASA漂亮的人机界面 Credit:NASA

  四、

  最后,我们看一下登月用的相机:瑞典哈苏。宇航员在月球上使用的是配备蔡司F5.6镜头的哈苏数据相机,这个相机在-65°C到120°C都可以正常工作。

Photo credit: HasselbladPhoto credit: Hasselblad

  因为返回地球的重量越轻越好,宇航员拍完照片会把胶片盒取下来,然后把相机扔掉。五次登月活动总共有12台哈苏相机被遗弃在月球上。

  最后放一张登月全过程示意图:


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