【绝密】泰坦导弹制导计算机内部结构曝光

sunsili

【绝密】泰坦导弹制导计算机内部结构曝光！
之前一直在研究Titan II核导弹的制导计算机，最近正好有幸获得了一台

如下图所示，这台小型计算机在1970年代用于引导Titan II核导弹对准目标，或将Titan IIIC火箭送入正确的轨道。该计算机与惯性测量单元（IMU）配合使用，惯性测量单元是一种陀螺仪和加速度计系统，用于跟踪火箭的位置和速度。

▲顶部的多个连接器将计算机连接到IMU和火箭的其余部分

这台计算机被称为“魔术352”，从外观来看，它是一个20×16×9大小的黑盒子，称量80磅（约36千克），非常惊讶这么重的东西是如何用于火箭中的

出于好奇心，决定将其拆开，一探究竟！

首先，我们来看一下内部结构。该计算机可划分为三个部分：前半部分容纳处理器和核心存储器存储；该计算机中没有微处理器，处理器由数百个简单的集成电路构成；后半部分容纳接口主板，主要是用于连接模拟电路火箭中的其余部分；而中间部分却比较空。

1、数字部分
这台计算机的前盖是由18颗螺钉固定的，卸下它们将显示计算机的处理器板和核心内存。
如下图所示，左侧是7个带TTL数字逻辑的电路板；中间是2个核心存储模块，每个模块包含8192个24位字，内存旁边有2个内存电子板；右侧是计算机的开关电源。
▲显示电路板，核心内存模块和电源

下图显示了其中一个数字逻辑板，与其他数字板相似。每个板的两面都有集成电路，因此背面看起来都差不多。
电路板的每一侧都有5行13芯片的空间，每块电路板最多可容纳130芯片。印刷电路板似乎有6层，两侧各有2个布线层和1个接地层。两侧之间的连接是通过板顶部的99个连接，而不是通孔完成的。
电路板上覆盖有保护涂层，以保护电路。虽然这台“古董”已经有几十年了，但涂层仍然散发出松节油的强烈气味。而板的边缘已金属化，并紧紧滑入卡槽中。由于没有风扇，因此提供了散热的路径。
这些数字板的底部有1个198针连接器，可插入底板；而接口板具有1个较小的128针连接器。
▲处理器板PR1

这些板上装有TTL芯片，可能是MSI（中等规模集成）芯片，例如计数器、加法器，或是移位寄存器。
请注意，该计算机不包含微处理器芯片，但具有由简单的构造块构建的处理器（在1970年代，微型计算机通常由TTL芯片板构成）。
从芯片上的部件号来看，它们似乎是Signetics的CC2100系列产品。
▲在芯片上可以看到PCB迹线，7802日期代码指示它们是1978年第二周生产的

这些板卡的一个有趣功能，是将它们锁定以确保不会将板卡插入错误的插槽中，通过将六角螺母对半分开来实现键控。电路板和背板连接器具有匹配的两半，因此，电路板只能插入正确的插槽中。
下图显示了背板的一部分，其中的板已卸下，因此我们可以看到连接器和半六角螺母。请注意，每个连接器都有不同角度的六角螺母用于键控。

2、核心内存
该计算机使用的是磁芯内存进行存储（与早期的Titan ASC-15计算机不同，后者使用了旋转的磁鼓）。
从1950年代开始，核心存储器一直是计算机存储的主要形式，直到1970年代被半导体存储芯片所取代。内核存储器由数千个称为内核的细铁氧体环构成，每个内核中存储一位。将磁芯顺时针或逆时针磁化以存储值。核心排列在称为核心平面的网格中，向特定的行线和列线通电，会选择两条线交叉的特定磁芯。
下图显示了Titan计算机中微小磁芯的特写，可以看到每个芯线有4根导线：垂直和水平红色导线形成网格以选择芯线。另有2条彩色水平线穿过平面中的每个磁芯：检测线（用于读取）和禁止线（用于写入）。我们可以在右侧看到这些导线在各行之间循环。
▲不同中19针连接器将时钟连接到主控
在核心存储器中，多个平面堆叠在一起，一个字中的每个位对应一个平面。在大多数计算机中，核心平面都是焊接在一起或焊接成一个块，但Titan计算机的核心内存是采用一种不寻常的专利技术构建的：核心和电路安装在折叠的手风琴式长挠性印刷电路板上。
这种构造技术允许像书本一样打开核心存储模块，以访问核心和电路。
▲核心模块像书一样展开

如果将核心内存模块视为一本书，那么每个“页面”都是由金属板构成的，柔性印刷电路板的两侧都包裹着。这些“页面”中有6个，因此有12个核心存储平面，与下面的页面相似。
细数之后发现，穿过芯平面有128条水平线和128条垂直线，因此下面有16384条芯。在顶部和底部可以看到128根垂直导线，它们在平面之间不规则地延伸。
请注意，这些是穿过纤芯的细线，它们不间断地连续穿过整个纤芯平面。将128条水平芯线聚集成束，以在平面之间延伸；左束向下进行，右束向上进行。
▲核心内存中的一个平面具有16384个核心
完整的模块包含24位加一个奇偶校验位的字，模块中包含8192个字。该计算机具有2个核心模块，因此总共可容纳16K个字。
▲此处将128条水平线连接到电路板上

3、核心内存
翻转计算机，即可看到背面板后面的电路板。如下图所示，这些接口板已连接至计算机顶部的连接器。通过这些接口，计算机从惯性测量单元（IMU）接收速度和姿态脉冲。计算机将模拟控制信号发送到各种执行器，并将离散（二进制）信号发送到火箭的其他部分，以进行推进器、登台和其他功能。
另外，左侧是电源。电源通过计算机顶部的连接器和电缆连接到电源，从火箭接收电源。

接口板具有各种各样的电路，CTL、MUI和ADL板覆盖在TTL芯片中，类似于数字部分中的板。但是，其余的接口板都塞满了模拟组件，例如晶体管、电容器、电阻器、二极管、混合模块，以及一些TTL芯片。

下面的VMX板具有4个神秘的6针黑色混合模块，以及大量大电容器。目前尚不清楚该板具有什么功能，或者为什么需要那么多的电容器……
▲像其他板一样，它覆盖有厚实的保护涂层

4、电源
如下图所示，这台计算机使用开关电源将导弹的功率（可能为28V）有效地转换为计算机所需的电压。电源非常重，大约15磅（约6.8千克）。由于没有风扇，因此大部分重量可能是散热所需的金属。

在内部，电源中装有电感器和变压器、功率晶体管和电路板。下图左侧是大金属罐中的一堆滤波电容器，电感器和变压器看起来不像商用电源中的电感器，而是黑色方块。

如下图所示，几个电路板控制电源，它们使用的是金属罐集成电路，与商用电源中的集成电路不同。由于这些集成电路上的零件号没有任何有用的信息，因此猜测可能是定制的军用零件。
板子上覆盖有保护涂层，不仅可以防止其受潮，还使集成电路具有金色的光泽，非常好看！

电源可能会为TTL芯片产生5V电压，并产生更高的电压来驱动内核存储器，当然也为接口电路产生多个电压。


5、小结
航空航天计算机尽管使用了许多创新技术，但在计算机历史上通常被忽略。
例如，这枚泰坦导弹的计算机，在其核心内存中使用了柔性PCB；同时，它还具有表面贴装集成电路，比它们在商业电子产品中普及要早几年。但是，由于遵循摩尔定律，CMOS集成电路的功能呈指数级增长。因此，使用TTL芯片构建计算机已成为技术上的“死胡同”。

作者：Ken Shirriff