| 天人地 | 2023-12-10 19:50 |
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人类是如何登上月球的？你可能会说，当然是靠火箭啊。但是你知道，最早那台造出了火箭，让人类登月的计算机，它的性能有多低吗？  如果我说，那台计算机的内存只有4KB，比你现在用的手机或电脑的内存少了几百万倍，你敢相信吗？ 这台计算机就是阿波罗制导计算机（AGC），它是人类登月计划的核心部件，也是计算机历史上的一个奇迹。  美国要上天 在20世纪中叶，曾有一场史无前例的太空竞赛，在这场竞赛中，美国和苏联展开了激烈的角逐。 这不仅仅是关于太空探索，更是一场彰显科技实力和政治制度优越性的较量。两国都为了占据太空制高点，投入了大量的人力、物力和财力。  苏联率先开启了这场竞赛，创造了一系列令世人瞩目的壮举：他们发射了第一颗人造卫星、将第一只动物送入太空、派遣了第一位太空人、甚至实现了太空行走，这些成就让全球为之惊叹，也让美国深感危机与恐惧。 美国不愿落后，加快了自己的太空计划，但频繁的失败和挫折让他们开始怀疑是否能赶上苏联的步伐。  在那个时候，新任美国总统肯尼迪做出了一个惊人的决定：他宣布，在1960年代结束之前，美国将实现将人类送上月球的壮举！这个目标听起来简直是疯狂的。 因为当时美国的太空技术相当滞后，甚至还没成功将人类送入地球轨道。登月所需的火箭、飞船、导航和通信等技术都是前所未有的挑战，需要巨额资金和资源，也要面对巨大的风险和不确定性。  1961年5月25日，肯尼迪向美国国会发表了一段著名的演讲，正式启动了阿波罗载人登月工程。这段演讲为阿波罗计划确定了更具体的目标，也给了美国航天工作者更大的挑战。 他们必须在有限的时间内，克服无数技术难关，完成人类历史上最复杂、最危险、最宏伟的太空任务。  AGC的诞生 要实现将人类送上月球并安全返回地球，可不是一项简单的任务。首先，你需要一枚强大的火箭，足以将载人飞船送离地球引力束缚，进入月球轨道。 其次，你需要一艘能够在月球表面着陆和起飞的登月舱，以确保宇航员在月球上能够进行活动。  再者，你需要一套精密的导航和控制系统，使飞船和登月舱能够在太空中精确交会和对接，避免与月球表面的山峰和陨石坑发生碰撞。 最后，你需要一套可靠的通信和数据传输系统，以确保地面与太空中的人员能够实时交流信息和指令，同时监测飞行器和宇航员的状态。  这些挑战是阿波罗计划中美国航天工作者所必须面对的。而其中最为关键的一个问题是，如何设计一台能够胜任这些任务的计算机。 当时的美国面临着一个巨大的挑战：他们没有现成的技术和产品可以直接用于阿波罗计划。他们必须从零开始，创造出一种全新的计算机，既能够满足太空任务的要求，又能够超越当时的技术水平。这是一项巨大的挑战，也是一次伟大的创新。  这次创新的主角是美国麻省理工学院（MIT）的仪器实验室（IL）。这个机构专门从事航空和太空技术研究，曾为美国在二战和冷战中提供许多重要的武器和系统。 在阿波罗计划中，仪器实验室负责设计和开发阿波罗制导计算机（AGC），以及与之配套的飞船和登月舱的制导和导航系统。 仪器实验室的研究人员中包括一些后来成为计算机领域名人的人物，如查尔斯·德雷珀、约翰·麦卡锡、马文·明斯基等。他们在这项任务中扮演着重要角色，为克服技术难题和推动太空探索做出了杰出的贡献。  IL的研究人员面临着前所未有的挑战：在极短的时间内，完成一台能够在太空中工作的计算机的设计、制造、测试和安装。 这台计算机需要具备以下几个特点：
它必须足够小、足够轻，才能被装在飞船和登月舱内，不占用太多空间和重量。研究人员为自己确立了严格目标：计算机的体积不得超过1立方英尺（约0.03立方米），重量不得超过70磅（约32千克）。 
计算机必须足够强大、足够快，以处理复杂的计算和指令，避免出现错误和延迟。研究人员设定了目标：计算机的运算速度需达到每秒4万次，内存容量要达到4KB，程序存储容量要达到36KB。 
计算机必须足够稳定、足够坚固，在恶劣的太空环境中正常工作，不受温度、辐射、震动等影响。研究人员确立了目标：计算机的可靠性需达到99.999%，故障率低于每小时0.001次，工作温度范围在-55℃到85℃之间。 
计算机必须足够智能、足够灵活，能够与宇航员和地面人员有效交互，避免造成误解和混乱。 研究人员设定了目标：计算机需执行多种飞行任务模式，处理各种异常情况，并通过数字显示屏和键盘与人员进行沟通。  IL的研究人员面对着极具挑战性的目标，但他们运用了一系列创新和突破，最终使这些目标成为可能。他们采取了多种方法： 采用基于硅的集成电路（IC）：这种IC代替了传统的晶体管和电阻，是当时最新的技术。它能够在小小的芯片上集成数百个电子元件，显著缩小了计算机的体积和重量，同时提升了速度和稳定性。 IL是首个采用IC的机构，与雷神公司合作开发了专门为AGC设计的IC，共生产了约28万个，耗资约1.5亿美元。  使用绳存储器技术：这种存储器由金属丝编织而成，每根丝上装有多个磁芯，每个磁芯可存储一个二进制位。 它能保持数据稳定性，抵抗温度和辐射影响，且存储容量大。IL的研究人员使用特殊机器，在绳存储器上编织了约72千米的程序，存储了约36KB的程序。  运用核心存储器技术：这种存储器由小型磁环组成，每个磁环可存储一个二进制位。它具有快速读写和数据不易丢失的特性，存储容量也不小。IL的研究人员使用特殊机器，将计算机数据存储在约4KB的核心存储器中。  利用DSKY设备与人员进行交互：这种设备由数字显示屏和键盘组成，能显示和输入数字和字母。它简化和标准化了计算机操作，提供和接收必要信息，易于使用和理解。IL的研究人员使用特殊语言，在约120个DSKY上编码了计算机功能和指令，并安装在飞船和登月舱上。  通过这些创新和突破，IL的研究人员，终于在1966年，完成了AGC的研发工作。他们造出了一台性能优异的计算机，不仅满足了阿波罗计划的要求，而且超越了当时的技术水平。 这台计算机，被誉为“登月的第四个人”，它为人类的太空探索，做出了巨大的贡献。  最后，由于平台规则，只有当您跟我有更多互动的时候，才会被认定为铁粉。 |
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