美國首次登月，計算機內存只有4kb？如何實現登月壯舉？

美國登月到底創造了怎樣的奇蹟 你一定不敢相信 人類首次登月的計算機容量還不足4000字節 現在我們隨便在手機下一首歌都是4兆字節 4000字節還不如手機裏的一張照片呢 那麼美國當初到底是怎麼靠着內存僅有4000字節的計算機 成功完成了人類登月壯舉 造一臺用於載人航天工程的計算機有多難 20世紀60年代至70年代初 美國花費255億元退出阿波羅載人登月計劃 雖然美國此舉是爲了和蘇聯較勁 卻讓人類見證了科技發展的新高度 以登月艙主動登上月球爲例 這是載人登月中最關鍵的一個階段 首先需要先利用導航功能對飛船的位置 速度和方向等進行測算 然後得出前往着陸點的合理軌跡 在計算機確定軌跡之後 計算機還要控制火箭發動機的噴嘴 這樣纔可以確保登月艙始終在合理軌跡上運行 爲了確保以正確的速度登陸月球 計算機還需要根據實際情況調整推力 這每一個步驟都對計算機的性能提出了極高的要求 因爲本身登月艙就處於火箭的頂端 這個時候登月艙處於極不穩定的狀態 就像是一把掃帚立在了你的手上 你要讓它保持站立狀態 可想而知計算機是載人登月能否實現的關鍵 當時沒有一款現成的計算機可以用於阿卜羅登月 當時許多航天器都是可以自動導航的 它們配備的導航可以跟任務中控制中心的IBM計算機相連 這種計算機屬於大型計算機 體積跟一個小型冷庫差不多 而將一個小型冷庫帶上月球顯然不現實 只能想辦法打造一個體積更小的計算機 因此計算機各個方面的設計都要縮水 還要滿足載人登月的需求 這讓諸多來自美國名校的工程師面面相續 在縮小體積方面 工程師們先是用硅膠芯片替代集成管 相當於在不讓性能打折的情況下 讓電路集結在一片小小的硅片上 在早期的計算機研究中 計算機的設定跟字的位數相關 簡單來講 單個字的位數越長 其所能涵蓋的指令就越多 計算機的精度就會更高 性能也會更加優越 而與之相對應的是體積重量和能耗會隨着增加 目前我們日常生活中看到的計算機 都是32位或者64位 但是AGC只有16位 其中有一位還是用來測試有無故障差錯的 真正能夠運行的只有15位 由於字的位數有限 AGC不僅儲存能力遠弱於現代計算機 在運行速度方面也是一言難盡 當時AGC大約一秒可以執行4萬條指令 而現代筆記本電腦一秒可以執行100億條 面對少到可憐的內存 簡單的不能再簡單的構造 負責設計運行程序跟軟件基本框架的工程師頭疼不已 理論上來講 設計AGC彙編語言不算難 因爲它沒有多少操作碼 搞不了那些花裏胡哨的 但來自麻省理工學院的工程師一針見血地指出 關鍵的難題在於如何在複雜和無關的程序中遵循主程序 換言之 計算機在傳送控制和保存數據時會產生程序分支 而在指令發出之後可能會遇到這些開叉 從而導致程序指令的路線出現混亂 儘管研究AGC非常困難 但是搞太空競賽已經刻不容緩 於是負責該項任務的麻省理工學院儀器實驗室 開始馬不停蹄地展開研究 最終在1966年造出AGC 這時阿波羅制導計算機的研究已經告一段落 但是騾子是馬還得拉出來溜溜才知道 結果等到阿波羅11號飛船開始登月時 AGC卻險些翻車 1969年7月20號 此時阿姆斯特朗跟阿爾德林已經抵達月球上方 110千米處 這意味着他們已經要開始嘗試着陸 而他們的眼睛正緊盯着控制檯中間的計算機 這臺計算機帶着一個鍵盤 阿爾德林可以在鍵盤上按下他背下來的數字命令 這時計算機處理之後會反饋回來5位數的代碼 而阿爾德林已經提前接受過訓練 可以解讀出代碼的命令 此時本次任務已經進入第一個下降階段 計算機會讓着陸器下降到距離月球表面 只有15.24千米的橢圓軌道 然後阿爾德林要做的 就是將着陸器送到與之相交的軌道 由於月球引力不均勻 兩位宇航員要根據下降的實際情況 對着陸點距離等進行多次測量 而這就需要計算機提供比較準確的數據 但是當阿爾德林向計算機輸入指令時 他沒有看到想要的數據 反而聽到計算機響起尖銳的警報聲 原來在這個奇妙關頭 計算機系統突然崩潰了 但實際上在設計計算機時 工程師們早就猜到這臺計算機 隨時有可能出現人爲或者意外的故障 因此工程師們選擇在系統中 引入大量重啓系統 在模擬測試過程中 工程師們所引入的重啓系統 不會讓原有的數據消失 但是兩位宇航員對此一無所知 他們只知道指令出現錯誤 按照計算機的設計 出現錯誤命令時 可以分不同情況選擇終止或者繼續 但尷尬的是 這兩位宇航員沒把錯誤代碼棄權 無奈之下 他們只能選擇向地面控制中心求助 而地面控制中心在研究之後 認爲應該選擇繼續 收到地面傳來的指令之後 阿姆斯特朗重新評估路線 結果發現 現在的路線跟此前阿波羅十號 所探測的路線不太一樣 於是 並想獲取更加準確的數據 在控制中心發佈第二道命令之後 計算機繼續工作 着陸期持續下降6000米左右 這時宇航員已經開始描繪月球平原圖像 但是沒過多久 計算機再次出現重啓 而控制中心再次給出繼續指令 然而在距離月球表面不到610米時 第四次嚴重死機突然來臨 與前三次不同的是 這次死機沒有任何暴縮 也沒有給出高度數據 看着一片空白的控制檯 阿姆斯特朗的心跳飆升至每分鐘150次 此時他已經不對計算機正常工作抱有希望 但奇怪的是 計算機竟然在三分鐘後恢復了正常 正當大家鬆了一口氣 幾秒後計算機再次出現故障 這時着陸器距離月球表面 只有大約244米 而控制中心這次選擇 將一部分控制權交給阿姆斯特朗 因爲他們知道 計算機隨時都有可能出現故障 繼續或者終止都不是最安全的 最終掌握一部分主動權的阿姆斯特朗 就在斷斷續續中 操控了一臺內存只有4000字寫 4分鐘死機5次的計算機 完成了人類首次登月 可想而知美國這次登月有多誇張