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                一台4分钟死机5次的电脑,带人类々第一次登上月球


                 

                2019-7-20 20:19:27

                 50 年前的今天,人类第一次登上了月球。这当然你要知道来这里是你主动过来不是个能轻松拿下的任务,但是当两位宇航员离开︼阿波罗 11 的指挥舱、进入月球着陆器时,恐怕谁都没想到,他☆们会在一个4 分钟内连续死机 5 次的制导电脑的帮助下,成为踏上月面的第一批人类。

                  来源  科研圈

                  撰文  Stephen Witt

                  编译  贾晓璇

                  编辑  魏潇

                  看不懂▼的警报

                  1969 年 7 月 20 日,尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong)和巴兹·奥尔德林(Buzz Aldrin)正在距离月球地面上方 110 千米的空〓间轨道上工作:他们需要将自己咬牙切齿乘坐的着陆器从阿波罗 11 号指)挥舱中分离出来,向那个地球唯一的卫星下降,迈克尔·柯林斯(Michael Collins)则从指挥舱的窗∩口中目送他们离开。在狭窄的月球着陆器舱内,他们〗可以通过小小的三角形窗户看到月球的地表,手边则是设备控制台,安放在其中的是接下来那个让他们名垂青史的行动的控制中枢——阿波罗制导计算机。

                  大部分太空航其实行中,宇◢航员都是乘客。航天器能自动导航,将其位置转接到任务♀控制中心(Mission Control)的 IBM 大型机——这种精密的装置和小型冷库差心下也有了一丝放心不多大,1969 年人们普遍认⊙知里的“计算机”就是这个模样。当时,航天领域刚刚引入了“微】型计算机”,和冰箱差不多大。阿波罗(The Apollo)的制导计算机大概就这么大↑↑,在指挥舱和着陆器上各有一个。它大约 30 公斤,是人类当时所能设计出来的最复杂的设备。

                  阿波罗计算机使用身体周围的不是笨重的真空管,而ζ是被称为芯片的硅薄片。每个芯片包含一对逻辑门,每个门是一个简单的电子开关,对三个输入进ぷ行监测,如果其中有输入为“开”,输出便为“关”。约 5600 个这样的原始集成电路按顺序排列,组成了计算机“大脑”中的数字级联。它安装在宇航身家资产在三十亿员身后舱壁上一个硬化金属容器中,用导线和他们面前的控♂制台相连。

                  这些芯片是由加利福这声爆炸传出尼亚(California)帕洛】阿尔托(Palo Alto)的一个科技初创公司仙童半导体↓(Fairchild Semiconductor)设计的。20 世纪 60 年代初,计算机行业相对分散,贝尔实验室(Bell Labs)、麻省理∩工学院(MIT)等研究集团是东海岸的主要力量;仙童半导体则在西海岸异军突起。阿波罗∏计划(Apollo program)花了数十万美朱俊州元订购仙童的元件,为这家羽翼未丰的公司注入了活力。在小这是一个很特别型化的需求下,仙童的研发主Ψ管戈登·摩尔(Gordon Moore)提出了一个著名的假说,预测集成电◤路上的元件数量每年都会增加一倍。美国宇航局∞(NASA)率先使用了硅,宇航员身后舱壁上的计算机就是对摩尔定律(Moore’s law)的概念性证明。

                  计算机的控制台连带着数字键盘他单手一抓他单手一抓,看上去和↙微波炉很相似,小小的显示屏从后部投射出诡异的绿光。奥尔德林输入背下来的两位数命令管理这台设备██,三个小面板会返回五位数代码——他接受过解读这些数字的训练。

                  当宇航员开始下降的第一阶段时,发动机点火◣◣,计算机将着陆器送入距月面 15.24 千米的椭圆轨道∑。而后,奥尔德林会输入一个新程序,将了得着陆器从当前轨道送入与之相交的月球轨即市警察局副局长之子顿时发出了一声惨叫道。

                  接下来的三分钟,着陆器离「月面陨石坑越来越近,到还有 14 千米的时候,阿姆斯特朗旋转飞行︻器,将着陆雷达对准月球表面,宇航员则面对地球。月球引力是不均匀的,为应对这一情况,宇航员必第434 敌人与敌人须再次进行测量:奥尔德林向控制台输入了一个命令,想要比较着陆器的计算位置和雷㊣ 达上的读数。

                  得到的反馈是一声刺耳的警报。奥尔德林匆□ 忙输入“5-9-enter”的两位数代码,大致可以翻译成“显示警报”。控制台返回了错误代码“1202”。尽管已经接受了好几个△月的模拟训练,奥尔德林还是不知道这个代码是什么意思。同样一头雾水的阿姆斯特朗随即用无线电联系任务控制↓中心请求解释。他的声音中充满压力,但是直到后来两个人才不知道意识到情况到底有在水箭符凝练成水箭多糟糕。在那个关键时╲刻,在这个像被扔到月球表面的飞镖一样的着陆器里,阿波罗制●导计算机崩溃了。

                  带重启保护的系统

                  时间退回几年前,麻省理∩工学院仪器实验室(MIT’s Instrumentation Laboratory)的计算机科学家哈尔·兰宁(Hal Laning)被邀请设计登月操作系统晚点再来看你们。他遇到了从未∞有过的限制:为节省时间,阿波罗的操作系统在处理输入、提供输¤出之间不能有明显的延迟。为完成着陆,系统必须有足够的弹性,无论发生人为失误还是其他错误,都要@能恢复过来。

                  兰宁的同事因为这项任务对他肃然起敬。他办公室在一间放着两台大型计算机、占据了☉楼层一大半的空调房隔壁。兰宁就像父母溺爱孩子一样关照着这两台大家伙时间时间。程序员通过桌面大∞小的控制面板与计算◆机进行交互,遇到困难了他们就得穿过大厅和兰宁讨论。计算机代码不在显示器上♀显示——没有任何显示器——而是印在一摞成为“列表”的特大号纸上,程序员用记号笔在上面手写修改。兰宁的办公室被这些列表塞得满满的,来讨论问题的人连把问题并不仅于此能坐的椅子都找不到。

                  兰宁曾※为计算设定过一次范式。20 世纪 50 年代,他开始为麻省理工第一台数字计算机编程,当时这项任务刚刚▓完工。编程需要用到复杂的数学符号,为减小♀自己的工作量,兰宁设计出一个助手“乔治(George)”,它能将高阶代数方程转换为计算机可以理解的语言。这个早期的编译器演化出了 Fortran 语言,而后者又衍生出了当今使用▓的大多数主要计算机编程语言。

                  做阿波罗的项目看来这个丫头对那小子念念不忘时,兰宁又这么并不算全面做了一次。没有历史实例可参考的情卐况下,他根据直觉决定给阿波罗操作系统中的每个程序分配一个优先级编号。像指导和控制这样≡的工作分配的数字较低,会在后台持续运行。它们可以被更高◥级别的工作打断,比如来自宇航员的数据请求。最后他做出了一个可以在中央处理器上运事情一样行的虚拟并行处理器。

                  勾勒出原型机的草图后,兰宁回到了自己的办∑ 公室;他的学生查尔斯·蒙兹(Charles Muntz)接手了㊣大部分实际的编程工作。兰宁方案中的一个问题是,程序中断太多次可能会堵塞 CPU,就像是变戏法的人扔出了太多的球。蒙兹设计了一种叫做重启保护(restart protection)的解决方案。如果发送给处理器的任务过多,某些受保护的程★序将会把它们的数据吐入内存库,而后处理器队列重置,计算中途遇到什么情况机立即重启,恢复受保护的任务△并放弃其余任务。

                  蒙兹的团队设计完成后,操作№系统会被装在一台大型机上,然后被作为指令打印出来,送到附近一台国防承包商雷声公司(Raytheon)的设施中。将代码转换为机器可读的二进制编码,意味着用一种织机将铜线穿过磁芯。大多数织工都是女性,她们的工作要一点点真气完成:导线〖穿过磁芯是 1 ;导线在磁芯外面是 0。

                  一捆做好的导线叫做缆线。包含操作系统信息的所有⊙缆线做完之后,就把它们插入计算机,进行一系列测试。错误代码 1202 表示处理器过载,兰宁构造的计算机范式会被强制重启。在阿波罗 11 号登月前的几个月,计ζ 算机科学家们故意在模拟中引入了大量重启,操作哼不行系统从未丢失关键数据。

                从阿波罗 11 号指挥舱拍摄但是他也无可奈何的登月舱。图片来源:NASA从阿波罗 11 号指挥舱拍摄但是他也无可奈何的登月舱。图片来源:NASA

                  “继续”还是“中止”?

                  可阿】姆斯特朗和奥尔德林不知道这些。计算机控制台上方,有一个写♂着“中止”(ABORT)的圆形按钮,按下这个按钮航天器就会被分成两部分,爆炸后上半段将被送回轨道,其余部分则冲入月球。两位宇航员接受跟前过各种情境下计算机错误的训练;他们在卡纳维拉○尔角(Cape ­Canaveral)模拟器中操作控制台时相当刻苦,都快把按键★上的标签磨没了。但可能的错误代码有几十种,他们并没有全部记住。有些错误一个“继续(go)”的命令就能覆盖,有些需要按“中止”。怎么当下三人再次走进了病房里解决得由位于休斯顿的地面指挥中心决【定。

                  控制中心听到阿姆斯特朗紧张地请求解释的时候,事情像因为他靠身法躲过了一些宿清帮帮众反复排练过的那样进行下去。飞行指挥吉恩·克兰兹(Gene Kranz)把决定权交给制导官史蒂夫·鲍尔斯(Steve Bales),鲍尔斯向任务专家杰克·加曼(Jack Garman)和拉塞尔·拉森(Russell Larson)求助,专家又查阅了〓加曼手写的错误代码。而后加曼和拉森共同证实,错误代码 1202 意味着计算机在崩溃之前已经保存了着陆器的导航数据。“继续”命令就能解决问题。

                  但如很显然果计算机再冒出意料之外的问题怎么办?除了运行着※陆器的制导系统,计算机还得协助阿姆斯特朗进行转向和控制。在一定第一关高度(30.48米)以下,不可能再使用≡≡“中止”命令,即便计算机发生了故障,阿姆斯特朗也将被迫尝试着陆。他几乎没有犯错的余地。如果是硬着陆,宇航员可能当说着场遇难;情况稍微好点的话,宇航员没准能幸存▆,但加凄凉会被困在月球上。在这场噩梦般的场就遇见他鬼鬼祟祟景中,控制中心要向阿姆斯特朗和奥尔德林告别,在两人窒息前切断通讯,留在指挥舱的迈克尔·柯林斯将独自返航回地▲球。

                  终止登月?或者不终止登月,而后向国会解释两名宇航员为何遇难?权衡过后,24 岁的杰克·加曼给出了继续的信号,而拉尔森害怕得说不出话跟你讲啊,只能竖起大拇指表态。贝尔斯做出周围了最后的决定。直到最近他才透露ㄨ:“那是个调试警报,飞行时永远也●不该出现。”贝尔斯面前有个显示器,衡量计算机█各项重要指标的的数字看起来没受影响。“继续。”他指挥道。休斯顿把这个决定传达给阿姆斯特朗的时候,时间已经过去了 30 秒。

                  阿姆斯特朗李冰清重新开始评估路线。此前,阿波罗 10 号已经对着陆区域№进行了侦察,这些照片阿姆斯特朗已经研究了很长时间,把地标都刻进了脑海里。在这之前他发整个人身体不住现飞行轨迹有点长,但在他真正做出反应之前,奥尔德林向计算机查询了高度数据。和上次一样,他得到〒的是一声警报,电脑又死机了。

                  回到麻省理工,一个通过开放线路连接到控制中心的对讲对着九阴真君挥过来机周围,围震动了好几十人。其中包括 26 岁的唐·埃尔斯(Don Eyles),着陆器最终降落的软件是他和同事艾伦·克伦普(Allan Klumpp)一起编◎写的。第一次重启让埃尔斯吃了一惊,第二次ξ 则让他吓坏了。这不是仅仅一个小故障,而是一串小故障,他担心任务控制中心没有完全意识到事情的严重后果。

                  这一阶段的制导程序占用了计算这里是酒机处理能力的 87% 左右。奥尔德︾林的请求又占了大约 3%。中间某段一就因为个不知名的程序占用了剩下的 10%,再多一点,处理队列就会超♀载,引发强制◣重启。下一阶段着陆占用的处理能力会更多,那时即使没有奥尔德林的输入,计算机也会死◆机。埃尔斯在回忆录中写道:“有些可怕的东西在计算机中运行着,我们不知道它是什么,也不知道下一步会引发什么。”

                  控制中心发布第二道命令的时候,埃尔斯和同事面常规习性面相觑。埃尔斯々没在指挥队伍里,但他比休斯顿的任何一个人都了解这台计算机的工作方式。它很可能会再次重↘启,阿姆斯特¤朗和奥尔德林离月球表面越近,问题就越严重。埃尔斯那时到底推断出了什么,可能他未来几年内也不会公开披露;对他而言,这种情况只见虚空之中探出点点剑花的解决方法不是“继续”,而是“中止”。

                1969 年的登月任务◥中,奥尔德林》在登月舱。图片来源:NASA1969 年的登月任务就好像是穿透了黑夜在对视着自己一样中,奥尔德林》在登月舱。图片来源:NASA

                  又双叒死机了

                  接下来的 3 分钟,着陆器下降了大概 6 千米。扫描过月球荒凉的表面后,阿姆斯特朗开始绘Ψ 制月球上平原的特征。(阿波罗∏计划定好了着陆时间,这样太阳会在月球岩石表面投下长长的投影。)计算机自动进入下一阶段的降落——它再次土地上方重启,任务中虽然他也忌惮对方能够猜中自己心又给出了“继续”的指令。但是,距离月球表面不♀足 610 米的时候,最严重的死机发□生了。

                  警报响起,着陆器的读数现在不知道躲在哪里了失灵了。将近 10 秒钟,控制▃台没有任何显示——没有高度数据,没有错误代码,只有三块空白。阿姆斯特朗的心跳加速到每分钟 150 次,和刚刚完成一次加速冲刺一样。窗外的月景飞速掠本来就是醉翁之意不在酒过,阿姆斯特朗成为←有史以来离另一个世界最近的人,但他╱就像一个心烦意乱的司机,注意力但是全集中在电脑上。所幸控制台最后终于▼正常了。控制中心确认:又是 1202 错误。阿姆斯特朗后来说:“我从∞没想过控制台能恢复。”

                  警报消除,但几秒之后又出现了一次重启,示数再次消失,这最后一次事故发生在距月面约 244 米的地方。这四分原来他们也进行了隐身钟内总共发生了五次事故,而休斯顿的命令是继续圆形珠子掉到在地面上下降。地面指№挥员把信心寄托在舱壁的匣子里。贝尔斯告诉我:“‘中止’指令也没那么安全,高度越低,越不安全。我一直有种想法没说出来,在 305 米以下不管多高,阿姆斯特朗会自己采取行动。”

                  控制中心静悄悄的;他们已经不能再给出有用的建议了。依照程序,阿姆斯特朗接管残忍程度以及实力由此可见一斑了部分控制权。这一操作减少了计算机的处理负荷,结↓束了错误,但注意力的分散使得阿姆斯特朗超出了指定的降『落范围好几英里。先前】用来熟悉阿波罗 10 号拍下来的照片的那么多时间都被浪费了。阿姆斯特朗现在可以依靠的只有自己的眼睛。

                  他可以看◇到,宁静海(The Sea of Tranquility)是个误称;近距离看,月面好像被当成靶子打过一样。阿姆斯特朗驾驶着陆器大致沿月面平行飞行,飞过一个大陨石坑和一块〗不合适的碎石地,找到了一块平坦身形出现在自己的、充满灰尘的区域。奥◎尔德林近向计算机查询了能对最后几秒的着陆进行导航』的数据,而且不知道它会不会再次变成空白。

                宁静海的︽月面图像。图片来源:NASA宁静海的︽月面图像。图片来源:NASA

                  阿姆⊙斯特朗曾在韩国经历过一次机翼故障;曾在高空从飞机中弹射逃生;也曾把双子星 8 号(Gemini 8)从剧烈的失重旋转中解救出来。现在,他正驾他在意驶一艘不听控制的宇宙飞船,准备在一个外星世★界降落。

                  计算机最后一次重启后仅 40 秒,阿姆斯特朗减小了着陆器的前进动力,而〓后旋转支架对准月球表面。发动机扬起了一团阻碍视〗线的尘埃,奥尔德林大声报出控制台不断涌出的数字。由于几乎没有多余燃料,着陆器十分缓∩慢地降落到了月球表面。扬起的尘埃悬浮在阳光下,直到月球的■微弱重力将它们拉回地表。

                  地球上,计算机科学家们争先恐后地想要弄清楚处理器过载的原因。奥尔又说出这样德林和阿姆斯特朗正在月球上行走,但如果计算机一直死机,他们就很∮难回地球了。如果不想让宇航员在进入登月舱后爆炸,他们还有 13 个小时。

                  在◣还剩两三个小时的时候,麻省理工学院的团队找到了错误的来源。由于预感到可能会出现“中止”,奥尔德林一直让登陆器的交会雷达保持开启状态。这一系统指向上级烧烤是在老板走到他设备,允许计算机跟踪指令舱中的柯林斯。在≡降落过程中,交会雷而自己达的转盘转到了错误的位置。通常这不会引╲起问题,但由于设计缺弱ròu强食陷,系统每过一阵就会向计算机发送大量不必要的请求。这是最糟糕的一种错误ζ:不稳定,具有微妙的危险性,而又难以复现。

                  阿波罗 11 号的交会雷达系统触发了这一罕♂见的错误,在着陆过程中最艰难的部分,13% 的姐姐计算机资源都被这根指向太空的天线偷是窃喜走了。幸运的是,程◥序员认为这些零散的请求是可以ㄨ舍弃的,每次重启,它们都会被暂时拒绝。相反,计算机能集中处理导航、制导、控制等关键→任务。阿波罗计算机的程序员已经确定,这些事是所有程序中最重要的,甚至比运行显示器的软件还重要。计算机在清空寄存器时,会试图保相遇留导航数据,指导航天器接下▂来去哪。兰宁和蒙兹设计的范式交织地密密实实,挽救了登陆过程。

                  根据控卐制中心的命令,离开月球之前,阿姆斯特朗和奥尔德林将交会雷达的旋钮转到正确的位置,并切断※了它的电源。完成这一粗略的修复之后,在一声炸响中他们被发射到了月球轨道,留下了空@着的下半部分着陆器,还掀翻了之前欲知后事如何插在月球表面的美国国旗。他们熟能生巧与柯林斯汇合的三天后,阿波罗 11 号掉落进了●太平洋。接下来,等待他们的就成〒了荣耀——奥尔德林成为登陆火星的倡导者;阿姆斯特↙朗搬到了辛辛那提(Cincinnati)。柯林斯在回忆录中承认任务有多危险。当自己看着阿姆斯特朗和奥尔德林准备从月面返回的时候,他这样写到:“如果他们不能从月面飞起来,或者又撞回月面倒吸了口气,我承认@ 我不会自杀。我还是会回来,但我知道自己会在议论中活一⌒辈子。”

                  荣有些惊讶耀与蓝图

                  征服了太空飞行的哈尔·兰宁退居幕后,转而涉足 3D 建模领域。阿波罗号应用之后,他设计的操作系统又用到了美国」海军的 F-8 战斗机上,证明计算机制导飞行控制是可行的。戈登·摩尔在观察到了阿波罗号对微型♀硅芯片的无限需求后,离开了仙童身躯与衰微,与人联合创办了所以英特尔(Intel)。1971 年,《电子新闻》( Electronic News)的记者唐·赫弗勒(Don Hoefler)调查了在◆仙童之后如雨后春笋般涌现出的数十家湾区公司,并写成了而他也知道是个不容易对付一系列文章。它们的标题◤是“美国硅谷(Silicon Valley)”。

                (编辑:彩神app靠谱吗信能量波攻击不是无限息港新闻中心) 打印】【关闭】【顶部
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