費爾柴爾德實驗室與麻省理工儀器實驗室共同探索：阿波羅導(dǎo)航計算機(AGC)的芯片革命

隨著人類對太空探索的不斷深入，(NASA)面臨著巨大的挑戰(zhàn)：為登月任務(wù)開發(fā)一種可靠且性能卓越的飛行計算機。在那個時代，沒有現(xiàn)成的解決方案，因為沒有任何設(shè)備能夠滿足如此嚴苛的要求——小巧、輕便且功能強大。正是在這樣的背景下，費爾柴爾德實驗室與麻省理工儀器實驗室攜手合作，準(zhǔn)備利用新興技術(shù)——集成電路，來打造阿波羅導(dǎo)航計算機(AGC)。

IBM為土星五號火箭設(shè)計的運載火箭數(shù)字計算機(LVDC)在當(dāng)時已經(jīng)是非常先進的技術(shù)了。LVDC使用的晶體管和二極管是由IBM稱之為單位邏輯設(shè)備(ULDS)的組件構(gòu)成。雖然ULDS在設(shè)計和性能上接近集成電路，但它們?nèi)匀恍枰M一步的優(yōu)化和改進。

NASA和軍情局對AGC的設(shè)計要求極高，他們認為基于通用設(shè)計的計算機無法滿足指令和月球模塊的規(guī)格。因此，他們決定采用新發(fā)明的集成電路來制造AGC，這種新型計算機預(yù)計將比使用離散晶體管或UDS制造的計算機更快、更可靠。

集成電路的發(fā)展歷程堪稱一部科技傳奇。1969年，杰克·基爾比在德克薩斯儀器公司制造出了第一個真正的集成電路，這是一個由單片晶體管材料制成的振蕩電路。雖然與現(xiàn)代集成電路相比顯得簡陋，但它無疑是集成電路技術(shù)的開創(chuàng)性之作。然而，這種集成電路的制造過程繁瑣且效率低下，因為硅中的各個元件需要手動連接在微小的金線上。

隨后，費爾柴爾德公司的共同創(chuàng)始人讓?赫尼開發(fā)出了一種稱為“平面”的工藝技術(shù)，即在芯片表面沉積一層二氧化硅作為絕緣體。通過使用絕緣層，導(dǎo)電痕跡可以化學(xué)沉積，從而連接芯片上的各個組件。這一技術(shù)革新極大地提高了集成電路的制造效率和性能。

1961年，費爾柴爾德的鮑勃·諾曼訪問了麻省理工學(xué)院，向AGC團隊展示了新的集成電路。這一展示給團隊成員留下了深刻的印象，特別是阿波羅計劃的助理主任埃爾登·霍爾。他決定訂購100個籌碼進行進一步的研究。工程師大衛(wèi)·漢利展示了集成電路在離散晶體管上加速2.5倍的速度。這一成果讓霍爾看到了將集成電路應(yīng)用于AGC設(shè)計的巨大潛力，并得到了NASA的批準(zhǔn)。

最終，麻省理工學(xué)院/工業(yè)研究所承擔(dān)了設(shè)計和建造AGC的任務(wù)，而IBM則負責(zé)為地面使用的大型機提供技術(shù)支持。這些大型機被用作主要導(dǎo)航系統(tǒng)，而飛行中的AGC則扮演次要角色。在麻省理工學(xué)院/國際工程學(xué)院準(zhǔn)備開始建設(shè)時，費爾柴爾德已經(jīng)開發(fā)了一個完整的數(shù)字邏輯集成電路家族。為了限制項目的復(fù)雜性和成本，霍爾選擇使用單一類型的組件——三進或門。隨后，菲爾科承擔(dān)了在批量生產(chǎn)中制造芯片的任務(wù)。

與此同時，信息技術(shù)和通信技術(shù)司/信息和通信技術(shù)司開發(fā)了一個自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)被設(shè)計為通用計算機而非針對特定任務(wù)的工具。它主要由飛童設(shè)計的雙三輸入或閘門芯片構(gòu)成，被認為是第一臺使用集成電路制造的計算機。這一系統(tǒng)在阿波羅導(dǎo)航計算機中得到了廣泛應(yīng)用，為宇航員提供了準(zhǔn)確可靠的導(dǎo)航信息。

1965年，第二塊AGC使用了大約4100個更新的雙三進或閘門雙平板芯片費爾柴爾德芯片。這種雙閘門設(shè)計不僅降低了功耗，還提高了處理性能，并且成本比第一塊設(shè)計更低。第二塊AGC成功應(yīng)用于所有阿波羅任務(wù)中，為宇航員的安全著陸提供了堅實的技術(shù)支持。

在阿波羅計劃的過程中，NASA不僅推動了集成電路技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，還開創(chuàng)了現(xiàn)代軟件工程的先河。作為多用途計算機，AGC需要比當(dāng)時更高級的編程技術(shù)。軟件工程師瑪格麗特·漢密爾頓加入了麻省理工學(xué)院的團隊，為AGC開發(fā)飛行任務(wù)軟件。作為軟件工程部的主管，她監(jiān)督了一個團隊設(shè)計和測試AGC的軟件。

在AGC項目之前，軟件開發(fā)并不被認為是一門科學(xué)或工程的一個分支。然而，漢密爾頓和她的團隊通過實踐和創(chuàng)新，逐漸形成了軟件工程的核心理念和方法。她發(fā)明了“軟件工程”這一術(shù)語，并為該領(lǐng)域的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

漢密爾頓和她的團隊為AGC開發(fā)了一個簡單的中斷驅(qū)動實時操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有批處理作業(yè)調(diào)度、合作多任務(wù)處理和錯誤處理等功能。在阿波羅11號登陸月球前幾分鐘的關(guān)鍵時刻，錯誤處理功能發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。由于這一功能的存在，宇航員巴茲·奧爾德林得以恢復(fù)計算機并成功著陸。

隨著集成電路技術(shù)的快速發(fā)展和登月任務(wù)的圓滿成功，這項技術(shù)的可行性得到了充分驗證。參與AGC項目的費爾柴爾德和其他主要半導(dǎo)體公司的重要人物繼續(xù)為硅谷的崛起奠定了基礎(chǔ)。他們不僅推動了集成電路技術(shù)的進一步發(fā)展，還為現(xiàn)代計算機科學(xué)和軟件工程領(lǐng)域的發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻。

總的來說，費爾柴爾德實驗室與麻省理工儀器實驗室的合作不僅成功打造了阿波羅導(dǎo)航計算機這一傳奇設(shè)備，還推動了集成電路技術(shù)和軟件工程領(lǐng)域的革命性發(fā)展。他們的努力和創(chuàng)新精神為后來的科技進步奠定了堅實的基礎(chǔ)，讓我們對人類的智慧和創(chuàng)造力充滿了敬意。

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