費(fèi)爾柴爾德實(shí)驗(yàn)室與麻省理工儀器實(shí)驗(yàn)室共同探索：阿波羅導(dǎo)航計(jì)算機(jī)(AGC)的芯片革命

隨著人類對(duì)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(jì)算機(jī)。在那個(gè)時(shí)代，沒(méi)有現(xiàn)成的解決方案，因?yàn)闆](méi)有任何設(shè)備能夠滿足如此嚴(yán)苛的要求——小巧、輕便且功能強(qiáng)大。正是在這樣的背景下，費(fèi)爾柴爾德實(shí)驗(yàn)室與麻省理工儀器實(shí)驗(yàn)室攜手合作，準(zhǔn)備利用新興技術(shù)——集成電路，來(lái)打造阿波羅導(dǎo)航計(jì)算機(jī)(AGC)。

IBM為土星五號(hào)火箭設(shè)計(jì)的運(yùn)載火箭數(shù)字計(jì)算機(jī)(LVDC)在當(dāng)時(shí)已經(jīng)是非常先進(jìn)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(jì)和性能上接近集成電路，但它們?nèi)匀恍枰M(jìn)一步的優(yōu)化和改進(jìn)。

NASA和軍情局對(duì)AGC的設(shè)計(jì)要求極高，他們認(rèn)為基于通用設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)無(wú)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(lái)制造AGC，這種新型計(jì)算機(jī)預(yù)計(jì)將比使用離散晶體管或UDS制造的計(jì)算機(jī)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(gè)真正的集成電路，這是一個(gè)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(jiǎn)陋，但它無(wú)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(guò)程繁瑣且效率低下，因?yàn)楣柚械母鱾€(gè)元件需要手動(dòng)連接在微小的金線上。

隨后，費(fèi)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(guò)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(gè)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(fèi)爾柴爾德的鮑勃·諾曼訪問(wèn)了麻省理工學(xué)院，向AGC團(tuán)隊(duì)展示了新的集成電路。這一展示給團(tuán)隊(duì)成員留下了深刻的印象，特別是阿波羅計(jì)劃的助理主任埃爾登·霍爾。他決定訂購(gòu)100個(gè)籌碼進(jìn)行進(jìn)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(jì)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(jì)和建造AGC的任務(wù)，而IBM則負(fù)責(zé)為地面使用的大型機(jī)提供技術(shù)支持。這些大型機(jī)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(guó)際工程學(xué)院準(zhǔn)備開始建設(shè)時(shí)，費(fèi)爾柴爾德已經(jīng)開發(fā)了一個(gè)完整的數(shù)字邏輯集成電路家族。為了限制項(xiàng)目的復(fù)雜性和成本，霍爾選擇使用單一類型的組件——三進(jìn)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(shí)，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(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為通用計(jì)算機(jī)而非針對(duì)特定任務(wù)的工具。它主要由飛童設(shè)計(jì)的雙三輸入或閘門芯片構(gòu)成，被認(rèn)為是第一臺(tái)使用集成電路制造的計(jì)算機(jī)。這一系統(tǒng)在阿波羅導(dǎo)航計(jì)算機(jī)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(gè)更新的雙三進(jìn)或閘門雙平板芯片費(fèi)爾柴爾德芯片。這種雙閘門設(shè)計(jì)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(jì)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(jiān)實(shí)的技術(shù)支持。

在阿波羅計(jì)劃的過(guò)程中，NASA不僅推動(dòng)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(jì)算機(jī)，AGC需要比當(dāng)時(shí)更高級(jí)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(tuán)隊(duì)，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(gè)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)和測(cè)試AGC的軟件。

在AGC項(xiàng)目之前，軟件開發(fā)并不被認(rèn)為是一門科學(xué)或工程的一個(gè)分支。然而，漢密爾頓和她的團(tuán)隊(duì)通過(guò)實(shí)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(yǔ)，并為該領(lǐng)域的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

漢密爾頓和她的團(tuán)隊(duì)為AGC開發(fā)了一個(gè)簡(jiǎn)單的中斷驅(qū)動(dòng)實(shí)時(shí)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(cuò)誤處理等功能。在阿波羅11號(hào)登陸月球前幾分鐘的關(guān)鍵時(shí)刻，錯(cuò)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(jì)算機(jī)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(xiàng)技術(shù)的可行性得到了充分驗(yàn)證。參與AGC項(xiàng)目的費(fèi)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(dòng)了集成電路技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，還為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)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(xiàn)。

總的來(lái)說(shuō)，費(fèi)爾柴爾德實(shí)驗(yàn)室與麻省理工儀器實(shí)驗(yàn)室的合作不僅成功打造了阿波羅導(dǎo)航計(jì)算機(jī)這一傳奇設(shè)備，還推動(dòng)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(lái)的科技進(jìn)步奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，讓我們對(duì)人類的智慧和創(chuàng)造力充滿了敬意。

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