IBM システム/4 Pi

IBM System/4 Piは、 F-15イーグル戦闘機、E-3セントリーAWACS、ハープーンミサイル、NASAのスカイラブ、MOL、スペースシャトル、その他の航空機にさまざまなバージョンで使用されている航空電子工学コンピュータのファミリーです。開発は1965年に始まり、1967年に納品されました。[ 1 ]これらは^IBM連邦システム部門によって開発され、ニューヨーク州オウェゴの電子システムセンターで製造されました。^[2]

これは、 System/360 メインフレームファミリーのコンピュータで使用されていたアプローチから派生したもので、このファミリーのメンバーは、さまざまなユーザー アプリケーションで使用することを目的としていました。(これは名前に表れています。球体には4 π ステラジアンがあり、円には360度があります。 ^[3] ) 以前は、航空宇宙アプリケーションごとにカスタム コンピュータが設計されていましたが、これは非常にコストがかかっていました。

1967年、System/4 Piファミリーは以下の基本モデルで構成されていました: ^{[4] [5]}

• モデルTC（戦術コンピュータ）^{[7] [8]} - ミサイル誘導、ヘリコプター、衛星、潜水艦などの用途向けのブリーフケースサイズのコンピュータ。
• モデルCP（カスタマイズされたプロセッサ/コストパフォーマンス）^{[9] [10]} - 航空機ナビゲーション、武器の配達、レーダー相関、移動戦場システムなどのアプリケーション向けの中距離プロセッサ。^[11]
  • モデルCP-2（コストパフォーマンスモデル2）^[12]
• モデルEP（拡張パフォーマンス）^{[13] [14]} - 有人宇宙船、空中警戒管制システム、指揮統制システムなど、大量のデータをリアルタイムで処理する必要があるアプリケーション向けの大規模データプロセッサ。モデルEPはIBM System/360 ^[15]（モデル44）^[16]の命令サブセットを使用していた- ユーザープログラムはSystem/360上でチェック可能

スカイラブ宇宙ステーションは、カスタム入出力アセンブリを備えた16 ビットのワード長と 16,384 ワードのメモリを備えたモデル TC-1 ^[17]を採用しました。スカイラブには、プライマリ (通電) とバックアップ (非通電) の 2 つの冗長 TC-1 コンピュータがありました。プライマリに重大な障害が発生した場合、バックアップに自動的に切り替わります (約 1 秒かかります)。^[18] 1972 年までに合計 12 台が NASA に納品されました。2 台は 1973 年から 1974 年にかけてスカイラブで飛行し、残りはテストとミッション シミュレーターに使用されました。^{[19]ソフトウェア管理作業は、}ハーラン ミルズとフレッド ブルックスが主導しました。スカイラブのフライト ソフトウェア開発プロセスには、ブルックスの 1975 年の著書「The Mythical Man-Month 」に記載されているように、IBM System/360 オペレーティング システムプロジェクトで得られた多くの教訓が取り入れられました。^[19]

AP -101はSystem/4 Piシリーズの最上位機種であり、System/360 メインフレームと基本的なアーキテクチャを共有している。^{[19]これは、} F-15戦闘機で使用されているIBM Advanced Processor-1 (AP-1) ^[20]の再パッケージ版である。^[19] AP-1のプロトタイプは1971年に、AP-101は1973年に納入された。[ ^{21] 16個の32}ビットレジスタを備えている。当初はメモリのアドレス指定に使用できるのは16ビットのみであったが、後にプログラムステータスワードレジスタから4ビットが追加され、 1Mロケーションのメモリ範囲を直接アドレス指定できるようになった。このアビオニクスコンピュータは、米国のスペースシャトル、B-52およびB-1B爆撃機、^[19]およびその他の航空機で使用されている。^[22]

AP101には多くの派生型があった。B-52の改良型である攻撃用アビオニクスシステムには、2台のAP-101Cコンピュータが搭載されている。^[23] AP-101Cのプロトタイプは1978年に納入された。 ^[21] B-1Bは、8台のAP-101Fコンピュータのネットワークを採用している。^[24]スペースシャトルは、初期のAP-101BとアップグレードされたAP-101Sの2つのAP-101派生型を使用した。AP-101Bは、1977年の一連のアプローチおよび着陸テストに使用された。最初の軌道への上昇は1981年であった。AP-101Sは2000年に初めて打ち上げられた。

シャトルの各AP-101は、1つのマスターシーケンスコントローラ（MSC）と24のバス制御エレメント（BCE）で構成される入出力プロセッサ（IOP）に結合されていました。MSCとBCEは、メインCPUと同じメモリシステムからプログラムを実行し、シャトルのシリアルデータバスシステムの制御をCPUからオフロードしました。スペースシャトルで最初に使用されたAP-101Bには、磁気コアメモリがありました。1990年代初頭のAP-101Sへのアップグレードでは、コアが半導体メモリに置き換えられ、サイズが2つのシャーシから1つのシャーシに縮小されました。^[25]グラスコックピット技術によって拡張されました。両方のバリアントは、命令セットアーキテクチャを定義するためにマイクロプログラムを使用します。初期のAP-101バリアントは、IBMの多目的ミッドラインプロセッサ（MMP）アーキテクチャを使用していました。^[26] AP-101Bマイクロプログラムは、154の命令でMMPを実装しました。 AP101Sは、158命令の下位互換性のあるMMP、または243命令のMIL-STD-1750Aアーキテクチャで動作可能でした。^[25]これは、B-1Bで使用されたAP-101Fに基づいていました。AP-101S / Gは暫定的なプロセッサでした。AP-101Bのパフォーマンスは0.420 MIPSでしたが、AP-101Sは1.27 MIPSでした。^[25] NASAから宇宙飛行におけるコンピュータの歴史を書くよう依頼されたジェームズ・E・トマイコは次のように述べています。^[27]

「NASA​​が1970年代にシャトル契約の要件を定めていたとき、基本的に現在の形で利用可能でした。したがって、これは意図的に最先端技術に遅れをとったハードウェアを備えた最初の有人宇宙船コンピュータシステムを表しています。」

スペースシャトルは、汎用コンピュータ（GPC）として5台のAP-101コンピュータを使用していました。4台は冗長性のために同期して動作し、5台目は独立して書かれたソフトウェアを実行するバックアップでした。シャトルの誘導、航法、制御ソフトウェアは、専用の高水準プログラミング言語であるHAL/Sで書かれていましたが、オペレーティングシステムと低水準ユーティリティソフトウェアの多くはアセンブリ言語で書かれていました。米国空軍が使用するAP-101は、B-1B爆撃機に搭載されているシステムなど、ほとんどがJOVIALでプログラムされています。 ^[28]

AP-102の派生型の設計は1984年に始まりました。これはMIL-STD-1750A標準命令セットアーキテクチャです。最初にF-117Aステルス戦闘機で使用されました。1990年代初頭にAP-102Aにアップグレードされました。^[29]

• Vandling, Gilbert C. (1975年2 月) 。「マイクロプログラム化された航空宇宙コンピュータの構成」。コンピュータ設計。14 (2): 65–72。ISSN 0010-4566。OCLC  1134857535  。
• IBM System/4 Pi コンピューターの技術説明。ニューヨーク州オウィーゴ: IBM 連邦システム部門。1967 年。2013 年10 月 27 日閲覧。
• IBM System/4 Pi の概要。

• IBM アーカイブ: IBM とスペース シャトル
• IBM アーカイブ: IBM と Skylab
• NASA によるシャトル GPC の説明
• NASA の AP-101 開発の歴史 2017-02-15 にWayback Machineでアーカイブ
• スペースシャトルのコンピューターと航空電子機器