IBM System/4 Pi

El IBM System/4 Pi es una familia de computadoras de aviónica utilizadas, en diversas versiones, en el caza F-15 Eagle , el AWACS E-3 Sentry , el misil Harpoon , el Skylab de la NASA , el MOL y el transbordador espacial , así como en otras aeronaves. Su desarrollo comenzó en 1965 y las entregas en 1967. ^{[ 1 ]} Fueron desarrolladas por la División de Sistemas Federales de IBM y producidas por el Centro de Sistemas Electrónicos en Owego, Nueva York. ^{[ 2 ]}

Se deriva del enfoque utilizado en la familia de computadoras centrales System/360 , cuyos miembros estaban diseñados para usarse en diversas aplicaciones de usuario. (Esto se expresa en el nombre: hay 4π estereorradianes en una esfera, al igual que hay 360 grados en un círculo. ^{[ 3 ]} ) Anteriormente, se diseñaban computadoras a medida para cada aplicación aeroespacial, lo cual resultaba extremadamente costoso.

En 1967, la familia System/4 Pi constaba de estos modelos básicos: ^{[ 4 ] [ 5 ]}

• Modelo TC (Computadora Táctica) ^{[ 7 ] [ 8 ]} - Una computadora del tamaño de un maletín para aplicaciones como guía de misiles, helicópteros, satélites y submarinos.
• Modelo CP (Procesador personalizado/Rendimiento de costo) ^{[ 9 ] [ 10 ]} - Un procesador de rango intermedio para aplicaciones tales como navegación de aeronaves, lanzamiento de armas, correlación de radar y sistemas móviles de campo de batalla. ^{[ 11 ]}
  • Modelo CP-2 (Rendimiento de costos - Modelo 2) ^{[ 12 ]}
• Modelo EP (Rendimiento Extendido) ^{[ 13 ] [ 14 ]} - Un procesador de datos a gran escala para aplicaciones que requieren el procesamiento en tiempo real de grandes volúmenes de datos, como naves espaciales tripuladas, sistemas de alerta y control aerotransportados y sistemas de mando y control. El modelo EP utilizaba un subconjunto de instrucciones del IBM System/360 ^{[ 15 ]} ( Modelo 44 ) ^{[ 16 ]} - los programas de usuario podían comprobarse en el System/360

La estación espacial Skylab empleó el modelo TC-1, ^{[ 17 ]} que tenía una longitud de palabra de 16 bits y 16.384 palabras de memoria con un conjunto de entrada/salida personalizado. Skylab tenía dos computadoras TC-1 redundantes: una principal (activada) y una de respaldo (desactivada). Se produciría una conmutación automática (que tomaría aproximadamente un segundo) a la de respaldo en caso de una falla crítica de la principal. ^{[ 18 ]} Se entregaron un total de doce a la NASA en 1972. Dos volaron en Skylab en 1973-1974; las demás se utilizaron para pruebas y simuladores de misión. ^{[ 19 ]} El esfuerzo de gestión del software fue liderado por Harlan Mills y Fred Brooks . El proceso de desarrollo del software de vuelo de Skylab incorporó muchas lecciones aprendidas durante el proyecto del sistema operativo IBM System/360 , como se describe en el libro de Brooks de 1975, The Mythical Man-Month . ^{[ 19 ]}

El AP-101 , al ser el modelo tope de gama de la serie System/4 Pi, comparte su arquitectura general con los mainframes System/360 . ^{[ 19 ]} Es una versión reempaquetada del IBM Advanced Processor-1 (AP-1) ^{[ 20 ]} utilizado en el caza F-15 . ^{[ 19 ]} Los prototipos del AP-1 se entregaron en 1971 y el AP-101 en 1973. ^{[ 21 ]} Tiene 16 registros de 32 bits . Originalmente, solo 16 bits estaban disponibles para el direccionamiento de memoria; posteriormente, esto se amplió con cuatro bits del registro de palabra de estado del programa , lo que permitió un rango de memoria directamente direccionable de 1 M ubicaciones. Esta computadora de aviónica se ha utilizado en el transbordador espacial estadounidense , los bombarderos B-52 y B-1B , ^{[ 19 ]} y otras aeronaves. Se mantuvo en servicio en el transbordador espacial porque funcionaba, estaba certificado para el vuelo y desarrollar un nuevo sistema habría sido demasiado costoso. ^{[ 22 ]}

Existían varias variantes del AP101. El Sistema de Aviónica Ofensiva, una actualización del B-52, contiene dos computadoras AP-101C. ^{[ 23 ]} Los prototipos del AP-101C se entregaron en 1978. ^{[ 21 ]} El B-1B emplea una red de ocho computadoras modelo AP-101F. ^{[ 24 ]} El Transbordador Espacial utilizó dos variantes del AP-101: el AP-101B anterior y el AP-101S mejorado ^{[ 25 ]} . El AP-101B se utilizó para una serie de Pruebas de Aproximación y Aterrizaje en 1977. El primer ascenso a órbita fue en 1981. El AP-101S se lanzó por primera vez en 1991. ^{[ 26 ]}

Cada AP-101 del Transbordador estaba acoplado a un procesador de entrada/salida (IOP), que constaba de un controlador de secuencia maestro (MSC) y 24 elementos de control de bus (BCE). El MSC y los BCE ejecutaban programas desde el mismo sistema de memoria que la CPU principal, descargando el control del sistema de bus de datos serie del Transbordador de la CPU. El AP-101B utilizado originalmente en el Transbordador Espacial tenía memoria de núcleo magnético . La actualización al AP-101S a principios de la década de 1990 reemplazó el núcleo con memoria de semiconductores y redujo el tamaño de dos a un chasis. ^{[ 27 ]} Se complementó con tecnología de cabina de cristal . Ambas variantes utilizan un microprograma para definir la arquitectura del conjunto de instrucciones . Las primeras variantes del AP-101 utilizaban la arquitectura del procesador de línea media multipropósito (MMP) de IBM. ^{[ 28 ]} El microprograma del AP-101B implementaba MMP con 154 instrucciones. El AP101S podía operar con un MMP retrocompatible con 158 instrucciones o la arquitectura MIL-STD-1750A con 243 instrucciones. ^{[ 27 ]} Se basaba en el AP-101F utilizado en el B-1B. El AP-101S/G era un procesador intermedio. El rendimiento del AP-101B era de 0,420 MIPS , mientras que el del AP-101S era de 1,27 MIPS. ^{[ 27 ]} James E. Tomayko, quien fue contratado por la NASA para escribir una historia de las computadoras en vuelos espaciales, ha dicho: ^{[ 29 ]}

"Estaba disponible prácticamente en su forma actual cuando la NASA especificaba los requisitos para los contratos del transbordador espacial en la década de 1970. Por lo tanto, representa el primer sistema informático de una nave espacial tripulada con un hardware intencionalmente obsoleto."

El transbordador espacial utilizaba cinco computadoras AP-101 como computadoras de propósito general (GPC). Cuatro operaban sincronizadas, para redundancia, mientras que la quinta era una de respaldo que ejecutaba software escrito de forma independiente. El software de guía, navegación y control del transbordador estaba escrito en HAL/S , un lenguaje de programación de alto nivel de propósito especial , mientras que gran parte del sistema operativo y el software de utilidad de bajo nivel estaban escritos en lenguaje ensamblador . Las AP-101 utilizadas por la Fuerza Aérea de los Estados Unidos están programadas principalmente en JOVIAL , como el sistema que se encuentra en el bombardero B-1B. ^{[ 30 ]}

El diseño de la variante AP-102 comenzó en 1984. Es una arquitectura de conjunto de instrucciones estándar MIL-STD-1750A. Se utilizó por primera vez en el F-117A Nighthawk . Se actualizó a la AP-102A a principios de la década de 1990. ^{[ 31 ]}

• Vandling, Gilbert C. (febrero de 1975). "Organización de una computadora aeroespacial microprogramada". Computer Design . 14 (2): 65– 72. ISSN 0010-4566 . OCLC 1134857535 .  
• Descripción técnica de las computadoras IBM System/4 Pi . Owego, NY: División de Sistemas Federales de IBM. 1967. Consultado el 27 de octubre de 2013 .
• Descripción general del sistema IBM System/4 Pi .

• Archivo de IBM: IBM y el transbordador espacial
• Archivo de IBM: IBM y Skylab
• Descripción de la NASA de los GPC del transbordador
• Historia del desarrollo del AP-101 por la NASA. Archivado el 15 de febrero de 2017 en Wayback Machine.
• Computadoras y aviónica del transbordador espacial