The Apollo Guidance Computer

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☆☆☆☆☆
出版者:Praxis
作者:Frank O'Brien
出品人:
页数:430
译者:
出版时间:2010-7-12
价格:USD 44.95
装帧:Paperback
isbn号码:9781441908766
丛书系列:
图书标签:
  • 英文原版
  • 计算机科学
  • 计算机
  • 历史
  • Apollo Guidance Computer
  • Spaceflight
  • History of Computing
  • NASA
  • Engineering
  • Computer History
  • Aerospace
  • Technology
  • Digital Systems
  • Guidance Systems
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具体描述

The technological marvel that facilitated the Apollo missions to the Moon was the on-board computer. In the 1960s most computers filled an entire room, but the spacecraft’s computer was required to be compact and low power. Although people today find it difficult to accept that it was possible to control a spacecraft using such a ‘primitive’ computer, it nevertheless had capabilities that are advanced even by today’s standards.

This is the first book to fully describe the Apollo guidance computer’s architecture, instruction format and programs used by the astronauts. As a comprehensive account, it will span the disciplines of computer science, electrical and aerospace engineering. However, it will also be accessible to the ‘space enthusiast’. In short, the intention is for this to be the definitive account of the Apollo guidance computer.

好的,这是一份关于《阿波罗制导计算机》的图书简介,内容将聚焦于该主题相关的、不包含原书内容的、详尽的、具有专业深度的描述: --- 航天计算的黎明:早期数字控制系统的设计与实践 一部深入探讨二十世纪六十年代计算机工程、实时控制理论以及电子硬件极限的史诗级著作。 本书并非对阿波罗登月计划中那台标志性计算机(AGC)的直接技术手册或历史回顾。相反,它以更宏大的视角,剖析了在那个特定历史时期,工程师和科学家们如何从零开始,构建起第一代真正意义上的、嵌入式、高可靠性实时数字控制系统。我们聚焦于在资源极其受限的条件下,如何将理论计算转化为可靠的物理控制,以及这一过程如何塑造了现代嵌入式系统的基本范式。 第一部分:环境的塑造——限制中的创新 在阿波罗计划的背景下,计算资源是极其稀缺的奢侈品。本书首先构建了二十世纪六十年代初期的计算环境: 一、微电子技术的初生期: 探讨了在集成电路(IC)技术尚处于“小规模集成”(SSI)和“中规模集成”(MSI)交替的年代,如何选择和布局逻辑门。我们分析了当时主要的半导体技术,如双极型(Bipolar)逻辑与后来的互补金属氧化物半导体(CMOS)的早期竞争与权衡。重点在于,如何根据电源预算、抗辐射性以及制造良率来制定硬件选型策略。 二、内存的革命与挑战: 聚焦于核心存储技术——磁芯存储器(Core Memory)——的物理实现、编程机制以及其在高速处理中的瓶颈。本书详细解析了可读写存储器(RAM)和只读存储器(ROM)在当时的设计哲学。ROM的“固化”过程,即通过物理布线(Wire-wrapped或Plugboard编程)将核心程序植入硬件的独特流程,被视为一种工程艺术而非简单的软件部署。 三、实时操作系统的概念萌芽: 在没有现代操作系统支持的年代,“操作系统”的概念更多地体现为调度算法和中断优先级管理。本部分深入研究了如何设计一个能确保关键任务(如导航解算、姿态控制反馈)绝对优先执行的执行框架,以及如何处理不可预测的外部事件(如传感器故障、推力器点火指令)。 第二部分:控制论与导航的数学基础 本书将数学理论与工程实践紧密结合,探索了在没有强大浮点运算能力的情况下,如何执行复杂的空间几何计算: 一、定点运算的艺术: 在没有硬件浮点单元的时代,所有的三角函数、乘除法都必须依赖于定点数的巧妙表示。我们剖析了不同定点格式(如Q格式)的选择,以及如何通过预先计算和查表法(Look-up Tables)来补偿运算速度的不足。这部分内容对于理解早期航空电子系统的精度管理至关重要。 二、迭代算法与收敛性: 导航计算往往需要不断迭代才能收敛到精确解。本书详细分析了如牛顿法(Newton’s Method)等数值方法的变体,并探讨了在有限的迭代次数内,如何通过优化初始猜测值和步长控制来确保在预定时间内得到足够精确的位置和速度估计。 三、滤波与状态估计: 介绍了早期的状态估计技术。在传感器噪声和环境干扰无处不在的情况下,如何设计有效的数字滤波器,以平滑输入数据并提供对系统真实状态的最优估计。这部分内容涵盖了早期卡尔曼滤波(Kalman Filtering)思想在实践中的初步应用与变种。 第三部分:人机交互与冗余设计 在极其关键的深空任务中,人机界面(HMI)的设计必须兼顾效率、鲁棒性和操作者的心理负荷。 一、键盘驱动的交互范式: 详尽考察了如何设计一个基于数字输入和少量功能键的、非图形化的输入系统。本书分析了指令集的结构、错误校验机制,以及如何通过特定的数字序列(Mnemonic Codes)快速访问和修改复杂的系统参数,这种方式定义了嵌入式系统交互的早期标准。 二、可靠性与故障对策: 探讨了系统级别的冗余策略。在硬件层面,这包括对关键元件的热备份、电源隔离和时钟同步;在软件层面,则涉及冗余计算路径和“仲裁逻辑”的设计,确保即使部分组件失效,系统也能维持基本功能(Graceful Degradation)。 三、软件的生命周期管理: 在硬件固化的背景下,软件的修改和升级面临巨大挑战。本书讨论了在发射前如何进行严格的“基线锁定”,以及在任务执行过程中,如何通过预先设计的诊断程序和有限的远程指令集来处理突发错误。 结语:工程遗产 本书最终将这些分散的、高度专业的工程决策整合起来,展示了如何在一个极度受限的计算资源和极高可靠性要求的双重压力下,创造出能够完成人类历史上最复杂技术壮举的计算核心。它为研究嵌入式系统历史、实时控制理论和复杂系统工程的读者,提供了一个深入洞察二十世纪工程黄金时代的独特窗口。这本书是关于限制如何催生非凡创新的案例研究。 ---

作者简介

Frank O’Brien’s interest in the Apollo program began as a serious amateur historian. About 12 years ago, he began performing research and writing essays for the Apollo Lunar Surface Journal, and the Apollo Flight Journal. Much of this work centered on his primary interests, the Apollo Guidance Computer (AGC) and the Lunar Module. These Journals are generally considered the canonical online reference on the flights to the Moon. He was then asked to assist the curatorial staff in the creation of the Cradle of Aviation Museum, on Long Island, New York, where he helped prepare the Lunar Module simulator, a LM procedure trainer and an Apollo space suit for display. He regularly lectures on the Apollo computer and related topics to diverse groups, from NASA's computer engineering conferences, the IEEE/ACM, computer festivals and university student groups.

目录信息

List of figures
Author's preface
Acknowledgments
0 The State of the Art
1 The ACG hardware
2 The Executive and Interpreter
3 The basics of guidance and navigation
4 Mission programs and operations
Epilogue
Appendixes
Glossary of terms and abbreviations
Bibliography
Illustration credits
Index
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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说实话,这本书的阅读体验像是一场关于‘极限生存’的深度体验。作者似乎有一种魔力,能将那些晦涩难懂的硬件设计语言,转化成清晰、逻辑严密的画面。我尤其对其中关于实时操作系统(RTOS)早期形态的讨论很感兴趣。在那个没有成熟理论支撑的年代,工程师们如何凭直觉和天才般的洞察力,构建了一个能够同时处理导航、控制和监视等多种任务的并发系统,这简直是奇迹。书中展示了大量的图示和早期的软件流程图,它们虽然看起来粗糙,但每一步都蕴含着对物理世界精确把握的渴望。这不仅仅是一本关于计算机硬件的书,它更像是一部关于‘系统思维’的教科书,教会我们如何在资源受限的环境下,进行最高效的问题分解与资源调度。读完之后,我感觉自己对所有‘嵌入式系统’的敬畏又加深了一层。

评分☆☆☆☆☆

我必须称赞作者的资料搜集能力,书中引用了大量来自NASA内部备忘录、早期期刊以及关键工程师访谈的原始材料,使得整本书的论证具有极强的说服力和现场感。相比于一些只停留在表面叙事的科普读物,这本书深入到了电路级别的细节,却又始终保持着对宏大叙事的掌控力。对我而言,最迷人的部分是关于‘固定不变的软件’与‘需要实时应对突发情况的硬件’之间的辩证关系。AGC的内存结构设计,尤其是其特殊的堆栈和子程序调用机制,在当时来看是极具前瞻性的,它确保了在最危急的时刻,计算机能优先处理最重要的任务。读完后,你会对那个时代工程师的专业精神产生由衷的钦佩,他们不是在‘写代码’,而是在‘铸造可靠性’。这本书,是一次对工程美学的致敬,它让我看到了技术如何以最纯粹、最坚韧的面貌,改变了人类的历史进程。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事节奏把握得极为老道,它并没有把我直接扔进满是汇编代码的深渊,而是先通过一系列引人入胜的历史背景铺垫,让我充分理解了为什么阿波罗导航计算机(AGC)必须是那个样子——小巧、快速、且绝对可靠。我特别欣赏作者对于决策过程的细致描摹,那些关于内存选择、处理器架构的激烈辩论,简直像是一部微缩版的科幻政治剧。书中对那些关键人物的刻画也相当立体,比如玛格丽特·汉密尔顿(Margaret Hamilton)团队如何通过创新的软件设计来保障任务的安全性,这部分读来让人热血沸腾。它并非冰冷的科技史,而是充满了人性光辉和时代烙印的编年史。我甚至能想象到在休斯顿的控制中心里,技术人员们盯着那些指示灯,心中祈祷着那台小小的计算机能够完美运行的场景。这种将硬核技术与人文关怀完美融合的写法,使得即便是对火箭动力学不感兴趣的读者,也能被深深吸引。

评分☆☆☆☆☆

天哪,这本书简直是太空探索迷的福音!我刚刚读完这本关于阿波罗计划中那个默默无闻却至关重要的“大脑”的深度剖析,简直不敢相信我们当年是如何仅凭那点点算力就将人类送上月球的。作者没有过多地纠缠于那些技术参数的罗列,而是用一种近乎讲故事的笔触,描绘了那些在严苛限制下进行电路板设计和软件编写的工程师们所承受的巨大压力与非凡智慧。它深入浅出地解释了那些早期的位运算和存储管理策略,即便是像我这种对电子工程知之甚少的人,也能大致领会到其中的精妙所在。最让我震撼的是,书中对于系统冗余和故障处理机制的描述,那可不是现代计算机里动辄“重启大法”就能解决的问题,任何一个细微的错误都可能导致整个任务功亏一篑。每一次指令的执行,都像是在走钢丝,稍有不慎便是万劫不复。读完后,你对“精简”二字有了全新的理解,这不仅仅是硬件上的裁剪,更是一种对工程哲学近乎苛刻的坚守。那种‘用最少的资源,实现最宏大的目标’的精神,真是令人肃然起敬。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值远超出了对单一设备的介绍范畴,它提供了一个观察冷战时期科技竞争和国家意志的独特窗口。作者巧妙地将AGC的设计哲学置于当时的政治与技术竞赛的大背景下进行考察。你会发现,那不仅仅是一次登月任务的技术突破,更是美国在航天领域对苏联进行反超的关键一步。阅读过程中,我不禁思考:如果当时没有这种近乎军事化的资源投入和近乎疯狂的紧迫感,AGC的创新速度是否会如此惊人?书中对早期软件测试和验证过程的描述,也让人深思。面对一个无法容忍错误的系统,他们是如何穷尽一切手段来模拟和排除风险的?这与我们今天“敏捷开发、快速迭代”的模式形成了鲜明对比。这本书迫使我重新审视现代科技开发中那些被视为理所当然的‘安全边际’,并体会到,真正的工程奇迹,往往诞生于最残酷的约束之中。

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