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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
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