Software-Archäologie - Was wir von der Mondlandefähre lernen können!

Die Mondlandung ist gut 50 Jahre her und die Menschheit plant erneut große Raumfahrtprogramme. Bei der ersten Mondlandung hat die IT eine wesentliche Rolle gespielt und es wurden wichtige Fundamente des Software Engineering geschaffen. Der Begriff selbst wurde von Margaret Hamilton während der Entwicklung des Apollo Guidance Computer (AGC), des Steuermoduls der Mondlandefähre, geprägt.

Ich möchte etwas Software-Archäologie betreiben und mit einem Rückblick auf die bahnbrechenden Erfindungen des AGC einen Kontrastpunkt zum Technologie-Hype setzen. Für eines der ersten eingebetteten Systeme wurden Prioritätsscheduling, Multitasking und ein Echtzeitbetriebssystem entwickelt. Eine der ersten virtuellen Maschinen stellte mathematische Funktionen bereit und abstrahierte von der Hardware. Ein wesentlicher Erfolgsfaktor war die Robustheit der Software, die sich durch eine gute Fehlerbehandlung auszeichnete und vor Bedienungsfehlern abgesichert wurde, nachdem Hamiltons Tochter beim Herumspielen mit dem AGC einen Absturz verursacht hatte. Diese Eigenschaft kam Minuten vor der Landung zum Tragen und bewahrte die Mission vor dem Abbruch. Werfen wir einen Blick zurück in die Zukunft!

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1. SOFTWARE-ARCHÄOLOGIE Was wir von der Mondlandefähre lernen können!
2. 2 29.09.23 © 2023 viadee
3. 3 29.09.23 © 2023 viadee Bildquellen: Stiftung Haus der Geschichte; EB-Nr. OZS 001/1957/239 / Wikimedia Commons / NASA
4. 4 29.09.23 © 2023 viadee „We choose to go to the Moon...We choose to go to the Moon in this decade and do the other things, not because they are easy, but because they are hard.“ (John F. Kennedy, 12.09.1962, Address at Rice University on the Nation's Space Effort) „I believe that this nation should commit itself to achieving the goal, before this decade is out, of landing a man on the Moon and returning him safely to the Earth.“ (John F. Kennedy, 25.05.1961, Special Message to the Congress on Urgent National Needs)
5. 5 29.09.23 © 2023 viadee Bildquellen: Von NASA - This is a cropped and rotated version of : http://nix.larc.nasa.gov/info?id=S62-04976&orgid=8File:Mercury_capsule_with_escape_system_-_artist_concept_-_original.jpg, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=90873932 Epic 1 (Mercury, 1958-63) Einen Menschen in einen Orbit um die Erde zu bringen.
6. 6 29.09.23 © 2023 viadee Bildquellen: Von NASA - Great Images in NASA Description, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6482593 Epic 2 (Gemini, 1961-66) Kopplungsmanöver und Weltraumspaziergänge als Vorbereitung für Apollo.
7. 7 29.09.23 © 2023 viadee Bildquellen: By NASA - http://www.hq.nasa.gov/alsj/a11/AS11-40-5903HR.jpg, http://www.archive.org/details/AS11-40-5903 (TIFF image), NASA Image and Video Library, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3847764 Epic 3 (Apollo, 1961-72) Mondlandung (und sichere Rückkehr)
8. 8 CSM = COMMAND SERVICE MODULE LM = LUNAR MODULE 29.09.23 © 2023 viadee Bildquellen: By NASA - http://www.hq.nasa.gov/office/pao/History/alsj/a15/as15-88-11963.jpg, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=243484 By Apollo 16 astronauts - NASA photo AS16-116-18580, cropped, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6057549
9. 9 29.09.23 © 2023 viadee Bildquellen: Von NASA, gemeinfrei
10. 10 AGC = APOLLO GUIDANCE COMPUTER 29.09.23 © 2023 viadee Bildquellen: Von Der ursprünglich hochladende Benutzer war Grabert in der Wikipedia auf Deutsch - Übertragen aus de.wikipedia nach Commons durch henristosch., Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3984038
11. 11 29.09.23 © 2023 viadee Bildquellen: James A. Hand, MIT‘s Role in Project Apollo (R-700), Volume 1, October 1971
12. 12 AGC HARDWARE 29.09.23 © 2023 viadee 55, 33, 15 Abmessungen in cm (Länge, Breite, Höhe)
13. 13 AGC HARDWARE 29.09.23 © 2023 viadee 32 Gewicht in kg
14. 14 AGC HARDWARE 29.09.23 © 2023 viadee 55 Stromverbrauch in Watt
15. 15 AGC HARDWARE 29.09.23 © 2023 viadee 16 Bit-Architektur 1 Vorzeichen, 14 Stellen, 1 Paritätsbit
16. 16 AGC HARDWARE 29.09.23 © 2023 viadee -16,383 bis 16,383 Integer-Wertebereich Einerkomplement
17. 17 AGC HARDWARE 29.09.23 © 2023 viadee 9 Dezimalstellen numerische Präzision Realisiert mit Doppelwort (28 bit) Genauigkeit von 1 Fuß (=30,48 cm) bei Navigation
18. 18 AGC HARDWARE 29.09.23 © 2023 viadee 2048 words read/write memory (RAM) Entspricht 4 KiB
19. 19 AGC HARDWARE 29.09.23 © 2023 viadee 36.864 words read-only-memory (ROM) Entspricht 72 KiB
20. 20 AGC HARDWARE 29.09.23 © 2023 viadee 12 Länge der Speicheradressen (bei 3 bit Opcode) Reicht nur für 4096 Worte Memory banking (virtuelle Adressierung)
21. 21 AGC HARDWARE 29.09.23 © 2023 viadee 2 Taktfrequenz in MHz
22. 22 AGC HARDWARE 29.09.23 © 2023 viadee 51.000 / 1.900 Downlink data rate in bps (bit per second) zur Mission Control („Houston“)
23. 23 DSKY 29.09.23 © 2023 viadee Bildquellen: Von Oona Räisänen & NASA - Self-made in Inkscape; based on the Apollo Operations Handbook (File:DSKYS interface.jpg, by NASA) and a NASA photo from http://www.nasa.gov/centers/dryden/about/Organizations/Technology/Facts/TF-2001-02-DFRC_prt.htm, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8991950
24. 24 https://svtsim.com/moonjs/agc.html 29.09.23 © 2023 viadee DSKY / AGC SIMULATOR
25. 25 29.09.23 © 2023 viadee Bildquellen: Von Brandrodungswanderfeldhackbau - Eigenes Werk, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3612656
26. 26 EXECUTIVE = ECHTZEITBETRIEBSSYSTEM 29.09.23 © 2023 viadee 7 Prozesse nach Priorität gewichtet Kooperatives Multitasking mit NEWJOB
27. 27 EXECUTIVE = ECHTZEITBETRIEBSSYSTEM 29.09.23 © 2023 viadee 11 Verschiedene Interrupts T3RUPT = TIME3 timer overflow KEYRUPT1 = Keystroke DSKY
28. 28 EXECUTIVE = ECHTZEITBETRIEBSSYSTEM 29.09.23 © 2023 viadee 100 Tastenanschläge für den state vector Telemetry Uplink von Bodenstation RPA = uplink data entspricht DSKY input
29. 29 INTERPRETER 29.09.23 © 2023 viadee Bildquellen: By Impawards, Fair use, https://en.wikipedia.org/w/index.php?curid=1659383 Virtual machine Vektor-/Matrix-Datentypen Trigonometrische / Wurzel-Funktionen Index-Register / Stack-Pointer Einfache Adressierung ohne Banks Gemischter Code mit Executive-Assembly
30. 30 29.09.23 © 2023 viadee https://apolloinrealtime.org/
31. 31 29.09.23 © 2023 viadee „I want you to study and write down every possible program alarm whether they can happen or not.“ Gene Kranz (Flight Director Mission Control) to Jack Garman (Support for Flight Controllers)
32. 32 ALARMS 29.09.23 © 2023 viadee 1201 Executive Overflow – NO CORE SETS à Exhaustion of „Core Sets“, d.h. der Menge der wartenden Prozesse im Scheduler
33. 33 ALARMS 29.09.23 © 2023 viadee 1202 Executive Overflow – NO VAC AREAS Vector Accumulator (VAC) Area Exhaustion à Mehr als 5 Interpreter-Jobs
34. 34 29.09.23 © 2023 viadee Bildquellen: James A. Hand, MIT‘s Role in Project Apollo (R-700), Volume 1, October 1971
35. 35 29.09.23 © 2023 viadee Software Engineering
36. 36 29.09.23 © 2023 viadee „The computer (or rather the software in it) was smart enough to recognize that it was being asked to perform more tasks than it should be performing. It then sent out an alarm, which meant to the astronaut, 'I'm overloaded with more tasks than I should be doing at this time and I'm going to keep only the more important tasks'; i.e., the ones needed for landing ...“ (Letter from Margaret H. Hamilton, Director of Apollo Flight Computer Programming MIT Draper Laboratory, Cambridge, Massachusetts, titled "Computer Got Loaded", published in Datamation, March 1, 1971)
37. 37 DSKY 29.09.23 © 2023 viadee Bildquellen: Von Oona Räisänen & NASA - Self-made in Inkscape; based on the Apollo Operations Handbook (File:DSKYS interface.jpg, by NASA) and a NASA photo from http://www.nasa.gov/centers/dryden/about/Organizations/Technology/Facts/TF-2001-02-DFRC_prt.htm, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8991950 „Menschliche Fehler beim Programmieren müssen immer einkalkuliert werden!“
38. 38 MISSION CONTROL (HOUSTON) 29.09.23 © 2023 viadee Bildquellen: Space Center Houston (spacecenter.org)
39. 39 DIGITAL AUTOPILOT 29.09.23 © 2023 viadee Bildquellen: „Armstrong and Aldrin during Apollo 11 landing rehearsal“, Project Apollo Archive, Public domain, via Wikimedia Commons „At MET 102:43:08 (650 feet), after deciding that he could not stop short of the crater, Armstrong flipped the autopilot mode switch from AUTO to ATT HOLD to take manual control of the LM's attitude. He maneuvered to zero pitch to maintain horizontal velocity and skim over the rocky area.“ (http://klabs.org/history/apollo_11_alarms/eyle s_2004/eyles_2004.htm)
40. 40 29.09.23 © 2023 viadee
41. 41 29.09.23 © 2023 viadee
42. 42 METHODIK / PRINZIPIEN BLEIBEN 29.09.23 © 2023 viadee Agile Planung Iterative Entwicklung Simulation Robust Fehlertolerant Vision Inspiration Konkurrenz belebt das Geschäft
43. 43 METHODIK / PRINZIPIEN BLEIBEN 29.09.23 © 2023 viadee Abstraktion Virtualisierung
44. 44 29.09.23 © 2023 viadee Vielen Dank fürs Mitfliegen bei der Raketenhistorie J Tobias Voß tobias.voss@viadee.de @tobiaslvoss tobiaslvoss