Computer
Sistemi informatici

Il sistema principale di computer di una nave stellare è probabilmente il più importante elemento operativo dopo l'equipaggio.
L'analogia più azzeccata è quella del sistema nervoso autonomo di un essere vivente ed è responsabile in molti casi delle operazioni effettuate sugli altri sistemi della nave.

L'interfaccia del computer principale verso l'equipaggio è assicurata da un software: il sistema operativo LCARS.
LCARS è l'acronimo di Library Computer Access and Retrieval System - letteralmente Accesso alla libreria del computer e sistema di riporto.

LCARS fornisce accessi sia tramite tastiere che comandi vocali, e' provvisto di una sofisticatissima routine di intelligenza artificiale ed è organizzato graficamente per la massima facilità d'uso da parte dell'equipaggio.


Il nucleo del computer

Contrariamente a quanto si possa pensare, la capacità elaborativa di una nave stellare non è distribuita in unità separate, ma risiede in due o tre nuclei principali (Computer Cores). Questo perché nei nuclei possono essere generati campi subspaziali che permettono la propagazione dei segnali a velocità molto superiori a quella della luce (Faster Than Light).

Il cuore del sistema principale del computer è un set di tre nuclei di processo principali ridondanti. Qualunque di questi tre nuclei può svolgere il carico di lavoro delle principali operazioni di calcolo dell'intera nave.

Nell'Enterprise-D, due di questi nuclei sono localizzati vicino al centro dello scafo primario tra i ponti 5 e 14, mentre il terzo è localizzato tra i ponti 30 e 37, nella sezione di ingegneria. Ognuni nucleo incorpora una serie di generatori di campi subspaziali in miniatura, che creano un campo di distorsione simmetrico (non propulsivo) di 3350 millicochrane negli elementi FTL (Faster Than Light - Più veloce della luce).
Questo permette la trasmissione e l'elaborazione di dati ottici all'interno del sistema a velocità considerevolmente maggiori di quelle della luce. I due nuclei principali nello scafo primario viaggiano con la sincronizzazione di clock in parallelo tra di loro, realizzando il 100% di ridondanza. Nel caso di un qualunque malfunzionamento in un nucleo, l'altro è in grado di assumere istantaneamente l'intero carico elaborativo principale della nave senza alcuna interruzione, tranne per alcune funzioni secondarie o ricreative (come una simulazione nell'holodeck) che potrebbero venire sospese. Il terzo nucleo, localizzato nella sezione ingegneria, viene usato come supporto per i primi due e può servire la sezione di battaglia durante operazioni di volo separato.

Gli elementi del nucleo sono basati su unità a nanoprocessori FTL racchiusi dentro celle di transtatori ottici di 1024 segmenti. Queste celle sono raggruppate dentro dei moduli di processo composti da 256 celle controllate da un banco di 16 chip isolineari. Ciascun nucleo comprende sette livelli primari e tre superiori, ognuno dei quali contiene una media di quattro moduli.


Subprocessori

Attraverso ognuna delle sezioni della nave è distribuito un network di 380 subprocessori quadritonici ottici, aumentando così il nucleo principale. All'interno del volume abitabile della nave, la maggior parte di questi subprocessori sono localizzati vicino agli incroci dei corridoi principali per un facile accesso.

Anche se questi subprocessori non impiegano elementi FTL, il processo di distribuzione del network aumenta la risposta globale del sistema e provvede la ridondanza nelle situazioni di emergenza.
Ogni subprocessore è collegato all'interno del network ottico di dati e la maggior parte ha anche un collegamento ottico dedicato verso uno o più dei nuclei principali.

Il ponte principale e il ponte di battaglia hanno ognuno sette subprocessori dedicati e dodici condivisi, i quali permettono di operare anche nel caso di un malfunzionamento del nucleo principale.
Questi subprocessori sui ponti sono collegati al nucleo principale attraverso dei condotti ottici protetti, che provvedono dei collegamenti di controllo alternati nel caso di un malfunzionamento del network ottico di dati primario.

Una ridondanza supplementare è provvista da collegamenti dedicati in radio frequenza a onde corte (RF), che assicurano le comunicazioni di emergenza dei dati con il ponte.

Subprocessori addizionali dedicati possono essere installati al bisogno per supportare operazioni specifiche di missione.

Virtualmente, ogni pannello di controllo e ogni terminale all'interno della nave è collegato o ad un subprocessore o direttamente al network ottico di dati. Ogni pannello attivo è continuamente interrogato dal software LCARS ad intervalli di 30 millisecondi.
Così facendo il subprocessore locale e/o il nucleo principale sono informati di tutti gli input sia da tastiera che vocali.

Ogni interrogazione è seguita da un flusso di dati compressi di 42 nanosecondi che provvede ai necessari aggiornamenti delle informazioni sui pannelli. Questo flusso di dati include tutte le informazioni rihieste sia in forma audio che video.

I collegamenti di dati in radio frequenza a onde corte sono disponibili attraverso la nave per assicurare la trasmissione verso periferiche portatili e palmari quali tricorders e PADD.
Questo network integrato di computer, subprocessori e pannelli forma il "Sistema Nervoso" della nave e permette analisi continue dello stato operativo della nave in tempo reale.

Il network è progettato specificamente per permettere di effettuare operazioni indipendenti al resto degli elementi del sistema, nel caso di una larga varietà di parziali malfunzionamenti del sistema.


Il nucleo di memoria

L'immagazzinamento di memoria per il nucleo principale è assicurato da 2048 moduli dedicati di 144 chip di memorizzazione ottica isolineari. Sotto il controllo del software LCARS, questi moduli provvedono l'accesso dinamico alla memoria ad una velocità di 4600 Kiloquads/sec. La capacità di immagazzinamento totale di ogni modulo è circa 630.000 Kiloquads, dipendente dalla configurazione del software.

Il nucleo principale è inserito all'interno del network ottico di dati della nave tramite una serie di agganci a giunzione MJL che fanno da ponte allo strato della superficie di giunzione subspaziale.

C'è un 12% di perdita Doppler nella velocità di trasmissione attraverso la superficie di giunzione, ma l'aumento risultante nella velocità di elaborazione dagli elementi FTL del nucleo compensano ampiamente questa perdita.



Uso base del pannello di controllo/terminale

I pannelli di display e controllo a bordo di una nave stellare, sono definiti e disegnati via software e sono continuamente aggiornati e riconfigurati per ottenere la massima efficienza e facilità d'uso per l'operatore.

Ciascun pannello è allacciato ad un subprocessore locale che esamina continuamente le attività dello stesso e le confronta con scenari predefiniti e profili operativi. Questo permette al computer di aggiornare continuamente la configurazione del pannello per rendere disponibile all'operatore un menu delle azioni che meglio si adattano al momento. Inoltre, in questo modo l'operatore ha sufficienti informazioni e flessibilità per determinare ed eseguire istruzioni non programmate, se lo desidera.

Il layout della superficie del display è progettato per la massima intuitività nel raggruppare funzioni correlate e per l'organizzazione logica del flusso delle operazioni.

Il software LCARS sorveglia continuamente le attività dell'operatore e riconfigura continuamente la superficie del display per presentare la migliore lista di azioni frequentemente scelte per quella particolare situazione.
Il software LCARS, inoltre, rende disponibile all'operatore una serie di informazioni (del livello scelto o secondo regole operative) per intraprendere qualunque altra azione giustificabile.

La maggior parte dei pannelli sono anche configurati per accettare input vocali, benchè le immissioni tramite tocco siano preferibili in molte situazioni per la loro maggiore velocità operativa.

Le regole operative in modalità crociera, permettono a ogni membro dell'equipaggio di definire una configurazione operativa customizzabile per la propria stazione di lavoro. Questo significa che i membri dell'equipaggio sono liberi di configurare il layout dei pannelli e i menu delle procedure per venire incontro al personale stile di lavoro ed al livello di apprendimento.

Nel caso dove si presenti un upgrade del sistema e l'operatore addetto non sia stato ancora istruito sulla nuova configurazione, il software del pannello può essere programmato per emulare la versione precedente fino a quando l'operatore non abbia fatto abbastanza pratica.
Le configurazioni standard possono essere attivate in qualsiasi momento e la configurazione di abilitazione completa (Full Enable) viene automaticamente attivata durante lo stato di all'erta.


Composizione dei pannelli di controllo/display

Le superfici di controllo e display sono composte da tre strati di base. Lo strato estremo è composto da un wafer di alluminio trasparente rivestito in tripolimero di 2.5 mm. e incorpora una matrice a sensore.
Questa matrice individua gli input tattili dell'operatore.

Incorporata in questo strato, vi è anche una matrice di trasduzione che provvede al feedback tattile ed auditivo verso l'operatore, per indicare che quel particolare punto della superficie è stato attivato.
La superficie di alluminio del wafer è chimicamente vincolata all'interno di una membrana cristallina ottica triassiale, che serve come mezzo visualizzatore ad alta risoluzione grafica. Guide a microonda monocristalline ad intervalli di 1.8 mm., provvedono alla trasmissione di potenza del sistema a elettroplasma verso i sensori superiori e gli strati trasduttivi.
Il substrato della superficie di controllo è composto di fogli di poliduranide, che provvedono all'integrità della struttura. Incorporata dentro questo strato, si trova una matrice di nanoprocessori ottici che permette l'auto-configurazione della superficie del display, una volta che è stato indirizzato ed inizializzato dal processore del nodo locale.

Per garantire il livello di ridondanza, i nanoprocessori del pannello includono una quantità sufficiente di memoria non volatile per permettere operazioni di sistema, anche in assenza del supporto del computer principale.

La rete dati ottica (Optical Data Network) garantisce l'interconnessione delle unità elaborative con tutti i sistemi dell'astronave