Прогр. КТО, ч.2 (Методичка - Программа, методические указания и контрольные задания)

- 23 -

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ. ЧАСТЬ II

Целью II части данной дисциплины является ознакомление студентов с основами конструирования ЭВМ.

Содержание второй (конструкторской) части дисциплины вклю­чает основы модульного конструирования ЭВМ и систему техничес­кой документации, характеристику и основные направления разви­тия элементной и конструктивно-технологической базы, основы электронного и теплового конструирования ЭВМ, методы конструк­тивнотехнологического обеспечения помехоустойчивости и надеж­ности устройств, вопросы автоматизации конструкторского этапа работ при проектировании СВТ.

Часть II дисциплины включает:

36 часов лекций и 16 часов лабораторных работ - для сту­дентов групповой формы обучения;

20 часов лекций, 16 часов лабораторных работ и вторую кон­трольную работу - для студентов индивидуальной формы обучения.

Занятия проводятся на V курсе, 9-м семестре. После выпол­нения лабораторных и контрольной работ учебным планом преду­смотрен экзамен по всему курсу.

Тематика лабораторных работ и контрольной работы N2 рас­крывается ниже.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Основной

1. Преснухин Л.Н., Шахнов В.А. Конструирование электронных вычислительных машин и систем. Учеб. для втузов. - М.: Высш.шк.,

1986. - 512 с.

2. Савельев А.Я., Овчинников В.А. Конструирование ЭВМ и систем. Учеб. для вузов. - М.: Высш.шк., 1989. - 312 с.

3. Применение интегральных микросхем в электронной вычисли­тельной технике: Справочник / Р.В.Данилов и др.; Под редакцией

Б.Н.Файзулаева, Б.В.Тарабрина. - М.:Радио и связь, 1987. - 384с.

4. Микитин В.М., Смирнов Н.А., Тювин Ю.Д. Электронное кон­струирование ЭВМ. Основы компоновки и расчета параметров конст-

рукций: Учеб. пособие /Моск. гос. ин-т радиотехники, электрони­ки и автоматики (технический университет). - М.: 1999. - 102 с.

5. Конструирование радиоэлектронных средств: Учеб. для вузов / В.Б.Пестряков, Г.Я.Аболтинь-Аболинь, Б.Г.Гаврилов, В.В. Шерстнев; Под ред. В.Б.Пестрякова. - М.: Радио и связь, 1992.- 432 с.

6. Конструирование радиоэлектронных средств / В.Ф.Борисов,

О.П.Лавренов, А.С.Назаров, А.Н.Чекмарев; Под ред. А.С.Назарова.-

М.: Изд-во МАИ, 1996. - 380 с.

7. Романов Ф.И., Шахнов В.А. Конструкционные системы микро­и персональных ЭВМ. - М.: Высш. шк., 1991. - 272 с.

8. Князев А.Д., Кечиев Л.Н.,Петров Б.В. Конструирование ра­диоэлектронной и электронно-вычислительной аппаратуры с учетом электромагнитной совместимости.- М.: Радио и связь, 1989.- 224с.

Дополнительный

9. Коваленко С.М., Тювин Ю.Д. Элементная и конструктивная база высокопроизводительных ЭВМ: Учеб. пособие /Моск. гос. ин-т радиотехники, электроники и автоматики (технический книверси­тет). - М.: 1997. - 44 с.

10. Новиков А.А. Состояние и основные направления развития технической базы супер-ЭВМ /Электронная вычислительная техника.

- 1989.- Вып. 3, с.66-89.

11. Основы построения технических средств ЕС ЭВМ на интегра­льных микросхемах /В.В.Саморуков, В.М.Микитин,В.А.Павлычев и др. Под общей ред. Б.Н.Файзулаева.- М.: Радио и связь, 1981.-288 с.

12. Резников Г.В. Расчет и конструирование систем охлажде­ния ЭВМ. - М.: Радио и связь, 1988. - 224 с.

13. Лярский В.Ф., Мурадян О.Б. Электрические соединители: Справочник. - М.: Радио и связь, 1988. - 272 с.

14. Медведев А.М. Надежность и контроль качества печатного монтажа. - М.: Радио и связь, 1986. - 216 с.

ПРОГРАММА, МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И ВОПРОСЫ

ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Характеристика задач конструкторского проектирования и система технической документации

1.1. Конструкция ЭВМ как сложная иерархическая система. Цели и задачи конструирования. Информационное обеспечение курса.

Структура обучения дисциплине. Место курса в общей системе под­готовки инженера-системотехника. Задачи, решаемые при проекти­ровании, конструировании и разработке технологий производства СВТ. Роль инженеров-конструкторов и технологов в процессе соз­дания ЭВМ и вычислительных комплексов, их взаимодействие с ин­женерами-системотехниками.

1.2. Назначение и классификация СВТ. Структура конструкции ЭВМ, условия эксплуатации и факторы, влияющие на технические ха­рактеристики. Основные тактико-технические требования, предъяв­ляемые к конструкциям. Структура технических заданий на разра­ботку изделий ВТ. Технические условия на конструктивные модули.

1.3. Стадии разработки и этапы проектирования и производст­ва ЭВМ. Документальное оформление конструкторских решений. Поня­тие о системе нормативно-технической документации, используемой при разработке и эксплуатации ЭВМ. Назначение, виды и комплект­ность конструкторской документации (КД ). Базовые методы конст­руирования и оформления КД, связь методов конструирования с САПР.

1.4. Испытания ЭВМ и типовых конструкций, виды испытаний. Программа и методика испытаний.

1 , гл.1,2, с.6-67; 2 , гл.1, с.7-29; 7 , гл.1, с.7-27;

8 , Введение, гл.1, с.5-38; 11 , Введение, с.6-15.

Методические указания

Конструкция ЭВМ - это совокупность электрически и механи­чески соединенных элементов, реализующих алгоритмы функциониро­вания ЭВМ. При конструкторском проектировании необходимо иссле­довать множество взаимосвязанных факторов, влияющих на принятие

решения, основными из которых являются:

- назначение, область применения (универсальные, управляю­щие, бортовые ЭВМ);

- заданные технические характеристики (принцип управления, система и структура команд, объем и вид памяти, состав перифе­рийного оборудования и др.);

- условия эксплуатации, определяющие меру воздействия вне­шней среды (пределы изменения температуры и влажности, уровень давления, механических воздействий и др.)

- технико-экономические характеристики (стоимость, техно­логичность изготовления, степень стандартизации и унифиуации, габариты, масса, показатели надежности).

При изучении этого раздела студенту необходимо ознакомить­ся с содержанием общих технических требований, предъявляемых к конструкциям ЭВМ: конструктивно-технологических, экономических, эксплуатационных, требований по надежности и электромагнитной совместимости (ЭМС), устойчивости к воздействию механических и климатических факторов; структурой ТЗ и ТУ на изделия; ознакоми-

ться с основными ГОСТами ЕСКД (единой системой конструкторской

документации), изучить основные правила выполнения схем электри­ческих (структурных, функциональных, принципиальных, схем распо­ложения, схем соединения и др.), а также сборочных чертежей.

На всех этапах конструирования и производства ЭВМ серьез­ное внимание надо уделять вопросам контроля и испытаний. При изучении данного раздела следует обратить внимание на необходи­мость приемочного контроля и проведения контрольных испытаний при сдаче изделия заказчику с целью систематической проверки соответствия ТУ (техническим условиям). При изменении схемы, конструкции и технологии проводятся проверочные или доводочные испытания. Периодические или типовые применяются для контроля уровня качества выпускаемых изделий. Необходимо обратить внима­ние на методику проведения испытаний и виды испытательной аппа­ратуры, позволяющей автоматизировать процесс испытаний.

Вопросы для самопроверки

1. Что определяют технические условия (ТУ) на ЭВМ?

2. Какими показателями может быть охарактеризована конс­трукция ЭВМ?

3. Как изменяется значение коэффициента интеграции для различных поколений ЭВМ?

4. Какие факторы входят в группу механических воздействий?

5. Какие факторы входят в группу климатических воздействий?

6. Как влияют радиационные факторы на механические свойст­ва конструкционных материалов?

7. Что дает стандартизация и унификация в технике констру­ирования ЭВМ, комплексов и систем?

8. На каких этапах разработки ЭВМ проводится ориентировоч­ный расчет надежности?

9. Какие конструкторские документы относятся к группе тек­стовых?

10. Каково назначение приемо-сдаточных, проверочных и пери­одических испытаний?

11. Как проводятся климатические испытания?

12. В чем заключаются особенности испытаний ЭВМ на элект­ромагнитную совместимость (ЭМС)?

13. Как проводятся ускоренные испытания на надежность?

14. Перечислите состав основной документации на модель ЭВМ.

2. Основы модульного (системного) конструирования ЭВМ.

2.1. Структура модульных уровней конструкции ЭВМ. Основные принципы и критерии конструирования. Характеристика конструкци­онных систем ЭВМ: ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ, микро- и персональные ЭВМ. Структурные уровни и конструктивные модули. Категории изделий и базовые конструкции. Терминология и назначение. Вопросы стан­дартизации и унификации конструкций модульных уровней ЭВМ. Кри­терии выбора габаритных размеров конструктивных модулей ЭВМ.

2.2. Конструктивные модули первого уровня. Классификация элементов 1-го уровня конструкции: активные, пассивные, дискрет-

ные электрорадиоэлементы (ЭРЭ). Конструкции корпусных ИС, БИС и

СБИС и способы их установки на ПП. Соединители для БИС и СБИС с малым усилием сочленения (МУС). Критерии выбора корпуса для БИС и СБИС. Конструкции гибридных микросхем и микросборок.

Перспективные конструкции модулей 1-го уровня - многокрис­тальные модули (МКМ) на бескорпусных БИС и СБИС. Конструкции многослойных монтажных подложек: керамические, полиимидные и кремниевые. Количество, расположение и конструктивные особенно­сти внешних выводов, гибкие ленточные носители. Тепловые харак­теристики МКМ и способы монтажа на печатные платы. Разъемные соединители с нулевым усилием сочленения (НУС). Вопросы герме­тизации и ремонтоспособности конструкций МКМ.

2.3. Конструктивные модули 2-го уровня. Компоновка моду­лей 2-го уровня. Основные характеристики: функциональный объем (интеграция), токовые нагрузки, потребляемая мощность. Количес­тво и размещение внешних связей. Типы и размеры печатных плат. Соединители для печатных плат. Размещение и адресация элементов конструкции в модулях. Несущие элементы конструкций. Виды и способы оформления КД на конструктивные модули 2-го уровня.

2.4. Конструктивные модули третьего и четвертого уровней. Варианты компоновки конструктивных модулей. Методы выполнения электрических соединений. Особенности применения проводного и кабельного электромонтажа. Токовые нагрузки и характеристики тепловых режимов. Силовые цепи и "перекосы" потенциалов питания.

Несущие конструкции модулей 3-го и 4-го уровней. Виды и способы оформления конструкторской документации.

1 , гл.3,4,5, с.68-107, 143-171, 182-245, 274-348, 379-393; 2 , гл.3, с.45-110; 3 , гл.13, с.288-320;

5 , гл.6,7,8, с.165-241; 6 , гл.3, с.40-79, 107-115;

7 , гл.1,6,7,8, с.7-27, 133-242; 9 , гл.2,4, с.9-20, 33-41;

10 , с.66-89 ; 11 , гл.2, с.61-91.

Методические указания

Конструкторское проектирование модульных уровней включает синтез, системный анализ и оптимизацию конструкций ЭВМ как вида конструкционной системы, состоящей из отдельных сборочных еди­ниц (конструктивно-функциональных модулей) различных уровней иерархии. Имеет место значительное количество видов конструкци­онных систем (КС) ЭВМ, используемых, напр., в ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ,

микроЭВМ и др., отличающихся составом, назначением и терминоло­гией, которые могут быть представлены в виде обобщенной системы конструктивно-функциональных модулей разного уровня. Обычно вы­деляют конструктивные модули следующих уровней иерархии: КМ 1- го уровня -уровень функциональных элементов: ИС, БИС, СБИС, МКМ и дискретных ЭРЭ; КМ 2-го уровня - уровень функциональных ячеек и типовых элементов замены (ТЭЗ), построенных на элементах 1-го уровня; КМ 3-го уровня - уровень функциональных панелей и бло­ков аппаратуры ЭВМ, построенных на основе КМ 2-го уровня, КМ 4- го уровня - уровень функциональных устройств ЭВМ (рамы, тумбы, стойки), построенные на основе КМ 3-го уровня, и т.д. Испополь­зование конструктивно-функциональной иерархии упрощает стандар­тизацию и унификацию элементов конструкции устройств, организа­цию производства ЭВМ, наладку, построение конструкторских САПР.

Для КМ 1-го уровня особенности компоновки определяются ха­рактеристиками корпусов. Особое внимание следует уделить конс­трукциям МКМ, характеризующихся высокой степенью интеграции эле­ментов, высокой плотностью межсоединений в подложках, большим числом внешних контактов и требованиями ремонтопригодности.

Конструкции КМ 2-го уровня характеризуются высокой плот­ностью компоновки элементов и большим количеством соединений, требованиями взаимозаменяемости при наладке и эксплуатации. Большое число внешних контактов в ячейках и ТЭЗ требует приме­нения многоконтактных разъемных соединителей. Основным коммута­ционным элементом и основной несущей конструкцией ячейки и ТЭЗа являются, как правило, многослойные печатные платы (МПП).

Конструкции модулей 2-го и 3-го уровней взаимосвязаны. Вы­бор габаритных размеров панели и блока связан с удобством эксп­луатации и обслуживания, а также учитывает требования по уровню внешних воздействий на конструкцию. Для более высоких модульных уровней конструкции модулей определяются требованиями удобства эксплуатации, монтажа и наладки.

При изучении данного раздела необходимо ознакомиться с конструкциями ЭВМ на БИС, СБИС, микропроцессорах и МКМ ведущих отечественных и зарубехных фирм, с применяемыми конструктивными решениями по корпусному и бескорпусному выполнению БИС и СБИС для стандартных, полузаказных и заказных микросхем, по выполне-

нию широкоформатных МПП и систем охлаждения аппаратуры.

Решения, принятые при конструкторском проектировании, вли­яют на все основные характеристики ЭВМ: быстродействие, надеж­ность, стоимость, габариты и массу. Для поиска оптимальных ре­шений используется системный подход к проектированию: синтез вариантов конструкции ЭВМ, исходя из допустимых решений на каждом уровне конструктивной иерархии, анализ полученных вари­антов конструкции и выбор оптимальных.