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

Вопросы для самопроверки

1. Что дает для проектирования и производства ЭВМ разбие­ние ее конструкции на иерархические уровни?

2. Назовите типы ЭВМ с минимальным и максимальным числом конструктивных модульных уровней?

3. Приведите структуру конструкционных систем?

4. Дайте характеристику конструкционной системе микро-ЭВМ?

5. В чем заключаются различия в понятиях "базовая констру­кция" (БК) ЭВМ и "базовая несущая конструкция" (БНК) ЭВМ?

6. Перечислите элементы, относящиеся к конструктивному мо­дулю 1-го уровня иерархии?

7. Назовите преимущества и недостатки использования кор­пусных и бескорпусных БИС и СБИС в конструкциях ЭВМ?

8. Назовите основные характеристики микросхем: ИС, БИС, СБИС и микропроцессоров, используемые при конструировании?

9. Дайте характеристику параметрам многокристальных моду­лей (МКМ). Чем отличаются МКМ от микросборок?

10. Каковы особенности разъемных соединителей для БИС и МКМ с "малым" и "нулевым" усилием сочленения/расчленения?

11. В чем особенности компоновки элементов в КМ 2-го уровня?

12. В чем особенность оформления КД на КМ 2-го уровня?

13. Каковы особенности компоновки внешних связей и силовых цепей в КМ 3-го и 4-го уровней?

14. Дайте общую характеристику несущим конструкциям 1-го, 2-го, 3-го и 4-го модульных уровней ЭВМ. В чем суть и назначе­ние стандартизации и унификации несущих конструкций?

3. Основы конструирования коммутационных элементов конструкций модульных уровней ЭВМ

3.1. Виды и варианты конструкций коммутационных элементов: уровни металлизации в кристаллах БИС и СБИС, многослойные печат­ные платы (МПП) узлов и блоков, многослойные подложки многокрис­тальных модулей. Структура конструкций коммутационных элементов и принципы ее построения. Взаимосвязь структуры с помехоустойчи­востью конструкции. Условия трассировки проводников и параметры элементов печатного монтажа. Конструкции слоев и топология ри­сунка на сигнальных и потенциальных слоях. Технологические огра­ничения на параметры конструкции коммутационных элементов. Конс­трукторская документация на МПП и правила ее выполнения.

3.2. Эффективность использования трассировочных каналов в конструкциях коммутационных элементов. Конструктивно-технологи­ческие факторы, влияющие на эффективность использования трасс и способы повышения эффективности.

3.3. Электрические параметры линий связи в коммутационных элементах. Критерии выбора электрических параметров. Взаимо­связь электрических и конструктивных параметров проводников. Структурные звенья и графики зависимости.

1, гл.3, с.107-143; 2, гл.3, с.54-62; 3, гл.14, с.320-334;

4, гл.6,8, с.63-74, 85-93; 5, гл.7, с.184-199;

6, гл.9, с.331-342; 7, гл.7, с.159-210; 8, гл.3, с.118-140;

9, гл.3, с.21-29; 10, с.66-89; 11, гл.2, с.65-81.

Методические указания

Коммутационные элементы в общем случае предназначены для выполнения двух основных функций: быть несущим элементом конст­рукции и элементом размещения и коммутации межсоединений. В дан-

ном разделе коммутационный элемент рассматривается с точки зре­ния компоновки, размещения и выполнения межсоединений, представ­ляющих одну из важных задач конструирования и производства ЭВМ.

При изучении данного раздела необходимо обратить внимание на системный подход к конструированию коммутационных элементов,

базирующийся на единых правилах проектирования и трассировки

линий связи, принципах построения многоуровневой структуры, вза­имосвязи электрических и конструктивных параметров проводников, критериях выбора их основных электрических параметров. Основное различие заключается в технологии изготовления соответствующего вида коммутационного элемента, условиях трассировки проводников между минимально расположенными друг от друга отверстиями (или контактными площадками) и значениях параметров элементов печат­ного монтажа. Необходимо также ознакомиться с правилами оформ­ления КД на коммутационные элементы (напр., на МПП узлов и блоков), учитывающими, в том числе, базовые принципы построения, адресацию элементов и трасс, слойность конструкции.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое "коммутационный элемент" конструкции и каково его назначение? Виды коммутационных элементов.

2. Какими параметрами характеризуются коммутационные эле­менты? Приведите примеры значений параметров для кристаллов БИС, МПП панели на БИС и кремниевой подложки МКМ.

3. Что такое "структура конструкции" коммутационного эле­мента? В какой последовательности должны располагаться сигналь­ные и потенциальные слои в структуре МПП устройства?

4. Какие факторы влияют на эффективность использования трассировочных каналов в конструкциях коммутационных элементов? В чем суть технологического фактора?

5. Приведите ориентировочные значения эффективности исполь­зования трасс в кристаллах БИС и МПП при автоматизированном спо­собе их проектирования и достаточном числе переходных отверстий?

6. Назовите перечень электрических и конструктивных пара­метров линий связи в конструкциях коммутационных элементов и

охарактеризуйте связь между ними.

7. Дайте характеристику понятиям "открытое" и "закрытое" сигнально-потенциальное звено в структуре МПП.

8. В чем суть критерия выбора электрических параметров ли­ний связи в конструкциях МПП и какова роль при этом коэффици­ента помехоустойчивости логических элементов (ЛЭ)?

4. Обеспечение быстродействия, помехоустойчивости и электромагнитной совместимости в конструкциях

и основы электронного конструирования ЭВМ

4.1. Основные понятия электронного конструирования (ЭК) и электромагнитной совместимости (ЭМС) ЭВМ. Направления и задачи ЭК. Уровни ЭМС. Нормы ЭМС и вопросы стандартизации.

4.2. Дестабилизирующие факторы в конструкциях ЭВМ при пе­редаче информационного сигнала: задержка, искажение, помехи, затухание. Характеристика понятий: быстродействие, помехоустой­чивость и помехозащищенность конструкций ЭВМ, внутренняя и внешняя ЭМС. Неоднородности, отражения и перекрестные помехи в линиях связи (ЛС). Помехи по цепям питания и земли.

4.3. Конструктивные и схемотехнические методы обеспечения быстродействия ЛС и внутренней ЭМС. Критерий помехоустойчивости ЛС в системе межсоединений и его связь с помехоустойчивостью ЛЭ.

Согласование ЛС и согласующие элементы. Правила проектирования и трассировки ЛС. Критические цепи. Методы определения времени распространения (задержки) сигнала в RC- и LC-линиях связи.

4.4. Компоновка - как составная часть ЭК ЭВМ. Понятия о компоновочной модели логической схемы, компоновочных параметрах и уровнях компоновки. Связь уровня конструкции ЭВМ с компоновоч-

ными уровнями. Методы и принципы компоновки элементов в схемах.

Взаимосвязь компоновочных параметров в логической схеме и сис­темные сотношения. Применение системных соотношений при конст­руировании ЭВМ и расчете параметров конструкции устройств.

4.5. Понятия о схемном, конструктивном и системном быстро­действии ЛЭ. Функциональное и тактовое быстродействие устройств. Методы определения параметров быстродействия в конструкциях ЭВМ.

4.6. Методы защиты ЭВМ от внешних электромагнитных помех. Экранирование и заземление. Особенности аттестации и сертифика-

ции средств ВТ на соответствие требованиям ЭМС.

1, гл.6, с.394-428; 2, гл.5, с.126-153; 3, гл.14, с.320-337;

4, гл.1-8, с.3-102; 5, гл.9, с.241-277;

6, гл.6,7, с.245-300; 8, гл.1,2,3, с.3-106, 118-192;

9, гл.4, с.33-41; 11, гл.3, с.91-118.

Методические указания

Данный раздел программы знакомит студента с основными дес­табилизирующими факторами, имеющих место при передаче информа­ции и требующих учета при разработке конструкций ЭВМ. Такими факторами являются задержки сигнала в линиях связи, связанные с их длиной и конфигурацией, искажения сигнала, обусловленные не­однородностями линий и отражениями, перекрестные наводки между близко расположенными проводниками, помехи по цепям питания. Необходимо ознакомиться с содержанием понятий быстродействие, помехоустойчивость и помехозащищенность конструкций устройств, и иметь ясное представление о содержании понятий внутренней и внешней электромагнитной совместимости ЭВМ.

Учет дестабилизирующих факторов при конструировании ЭВМ, обеспечение высокого быстродействия, помехоустойчивости и ЭМС устройств является одной из главных задач нового направления - электронного конструировани ЭВМ. Студенту необходимо ознакоми­ться с основными направлениями и задачами ЭК, знать правила про-

ектирования и трассировки ЛС, владеть методами расчета времени

распространения сигнала в ЛС, иметь представление о конструктив­ном и системном быстродействии ЛЭ в конструктивной системе.

Необходимо также иметь представление о теории компоновки элементов в многоуровневых конструкциях устройств, компоновоч­ной модели логической схемы и компоновочных параметрах, особен­ностях практического применения системных соотношений при рас­чете и анализе параметров конструкций ЭВМ.

При изучении данного раздела следует также уделить внима­ние вопросам обеспечения внешней ЭМС, способам экранирования и заземления устройств и особенностям сертификации средств ВТ на соответствие требованиям ЭМС.

Вопросы для самопроверки

1. Дайте общее определение электромагнитной совместимости. Назовите уровни ЭМС и изложите особенности ЭМС применительно к конструкциям ЭВМ.

2. Каковы направления и основные задачи электронного конс-

труирования ЭВМ?

3. Перечислите основные дестабилизирующие факторы, влияю­щие на скорость и надежность передачи информации в устройствах.

4. Какие типы электромагнитных помех являются наиболее ха­рактерными для аппаратуры ЭВМ?

5. В чем суть согласования линий связи? Что с чем согласу­ется? Какую роль при этом играют параметры логических элементов?

6. Что является источником появления помех в цепях питания?

7. В чем особенность определения времени задержки сигнала в логических RC-цепях?

8. Перечислите основные правила проектирования ЛС.

9. Назовите основные правила трассировки печатных ЛС.

10. Дайте характеристику понятию "компоновка" как составной части электронного конструирования ЭВМ. Какие задачи решает компоновка ЭВМ на начальном этапе проектирования?

11. Каково назначение компоновочной модели логической схемы?

12. Что характеризуют системные соотношения в модели логи­ческой схемы устройства?

13. Назовите основные принципы компоновки элементов в логи­ческих схемах и как они отражаются в системных соотношениях?

14. Для чего используются понятия конструктивного и систем­ного быстродействия ЛЭ при конструировании устройств ЭВМ?

15. Назовите наиболее характерные методы защиты устройств ЭВМ от внешних электромагнитных помех.

16. В чем заключаются особенности испытаний средств ВТ на соответствие требованиям ЭМС?

5. Обеспечение тепловых режимов в конструкциях и основы теплового конструирования ЭВМ

5.1. Сущность и задачи теплового конструирования ЭВМ. Вли­яние температуры и температурных перепадов в ЭВМ на режимы ра­боты ЛЭ, быстродействие и надежность устройств. Нормы и стан­дарты на температурные режимы в конструкциях.

5.2. Тепловой обмен и способы переноса тепловой энергии: кондуктивный, конвективный и излучением. Коэффициенты теплопро­водности, теплообмена и теплопередачи. Тепловое сопротивление

конструкции: внутреннее и внешнее. Тепловые модели конструкций.

Примеры теплофизических задач, возникающих при конструировании ЭВМ и методы их решения.

5.3. Системы охлаждения ЭВМ и контроль температурных режи­мов. Классификация и характеристика систем охлаждения: воздуш­ная (с естественной и принудительной вентиляцией), жидкостная и комбинированная (воздушно-жидкостная) и области их применения.

Контроль температурных режимов и программные методы расче­та температурных полей в конструкциях. Оценка эффективности охлаждения конструкций и метрология тепловых испытаний.

1, гл.4, с.258-274; 2, гл.6, с.153-185;

5, гл.11, с.353-362; 6, гл.5, с.170-245; 9, гл.3, с.29-32;

10, с.66-89; 11, гл.2, с.81-85; 12, гл.1, с.5-78.

Методические указания

Проблема отвода тепла в микроэлектронной вычислительной аппаратуре усложняется вследствие значительного увеличения пло­тности компоновки и сокращения объемов аппаратуры особенно при переходе на БИС и СБИС. Решение этой проблемы выполняется по следующим направлениям: обеспечение максимально возможного теп­лоотвода от кристалла БИС к корпусу; улучшение теплопередачи от корпуса к среде; уменьшение габаритов и массы системы охлажде­ния конструкций.

Внутри корпуса БИС (СБИС) теплообмен происходит в основном за счет теплопроводности различных элементов его конструкции. Теплопередача путем теплопроводности подчиняется закону Фурье.

Теплопередача от корпуса к среде осуществляется конвектив­ным теплообменом, и для границ твердое тело - газообразная (или жидкая) среда описывается законом Ньютона. При изучении этого метода необходимо учитывать, что величина коэффициента теплоот­дачи конвекцией зависит как от свойств среды, так и от конфигу­рации поверхности, передающей тепло.

Поток энергии за счет теплоизлучения тела, окруженного другим телом, определяется законом Стефана-Больцмана.

Улучшить теплопередачу от корпуса к среде можно, используя