Методические указания по выполнению лабораторных работ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ

РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»

ЭЛЕКТРОННОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭВМ

Методические указания по выполнению

лабораторных работ

Для студентов специальности 220100

“Вычислительные машины, комплексы, системы и сети”

МОСКВА 2005

Составители: В.М. Микитин, А.В. Зинин

Редактор: Зинин А.В.

Методические указания содержат лабораторные работы, методические указания по их выполнению, формы отчетов, а также список литературы.

Материал предназначен для студентов, обучающихся по специальности 230101 (220100) Вычислительные машины, комплексы, системы и сети и может быть использован для самостоятельной работы при освоении базового курса кафедры.

Печатается по решению редакционно-издательского совета института.

Рецензенты: В.В.Саморуков,

В.Г. Одиноков

МИРЭА, 2005

Литературный редактор

Подписано в печать 00.00.2005. Формат 60х84 1/16.

Бумага офсетная. Печать офсетная.

Усл. печ. л. 0,00 Усл. кр.-отт. 0,00. Уч.-изд. л. 0,0.

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет)»

119454, Москва, пр. Вернадского,78

ПРЕДИСЛОВИЕ

Состояние и тенденции развития современных средств ВТ характеризуются значительными достижениями в области микроэлектронной (полупроводниковой) технологии, высоким быстродействием и интеграцией элементов и устройств. Широкое применение больших и сверхбольших интегральных микросхем позволило значительно увеличить функциональный объем ЭВМ и создавать вычислительные средства высокой и сверхвысокой производительности.

Конструирование современных ЭВМ любого назначения представляет собой сложный процесс разработки широкого спектра конструкторской документации на элементы (БИС, СБИС), функциональные узлы, блоки, устройства и ЭВМ в целом, предназначенной для последующего изготовления и эксплуатации. Характер решаемых задач в процессе разработки конструкторской документации самый разнообразный: от задач по обеспечению механической прочности, надежности и тепловых режимов в конструкциях до задач по обеспечению заданного быстродействия, помехоустойчивости и электромагнитной совместимости.

Подготовка специалистов по вычислительной технике в рамках дисциплины «Электронное конструирование ЭВМ» складывается из лекционных и лабораторных занятий. Лабораторные занятия по разделам электронного конструирования проводятся в классе персональных ЭВМ, где студент работает с учебной системой автоматизации процессов электронного конструирования ЭВМ и другим программным обеспечением ПЭВМ по данному курсу. В диалоге с учебной системой электронного конструирования студенты решают вопрос выбора параметров элементной базы, расчета конструктивных характеристик элементов, блоков и устройств по уровням компоновки, расчета параметров коммутационных элементов и принятия конструктивных решений, оценки уровня системного быстродействия.

Лабораторные работы предназначены для студентов, обучающихся по специальности 230101 (220100) Вычислительные машины, комплексы, системы и сети.

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

на тему:

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ И

КОНСТРУКЦИИ НА ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

УСТРОЙСТВ ЭВМ

1. Описание лабораторного программного комплекса

Цикл лабораторных работ по изучению влияния выбора параметров элементов и конструкции ЭВМ на характеристики ее устройств производится с использованием лабораторного программного комплекса (ПК ЭК-5.2).

Задачей данного программного комплекса является автоматизированный расчет компоновочных параметров устройств, предоставление их пользователю в визуальном виде обработка их средствами современных программных приложений пакета MS Office.

Расчет основывается на применении принципов, критериев и законов взаимосвязи параметров схемы и конструкции,

С учетом структуризации логической схемы устройства по уровням компоновки и использования известных фундаментальных соотношений [1,2], отражающих аналитическую взаимосвязь основных компоновочных параметров устройства со степенью интеграции и уровнем технологии.

Первичные компоновочные параметры представляют собой основные и производные характеристики логической схемы устройства и одновременно являются схемными параметрами его конструкции. К ним относятся компоновочные характеристики логической схемы по числу внешних контактов (внешних связей), нагрузочной способности цепей, общему числу связей и цепей в схеме и среднему числу связей в одной цепи, числу каскадов элементов в тракте обработки информации и др.

Вторичные компоновочные параметры представляют собой в основном спектр характеристик коммутационного элемента устройства и являются, в отличие от логической схемы, непосредственно компоновочными параметрами его конструкции. К ним относятся такие параметры как: средняя и суммарная длина связей и цепей, число трасс и слойность, время задержки сигнала в логических цепях, конструктивная и системная задержка ЛЭ, системное быстродействие устройства и др.

Конструирование электронной части связано с решением широкого спектра сложных специфических задач по выбору оптимальных параметров логических элементов, по компоновке и оптимальному выбору параметров конструкций ЭВМ, по обеспечению быстродействия и помехоустойчивости линий связи в общей системе межсоединений и многих других. Все задачи взаимосвязаны и требуют для своего решения достаточно трудоемкого расчета. Облегчить задачу пользователя помогает программный комплекс ЭК-5.2.

Данный программный комплекс представляет собой единый аппарат конструкторских расчетов СВТ на начальных этапах компоновки устройств и проектирования их конструкции. ПК ЭК-5.2. ориентирован для расчета трех видов средств ВТ: СБИС, МКМ и ПАНЕЛИ (ФБ на основе МПП). Комплекс базируется на теоретической части расчета параметров конструкции элементов и устройств ЭВМ и основан на использовании ряда компоновочных моделей конструкции устройства [1,2]. Основным элементом комплекса является набор универсальных инженерных методик, предназначенных для расчета широкого спектра компоновочных параметров устройства. Этот набор методик учитывает как параметры логической схемы, реализуемой в конструкции, так и новые характеристики самой конструкции (принцип построения: плоскостной или объемный, размеры коммутационного основания, способы вывода внешних связей, расположение внешних контактов, типы линий связи по активным потерям и др.). Результаты решений представляются в виде таблиц, содержащих как значения конечных параметров, так и значения исходных параметров, используемых при расчетах и полученных на более ранних этапах. Полученные таблицы можно транслировать в программы MSWord и MS Excel, что позволяет обрабатывать результаты таблиц, полученных при использовании ПК ЭК-5.2. и выводить их на печать. Также предусмотрена печать таблиц результатов непосредственно из программного комплекса.

Программный комплекс ЭК-5.2. может быть очень полезен при выполнении студенческих курсовых и дипломных проектов в части конструкторско-технологического проектирования СВТ. Также комплекс может быть использован при электронном конструировании узлов, блоков, устройств, БИС, СБИС и при исследовании и прогнозировании широкого спектра параметров перспективных конструкций элементов и устройств ЭВМ в зависимости от заданного быстродействия и наоборот.

II. Лабораторные работы и методические указания

по их выполнению

Лабораторная работа № 1

Тема: Исследование характеристик основных компоновочных параметров логических схем процессорных устройств ЭВМ и выбор конструктивно-топологических параметров кристаллов БИС и СБИС

1.1. Цель работы

Целью лабораторной работы является получение студентом представления и знаний о перечне и численных значениях основных компоновочных параметров логических схем устройств ЭВМ (таких как: БИС, СБИС, МКМ на бескорпусных БИС и ПАНЕЛИ на корпусных БИС) с учетом структуризации логической схемы по уровням компоновки и использования программного комплекса (ЭК-5.2.) на базе известных фундаментальных системных соотношений [1,2], отражающих аналитическую взаимосвязь основных компоновочных параметров со степенью интеграции и уровнем технологии, и на этой основе ознакомление студента с методами оценки и выбора предварительных размеров и общей топологии кристаллов БИС и СБИС.

Варианты типовых заданий определяются исходной таблицей 0.

Таблица 0

Варианты типового задания на выполнение лабораторных работ

1.2. Методические указания