Л1-Савельев, Овчинников - Конструирование ЭВМ и систем - 1984 год, страница 3

Одноуровневый принцип конструирования заключается в том, что вся принципиальная электрическая схема ЭВМ реализуется на одной плате, в идеале на одной подложке (машина — плата). Выход из строя одного элемента приводит к отказу всей машины. Работоспособность ЭВМ может быть обеспечена введением аппаратурной и информационной избыточности.

В настоящее время этот принцип применим для конструирования ЭВМ невысокой сложности при их крупносерийном или массовом производстве. Основные достоинства этого принципа: обеспечение максимальной надежности (отсутствие или минимальное количество внешних соединений) и минимальная потеря быстродействия из-за задержек сигналов в линиях связи. С развитием технологии, усовершенствованием методов проектирования и увеличением потребности народного хозяйства В средствах вычислительной техники этот принцип будет находить более широкое применение.

Многоуровневый принцип конструирования. Конструкция ЭВМ состоит из типовых сборочных единиц, разбитых на несколько уровней. Под типовой сборочной единицей илн типовой конструкцией понимается любой узел ЭВМ, который по конструктивному оформлению и технологии производства является самостоятельным и имеет стандартные средства электрического и механического сопряжения.

Уменьшение стоимости и увеличение надежности любых изделий возможно лишь при их массовом или крупносерийном производстве. Крупносерийное производство создает условия для использования прецизионного автоматизированного оборудования высокой производительности; прогрессивных технологических процессов обработки деталей, сборки и электрического монтажа; эффективных методов вход- 10 ного контроля изделий, поступающих со сто оны, кон ТЗНИЙ ИЗДЕЛИЙ На ЗЗВЕРШЗЮЩ ей стадии производства. Производство ЭВМ как высшего, так и с серийно. Это, одн , так и среднего классов — мелко- днако, не характернз ет п оизв дн , у р водство узлов н деталей, этих машин, как мелкосе ийное.

Оп факторами в оценке серийности п онзво инности производства узлов и деталей конст- ЭВМ, достигн ы" являются констр ктивно-технологические особенности нутый уровень унификации злов и ет зация их производства. М у . в и деталей и специали- ЭВМ дает возможность о г ногоуровневый п ин ип р ц конструирования ций по независимым циктам, бес1 ч ь организовать производство типов овых конструк- нроизводства.

ктам, бес1ечивает специализацию их Унификация конструктивных модулей идет по в В Е . НСТРУК конструкции ЭВМ тивно-технологическом и высокой конструктивноиз типовых сборочных едини п кому и схемному. Построение иц позволяет достичь но-технологической унификации и Танин узлов и деталей проек , " ЭВМ тируемой азме ы, и и стандарти- чсиия теплового режи а и выполнения электрических м и защиты от внешних воз действий, способы изготовления и технологическое о о ов ических и механических соединений, те хнология испытательн ая аппаратура). еское оборудование, стендовая контрольно- Параметры восстановления аботоспосо отоспособности ЭВМ в значителыюй сят от .

рукций. Высокая рет укции при многоуровневом принципе обеспе- шмены (ТЭЗ). м в ее составе сменной е и и й единицы — типового элемента Объективной тенденцией азвития эл нышение ровня интеграции, это и иво ития элементной базы является поу, р одит к снижению уровня схем. жункцнонально-логической уни икации. гхемной унификации вед нижение уровня ОКОВ РОЕ ИР ет, в свою оче е ь, к ования и изготовления аппа пригодность аппаратуры Ниловой метод конструирования ЭВМ, кото ый за ия , который заключается в разбне- ию части разной с кой схемы машины на нк пению высокого тепени сложности с ч у етом требований по обеспео уровня схемной унификации и о мл ~иповых сборочных ед .

Р б тконченные части обеспечи инин. аз иение схемы ЭВМ на к ормлении нх в виде а ункционально- иеркн схем типовых конст к и", еспечивает независим ость электрическои про- « ~ с мы контроля работы машины н локализаощ у онтрольно-испытательную аппараощает стендов ю кон Таким об азом, много о ш1льно-узловыч методом конструи Ования уровневый принцип в сочетании с уирования позволяет сократить сроия; снизить стоимость п ь проектирования, производства циклам; достичь вы о тации; изготовлять типовые конст к рукции по независимым ЭВМ ысокой степени ни ика и тируемой ; автоматизировать и механизировать процессы изготовления и сборки деталей, контроля и ремонта типовых элементов замены.

При разработке проекта новой машины главная задача состоит в создании конструкции, обеспечивающей параметры ЭВМ, записанные в ТЗ, с учетом возможности изготовления этой конструкции в определенных производственных условиях, в возможно короткие сроки и при минимальных затратах.

Наиболее существенными, с точки зрения конструктора, тенденциями в развитии ЭВМ являются: рост сложности аппаратуры и плотности ее компоновки, повышение быстродействия элементной базы и уровня ее интеграции, снижение относительных габаритов активных элементов и энергетического уровня информационных сигналов, увеличение выделяемой удельной мощности активных элементов и потерь быстродействия из-за задержек сигналов в линиях межэлементных связей.

Поэтому конструирование должно обеспечить: заданное быстродействие (габариты ЭВМ влияют на скорость ее работы); уровни помех меньше допустимых; требуемую или максимальную надежность при минимальной или заданной стоимости; тепловые режимы конструкции; способность конструкции противостоять внешним воздействиям. Исходными данными для конструктора служат электрические схемы ЭВМ (функциональные или принципиальные) и техническое задание. Содержание этапа конструирования заключается в разбиении схемы ЭВМ иа узлы разных уровней сложности и оформлении их в виде сборочных единиц. При проектировании конструктивных узлов как средств механического и электрического объединения входящих элементов можно выделить следующие задачи: выбор пространственной геометрии и компоновочной схемы; определение геометрических размеров типовых сборочных единиц; разработка деталей и сборочных единиц в целом.

При решении этих задач прорабатываются вопросы минимизации потерь быстродействия из-за конечной скорости распространения сигналов, обеспечения помехоустойчивости, надежности и механической прочности; определяются способы отвода тепловой энергии, методы защиты от внешних воздействий (механических, климатических, различного рода излучений), монтажная область конструктивного узла.

Под монпшпкной областью понимается метрическое пространство, в котором размещаются конструктивные элементы, входящие в данный узел, и осуществляется их межконтактное соединение. Для монтажной области рассчитываются ее геометрические размеры, координаты мест расположения конструктивных модулей и полей их контактов. Задача определения содержания конструктивных узлов называется схемной компоновкой, она заключается в определении оптимального количественного состава конструктивных модулей и распределении схемы по ним.

Цель задачи схемной компоновки — обеспечить высокую ремонтопригодность машины, унифицировать функциональные узлы в пределах одной или нескольких моделей ЭВМ, определить наименьшую сменную единицу — типовой элемент замены (ТЭЗ): от повторяемости ТЭЗ зависит уровень схемной унификации, ремонтопригодность машины, стоимость разработки, производства и эксплуа- 11 тации, Типовой элемент замены оформляется в виде легкосъемной сборочной единицы, его схемное содержание должно быть по возможности логически законченным и обеспечивать независимость электрической проверки, При формировании системы ТЭЗ должны учитываться следующие требования: высокий коэффициент повторяемости ТЭЗ или минимальное количество их типов; минимальное число н/~ внешних выводов ТЭЗ. Эти требования противо- Ф кып»% речивы, что наглядно видно из рис. 1.2, на котором показаны зависимости числа внеш- и них выводов лг функционального узла, приходящихся на одну микросхему, и коэффициента его повторяемости К„„= (1 — Зт6И) 100 % от га за аа па гпп ггп 1«а 1ап 1пп гпп гга гпа количества мик осхем т икрпсхем т Рис.

1.2, Зависимости относительного числа нем (здесь М вЂ” число микро- выводов функционального узла по данным схем в схеме, которая разби- фирмы «1ВМ» (2), но результатам исследоваегся на функциональные уз- алиня отечественных схем нз ИС серии лы с — количество типов 155 (!) и коэффициента его повтоРяемости (8) от числа мнхросхем в нем функциональных узлов). Конструирование узла завершается разработкой его топологии: в монтажной области конструктивного узла размещаются элементы и связи между ними. При этом должны быть учтены вопросы быстродействия, помехоустойчивости, теплового режима, надежности и особенности конкретной технологии производства конструктивных модулей.

аа $1.3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОНСТРУКЦИИ ЭВМ И СИСТЕМ Конструктивное деление ЭВМ обладает иерархией, подобной иерархии функционального деления. Однако конструктивная иерархия определяется по принципу конструктивной законченности и в общем случае может не совпадать с функциональной. На рис. 1.3 показана общая схема конструктивной иерархии ЭВМ.

В скобках указаны варианты названия (конструктивного исполнения) модуля данного ранга, который состоит из целого числа типовых конструкций предыдущего уровня и является конструктивно законченным. Геометрические размеры типовых конструкций должны обеспечивать принцип входимости модуля низшего уровня в модуль следующего ранга. Нулевой уровень конструктивной иерархии составляют исходные схемотехнические компоненты (микросхемы различной степени интеграции и электрорадиоэлементы), для которых характерна конструктивная и техническая неделимость. Современные схемотехнические компоненты разрабатываются в виде элементов единых размерно-параметричесиих рядов в отношении номиналов, допусков, мощностей рассеивания и геометрических размеров корпусов радиоэлементов и микросхем, что обеспечивает высокий уровень их унификации и стаидартизации.

Типовые конструкции первого уровня иерархии (ячейки, субблоки) конструктивно объединяют на одной или нескольких печатных платах исходные схемотехнические компоненты, содержащие от десятков до сотен микросхем. Пример конструкции одноплатного субблока показан на рис. 1.4,а. Ко второму уровню иерархии относится кассета, в которой на рамочной несущей конструкции объединяются две (или более) ячейки— субблоки. Кассета, как правило, используется для обеспечения функциональ- ТЭЗ обычно является типовая конструкция более высокого уровня (кассета или блок).