Конструирование ЭВМ и систем (Савельев,Овчинников. Конструирование ЭВМ и систем)

А.Я. САВЕАЬЕВ В. А. ОВЧИННИКОВ ' КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭВМ и СИСТЕМ Допущено Министерством высшего н среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов вузов, обучагощияся по специальности «Электронные вычислительные машиньы Дв МОСКВА т ВЫСШАЯ ШКОЛА>!984 ББК 32.973 С12 УДК 681.3 е н ты: п оф. А.

М. Ларионов (Московский институт радиотехники электроники н автомата"")' каФедра в и и В щ Пензенского политехнического института (зан. кафедрой проф. . . а кевпч) 2403000000 — 199 001(01) — 84 ББК 32.973 0Ф7.3 йй Издательство «Высшая школа», 1984 Савельев А. Я., Овчинников В. А. С 12 К нструирование ЭВМ и систем: Учебник для техн. вузов по спец. «Электрон. выч. маш.» — Мд Высш. шк., 248 с., ил. В перл 1 р. конст кцнй современнык ЭВМ. Ведь. В «инге рассмотрены вопросы со»даная «оистру р жоа внвмание уделено геометрическому ~м~ру р~ы~~р Й~~ыюж~ е оных ежнмов работы типовых конструкцвй и обоснованы выбор н обеспечение тепловых режимов ра оценка надежности стационарных и нестацнояарных .

ет вартане аадачи конструнровання (комноиовка, размеыеняе н тра ПРЕДИСЛОВИБ Влияние научно-технического прогресса на развитие электронно- вычислительной техники сказывается прежде всего в том, что происходит быстрая смена поколений ЭВМ. Это предъявляет повышенные требования к подготовке специалистов в области вычислительной техники. В материалах ХХЧ1 съезда КПСС указывается, что необходимо повысить технический уровень вычислительной техники, приборов и средств автоматизации на основе новейших достижений микроэлектроники, оптоэлектроники и лазерной техники. Особо отмечается необходимость широко применять при создании новых машин, оборудования, аппаратуры и приборов модульный принцип с использованием унифицированных узлов и агрегатов.

Предлагаемая читателю книга является развитием книги Б. В. Анисимова и А. Я. Савельева еОсновы конструирования и производства ЭВМ», выпущенной издательством в 1972 г., с учетом последних достижений в области конструирования и технологии ЭВМ. Она предназначена в качестве учебника для студентов вузов, обучающихся по специальности 0608. Содержание этой книги опирается на такие дисциплины, как «Схемотехника ЭВМ», аТеория и проектирование ЭВМ и «истем», <Технология производства ЭВМж В гл. 1 в свете современных представлений определяются предмет, цели и задачи конструирования, описываются основные принципы конструирования модулей, ЭВМ, систем. В гл.

2 излагаются основные приемы геометрической компоновки, ставятся и решаются задачи выбора компоновочных схем и расчета размеров типовых элементов конструкции с целью сокращения потерь быстродействия из-за задержки сигналов в линиях межэлементных связей. Гл. 3 посвящена элементам конструкций модулей ЭВМ, используемых для электрических соединений, крепления и фиксации, в качестве несущих. В гл. 4 рассматривается проблема надежности стационарных ЭВМ. В гл. 5 излагаются пгшросы электромагнитной совместимости и методы их решения прн ргшработке конструкции для конкретной принципиальной электрической схемы. Описываются способы уменьшения различного рода помех, даются соотно1пения для расчета допустимых длин взаимодействующих линий связи. В гл.

6 описываются способы переноса тепловой 3!и ргии, формулируются основные теплофизические задачи, возникающие при конструировании модулей ЭВМ, дается методика расчета тйплового режима многоблочной стойки с принудительной вентиляцией, Показан пример расчета температуры корпуса интегральной схемы при жидкостном охлаждении и приводятся элементы конструкции, облег- чающие условия т ловия теплообмеиа. Гл.

7 посвящена особенностям конструи- рования ЭВМ и систем, функционирующих в условиях интенсивных механических воздействий. Основное внимание уделено вопросам раз- работки конструкц б струкции, способной противостоять воздействию вибро- ускорений. начите . 3 ительная часть книги (гл. 8 — 11) посвящена автомати- зированному прое роектированию. Излагаются вопросы формализации объектов и задач конструкторского проектирования (схемиая компо- новка, размещение ие и трассировка), алгоритмические методы решения этих задач, приво дится ряд оригинальных моделей и алгоритмов. Д б е гл бокого изучения отдельных вопросов, изложенных в учебнике, целесообразно использовать книги «Конструирова фу нне нк- циональных узлов ЭВМ на интегральных схемах> под ред. Б.

И. Ермо- лаева (М., 1978), «Основы конструирования микроэлектронной аппа- А, П. Ненашева и Л. А. Коледова (М., 1981), «Переходные ратуры» . . енашева » .АЧ и- процессы в линия линиях связи быстродействующих схем ЭВМ» Ю,, !рень об- на (М., 1975), «Автоматизация конструирования РЭА» Б. Н. ДеньдоА. С. М лика (М., 1980), а также справочную литературу— «Справочник по конструированию ЭВМ» под ред. С. А. Майорова (М., книги написаны авторами совместно. Матерна у М л чебВсе разделы к ника содержит реше е ение конкретных задач конструирования, которые поставлены в примера, х, ряд вопросов выносится в лабораторный праккоторого студенты должны освоить методы машин- ного решения задач конструирования (задачи размещения, трассит глубокую благодарность за большой и тщательАвторы выражают глу ный труд по рецензирова о нию учебника, который позволил значительно л чшить его содержание, д-ру техн.

наук, проф. А. М. Ларионову, ктив кафедры вычислительной техники Пензенского по- литехнического института и ее заведующему д-ру техн. наук, проф. Замечания и пожелани ел ния читателей просьба направлять в издатель- ство «Высшая школа» по адресу: !01430, Москва, ГСП-4, Неглинная ул, д, ., д. 29!14, изд-во «Высшая школа».

Авторы ВВЕДЕНИЕ Прогресс науки и техники объективно приводит к расширению области применения ЭВМ, предъявляет к ним постоянно растущие требования. На июньском (1983 г.) Пленуме ЦК КПСС в речи Генерального секретаря партии, Председателя Президиума Верховного Совета СССР товарища Юрия Владимировича Андропова отмечалось, что предстоит осуществить автоматизацию производства, обеспечить широчайшее применение компьютеров и роботов, внедрить гибкую технологию, позволяющую быстро и эффективно перестраивать произиодство для изготовления новой продукции. Технико-экономические, функциональные и структурные возможности ЭВМ и систем в шачительной степени определяются конструкцией.

Конструкция ЗВА( (систем) — это совокупность электрически и механически соединенных элементов, в которой реализуется электрическая схема данной машины (системы). Исходными данными для конструктора являются электрическая схема ЭВМ и техническое задание иа ее разработку. Конструктор должен определить форму, материалы, размеры конструктивного узла, способы механического и электрического соединения входящих в него элементов, обеспечения помехоустойчивости, теплового режима, защиты от внешних воздействий. Для ~ ценки соответствия конструкции требованиям технического задания яч«полняются все необходимые расчеты. Большое число разнообразных требований, которые предъявляются к конструкции ЭВМ, приводит к необходимости исследования нг«кольких ее вариантов, их сравнительной оценки и выбора оптимального.

Следовательно, конструкторское проектирование включает синтез, анализ и оптимизацию конструкции как объекта, в котором и ализована электрическая схема ЭВМ. Конструкция ЭВМ вЂ” система, «стоящая из типовых сборочных единиц разных уровней иерархии. Чтобы повысить эффективность процесса конструкторского проектир шания, необходимо разработать формальное описание рангового ««таза конструкции и типовых сборочных единиц, знать методику ц» расчета, критерии для оценки соответствия типовых конструкций предъявляемым к ним требованиям, методы поиска решения.

Определение формы, взаимного расположения и способов перемещения сборочных единиц относительно друг друга является предметом шдачи геометрической компоновки. Геометрическая компоновка должна обеспечить эксплуатационные, конструктивно-технологические ~ ребования и технические характеристики ЭВМ. Быстродействие временных ЭВМ все больше ограничивается задержками сигналов линиях межэлементных связей. Сокращение потерь быстродействия из-за этих задержек путем нахождения оптимальной геометрии конструкции — одна из основных целей геометрической компоновки.

Повышение уровня интеграции элементной базы ставит перед конструктором серьезные проблемы, основными из которых являются обеспечение достаточной повторяемости схемного содержания сменных конструктивных единиц и высокой плотности электромонтажа. Возрастает объем задач схемно-топологического конструирования, в том числе схемной компоновки, и важность методов проектирования соединений на многослойных печатных платах. Конструктивная реализация межэлементных соединений в виде различного рода линий связи приводит к искажению сигналов и появлению помех из-за возникновения паразитных параметров.

Искажения сигналов и уровни помех возрастают с увеличением плотности упаковки и монтажа. При проектировании электрических соединений элементов принципиальных схем необходимо обеспечить допустимые искажения сигналов и требуемую помехоустойчивость. Повышение удельной мощности рассеяния активных элементов и плотности их упаковки предъявляет новые требования к системам охлаждения ЭВМ, которые являются составной частью ее конструкции. Чтобы обеспечить необходимые температурные условия работы элементов ЭВМ, используются системы принудительного воздушного, воздушно-жидкостного и жидкостного охлаждения, развиваются методы их расчета и конструирования. Этап конструкторского проектирования характеризуется значительной трудоемкостью. Одним из основных средств снижения трудоемкости, сроков и стоимости конструирования и повышения его качества является автоматизация. В настоящее время в конструировании ЭВМ определился ряд задач — схемная компоновка, размещение, трассировка, выпуск технической документации, которые поддаются формализации и автоматизированному решению.