Конструирование ЭВМ и систем (Савельев,Овчинников. Конструирование ЭВМ и систем), страница 5

Типовые конструкции, входящие в данную, рассматрива- ются как материальные точки. Искомыми фигурами являются круг и шар, которые теоретически обеспечивают минимум внешних элементов и их равноудаленность от центра. Сферическая и цилиндрическая формы типовой конструкции не удовлетворяют указанным в $ 2.1 требованиям н не обеспечивают высокой плотности упаковки, т. е. эффективного использования объема типовой конструкции следующего уровня. В связи с этим типовые конструкции рекомендуется разрабатывать в форме прямоугольного параллелепипеда. Отметим,что переходот круга к квадрату при усло- ипи равенства их площадей приводит к увеличению длины максимальной линии связи в среднем на 25 % . Под компоновочной схемой понимается взаимное расположение типовых конструкций. В стойке типовые конструкции могут повторятьгя в трех или двух главных геометрических направлениях, как показано на рис.

2.1,а, б. Для типовых конструкций остальных рангов характерна компоновочная схема, в которой модули повторяются в одном или двух направлениях. Одномерная компоновочная схема изображена на рис. 2.1,в. Для удобства доступа к элементам, требующим регулировки, ремонта и замены в процессе эксплуатации, используются следуюьцие способы перемещения типовых конструкций: разворот (веерная конструкция), выдвигание или откидывание и раскрытие (кннжная конструкция) (рис. 2.2, а — д). Книжная конструкция стойки с вертикальной осью раскрытия рам и шкаф с выдвижными блоками показаны на рис.

2.3 и 2.4 соответственно. Компоновка комплекса стоек стационарной ЭВМ может выполняться в объеме прямого круглого цилиндра. На практике применяют две основные компоновочные схемы: «крест» и «звезда». Внутренняя область )«' используется для прокладки межстоечных связей. Внешний Вид комплекса стоек, скомпонованных по схемам «крест» и «звезда», схематично изображен соответственно на рис. 2.5, а,б. г-з ! Рис. 2.5.

Компо. ковка стоек по схеме «крест» (а), «звезда» (б) и их внешний вид Рнс. 2йй Компоновка многорамной стойки в объеме цилиндрического контейнера Рнс. 2.7. Компоновка многорамиой стойки по схеме «звезда» с внешними осами разворота рам в крыле Рис. 2.8. Компоновка многорамной стойки по схеме «звезда» с внутренними осими разворота рам Риг 2«Ь Компоновка субблоков в объеме полусферы 1« При выборе формы нестационарной ЗВМ необходимо учитывать требование максимального использования объема контейнера, в котором она устанавливается. В этом случае целесообразны конструкции сферической или цилиндрической формы.

На рис. 2.6 показана компоновка многорамной стойки книжной конструкции в объеме цилинд- рического контейнера. В стойке, имеющей форму прямого круглого цилиндра, компоновка рам может быть выполнена по схеме «крест» или «звезда». При двухрамном крыле стойки внешние оси подвески рам обеспечивают лучшее использование объема контейнера. На рис. 2.7 представлен вариант компоновки стойки по схеме «звезда» с внешними осями разворота рам в крыле. Жгуты межрамных соединений проходят в области оси подвески рам. Область монтажа (ответные части разъемов) располагается на наружной стороне рамы. Разворот рам при внешних осях не требует увеличения расстояния между ними.

Максимальное расстояние между жгутами крыльев 1, равно длине стороны основания призмы (1, = Е,). Для обеспечения области межрамных связей при развороте рам с ннутренними осями подвески необходимо увеличивать расстояние между крыльями стойки. На рис. 2.8,а изображена компоновочная схема стойки с внутренними осями разворота рам в крыле, причем рамы устанавливаются на таком расстоянии, что при их раскрытии длина стороны основания призмы межрамных связей равна Е„как и в случае внешних осей разворота. Такая компоновка приведет к увеличению длины межрамных связей. Длина Рис.

2.10. Конструктивный состав ЕС ЭВМ Рис. 2.11. Система типовых конструкций сред- них ЭВМ стороны основания призмы (рис. 2.8,а), по боковым граням которой устанавливаются крылья, Е, = Е, + 21, где 1, = 1, 1д60'; 1, = 0,5 х х Ех созЗО'. Отсюда Е, = 2,5Е». Далее нетрудно оценить расстояние между жгутами 1, = 0,51., и окончательно 1» = 1,25Е„что превышает величину 1ы Разворот рам при внутренних осях подвески может быть обеспечен без увеличения расстояния между жгутами за счет уменьшения площади основания призмы межрамных связей, как показано на рис. 2.8,б. Для этой схемы расстояние между жгутами 1з = Ем а стороны оснований внутренней и внешней призм соответственно равны 1, = -= 0,51., и 1,» — — 2Е,.

На рис. 2.9 схематично изображена конструкция нестационарной ВВМ, предназначенной для установки в контейнер, имеющий форму полусферы. Соединения между платами могут выполняться как по внешней, так и по их радиальным сторонам. Подвод питания осуществляется в центральной полусфере. Количество уровней конструктивной иерархии ЭВМ зависит от ее сложности, назначения и степени интеграции используемой элементной базы.

На рис. 2.10 показан конструктивный состав ЕС ЭВМ. В общем случае применяют следующие конструктивныемодули: типовой элемент замены (ТЭЗ), панель, раму, трехрамную стойку. В ЭВМ со сравнительно небольшим количеством оборудования число уровней типовых конструкций сокращается. На рис. 2.11 изображена система типовых конструкций, в которую входят субблок и стойка. Субблоки в стойке компонуются в несколько рядов по двум главным геометрическим направлениям. К бортовым специализированным ЭВМ предъявляются повышенные требования по надежности, что приводит к необходимости уменьшения числа разъемных и неразъемных соединений между типовыми конструкциями. Объем оборудования у таких ЭВМ значительно меньше, чем у машин универсального назначения.

Количество уровней конструктивной иерархии в бортовых ЭВМ невелико. Варианты типовых конструкций бортовых ЭВМ рассмотрены в гл. 7. $2.3. ВЫБОР КОМПОНОВОЧНЫХ СХЕМ И РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ТИПОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗВМ И СИСТЕМ Одна из проблем, которые решаются при разработке конструкций ЭВМ, — сокращение потерь быстродействия из-за конечной скорости распространения сигналов по линиям межэлементных связей.

Общая задержка сигналов при преобразовании информации складывается из задержек сигналов Г,, в логических элементах и времени распространения сигналов Г, „, в линиях связи, т. е. 7 з 1 (Гз.л.з Гз.л с) При скорости распространения сигнала о = 15 —:20 см/нс по линии связи межэлементная связь длиной 30 ем дает задержку сигнала в 1,5 — 2 нс, что сопоставимо с задержкой быстродействующего логического элемента.

Реальные потери быстродействия из-за задержек сигналов в линиях связи оказываются довольно значительными, например в вычислительных машинах фирмы «1ВМ» время распространения сигнала по линиям межэлементных связей составило 70 — 80 % длительности цикла. Длина линии связи между наиболее удаленными участками типовой конструкциизависитотеекомпоновочной схемы. В связи с этим возникает задача выбора такой пространственной геометрии конструктивного модуля, которая при данном его объеме обеспечивала бы минимальную длину линии связи между наиболее удаленными элементами. Пространственная геометрия модулей прямоугольной конструкции.

Наиболее общей компоновочной схемой конструктивного модуля высокого уровня является многомерная схема, показанная на рис. 2.12. 22 где и — коэффициент, зависящий от конструктивного обрамления ~ блоков. Для определения оптимального соотношения между пространственными параметрами модуля, обеспечивающего минимальную длину связи 1,„при данном его объеме У = /.,/.лД, воспользуемся методом геометрического программирования (см. 12)). Полагаем, что (/1 = — ст/.,; (/з = сз~л' с/з = сз/б = с4/.,1-л1.„где с, = 2, с, = 1; с, = 1 + й; с, = 1/У; 1,„4.л, 1.1, > О.

Целевая функция задачи примет вид ш!п д, =. ппп ((/1 + 1/, + (/з) = ппп (с11., + с»1,л + сз7.1) Рис. 2.12. Схема связи в трехмерной типовой конструкции высокого уровня при ограничении дт = С«У = 1. Минимальное значение 1сс,пзп — — (Ст/61) ~ (сз/64) ~ (сз/64) с(с4) Ко, (2.3) где 6; — веса, подчинающиеся условиям ортогональности: 6, + 6, = — 0; 6, + 6, = 0; 6, + 64 —— 0 и условию нормализации 6, + 6, + 1- 6, = 1.

Эти условия образуют систему из четырех линейных уравнений с четырьмя неизвестными, которая имеет единственное решение: 6, = 6» — — бз — — 1/3; 64 = — 1/3. Подставив в (2.3) значения сз и 61, получим Л, „=К44Р~!-~-41 (2.4) Гз.л.с т1п тз.р /сз пь!п (2.5) где т, р — задержка распространения сигнала на единице длины линии связи. Для однорамной стойки минимальная длина линии связи 1„,„=3)'У. (2.6) По этой схеме, как правило, выполняются стойки универсальных и специальных ЭВМ. В соответствии с рисунком длина линии связи между наиболее удаленными элементами /„= — 2/4 + йл+ 1.1+ 21 (2.1) где й, — суммарная длина блоков; /.л — высота стойки; Е.1 — ширина стойки; 1„— часть линии связи, проходящая внутри блока в направлении, совпадающем с Ь1.