Программа, методические указания и контрольные задания (1088654), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

1, Введение, с.3-8; 2, Введение, с.3-8;

4, гл.6, с.423-428; 5, гл.5, с.135-152; 6, гл.1,2, с.3-38, 99-106;

9, с.5-10, 19-21, 139-169;

Методические указания

Понятие «электронное конструирование ЭВМ» появилось в конце 60-х годов и введено советскими учеными Левиным В.К., Файзулаевым Б.Н. и Соловьевым В.А., руководившими работами по созданию первых высокопроизводительных ЭВМ на транзи-сторах и интегральных схемах. Особая роль в становлении и раз-витии нового (научного) направления конструирования отечес-твенных ЭВМ на ИС, БИС и СБИС принадлежит проф. Файзула-еву Б.Н., опубликовавшему более 40 научных трудов по данной тематике.

Актуальность задач нового направления обусловлена рядом причин, в частности: значительным повышением быстродействия элементной базы и необходимостью повышения быстродействия устройств и производительности ЭВМ в целом, существенным возрастанием влияния конструкции и связей на быстродействие и помехозащищенность ЭВМ, значительным снижением амплитуд и мощности рабочих сигналов логических элементов ИС, БИС и СБИС, с одной стороны, и повышением уровня помех, с другой. В результате развития элементной базы и повышения сложности технических средств, конструкции узлов и устройств ЭВМ стали определять не только механические, технологические и надежно-стные характеристики, но и такие важнейшие электронные пара-метры ЭВМ как быстродействие и помехоустойчивость. Обеспе-чение быстродействия и помехозащищенности элементов, узлов и устройств ЭВМ, составляющих предмет электронного конструи-

10

рования, стало сегодня первоочередной и наиболее важной частью конструирования ЭВМ. По мере повышения степени интеграции и быстродействия БИС металлоемкость конструкции ЭВМ снижает-ся и главным объектом электронного конструирования становится уже не шкаф, а многослойная печатная плата и в пределе кристалл СБИС (УБИС), на котором размещается большинство электронно-го оборудования процессора.

Задачами электронного конструирования предусматривается решение двух главных проблем на каждом уровне конструкции ЭВМ: проблемы количества, относящейся к разряду компоновоч-ной (определение количества связей, цепей, внешних контактов, каскадов элементов, слоев в коммутационном элементе конструк-ции при заданном уровне интеграции устройства), и проблемы качества, относящейся к разряду собственно электронного конст-руирования (обеспечение электрических характеристик линий связи в скомпонованной конструкции, обеспечение их быстродей-ствия, помехоустойчивости и электромагнитной совместимости).

Студенту необходимо ознакоми­ться с основными направле-ниями и задачами ЭК, иметь представление о внутренних и вне-шних факторах электромагнитного воздействия на работо-способность ЭВМ, знать основные параметры, определяющие помехоустойчивость и помехоэмиссию СВТ, ознакомиться с классификацией уровней СВТ по задаче обеспечения ЭМС.

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

Вопросы для самопроверки

1. Что является предметом и объектом электронного конструирования ЭВМ?

2. Каковы направления и основные задачи электронного конструирования ЭВМ?

11

3. В чем сущность проблем количества и качества в электронном конструировании ЭВМ?

4. Дайте общее определение электромагнитной совмести-мости. Назовите уровни ЭМС и изложите особенности ЭМС применительно к конструкциям ЭВМ.

5. Какие внутренние и внешние факторы оказывают элек-тромагнитное воздействие на работоспособность ЭВМ?

6. Какие факторы характеризуют внутреннюю помехоусто-йчивость ЭВМ?

7. Перечислите основные дестабилизирующие факторы, влияющие на надежность передачи информации в устройствах.

8. В чем заключается отличие понятий «помехоустойчивость» и «помехозащищенность» устройства?

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

10. Для чего предназначены экраны в устройствах ЭВМ? Каковы принципы работы электромагнитных экранов?

11. Что является главным при заземлении ТС ЭВМ? Каковы основные правила и нормы?

12. Что означает «аттестация ТС ЭВМ на соответствие требованиям ЭМС»?

2. Тенденции и направления развития элементной и конструктивно-технологической базы ЭВМ

2.1. Схемотехнические виды ЛЭ: ТТЛ, ЭСЛ, КМОП и др. Основные серии современных микросхем и библиотеки функциональных элементов БИС и СБИС, их общая характерис-тика. Базовые ЛЭ и особенности работы входных и выходных каскадов. Основные характеристики ЛЭ и влияние воздей-ствующих факторов на их быстродействие, помехоустойчивость, надежность и режимы работы. Коэффициент объединения ЛЭ по входу и выходу.

12

2.2 Базовые матричные кристаллы БИС, СБИС и микро-процессорных элементов. Структура построения БМК, параметры и эффективность использования интеграции. Трассировочные каналы БМК, входные и выходные каскады. Внешние контакты БМК и их расположение. Соотношение между числом логических контактов и числом контактов питания и земли.

2.3. Поколения элементов, СВТ и уровень микроэлектронной технологии. Взваимосвязь поколений и технологического уровня со степенью интеграции элементов и размерами кристалла. Характеристика тенденций развития полупроводниковой технологии и средств ВТ. Применение принципа "масшта-бирования" при оценке параметров БИС и СБИС. Характеристика зависимости параметров ЛЭ от уровня микроэлектронной технологии и интеграции. Методы выбора схемотехники и параметров БМК.

1, Введение, гл.1, с.3-20; 2, Введение, гл.1, с.3-21;

Методические указания

Развитие средств ВТ обусловлено, как правило, уровнем ра-звития элементной базы, одной из основных характеристик кото-рой является степень интеграции ЛЭ на кристалле (N). Поэтому принято считать, что если степень интеграции ЛЭ на кристалле соответствует уровню ИС, то ее и СВТ на ней построенные отно-сят к III поколению, если же уровню БИС или СБИС – то к IV или V поколению и т.д. При этом степень интеграции микросхем (ИС, БИС, СБИС) в пределах каждого поколения может изменяться в широком диапазоне значений и не всегда является объективным показателем уровня микроэлектронной технологии. Поэтому сту-дентам, при изучении данного раздела, развитие поколений эле-ментов и СВТ следует рассматривать не только от уровня интег-рации микросхем N , а также в зависимости от достигнутого в технологии минимального топологического (литографического)

13

размера, лежащего в основе роста степени интеграции элементов. В качестве такого минимального литографического размера, как правило, используется длина канала транзистора λ. Такой подход отводит полупроводниковой технологии естественное лидирую-щее место и значение, а степень интеграции элементов представ-ляется как следствие достигнутого технологического уровня.

Увеличение степени интеграции элементов на кристалле свя-зано не только с уменьшением минимального литографического размера. Оно в существенной мере связано также с одновремен-ным увеличением размера самого кристалла (Lкр), что собственно и отражает комплексное повышение интеграции и технологичес-кого уровня в микроэлектронике.

В этом разделе рекомендуется студентам восстановить в па-мяти знания по схемотехническим видам ЛЭ, их основным харак-теристикам и значениям основных параметров. Особое внимание следует обратить на такие характеристики ЛЭ, как быстродейст-вие, уровень помехоустойчивости, коэффициент объединения по входу и выходу, уметь нарисовать принципиальную электричес-кую схему базового ЛЭ. Применительно к БМК БИС и СБИС - восстановить в памяти принципы построения БМК, понятия о трассировочных каналах и эффективности использования как самих каналов, так и интеграции кристалла.

Особое внимание в данном разделе следует уделить взаимо-связи поколений, степени интеграции, размеров кристалла и уров-ня полупроводниковой технологии в конструкциях микросхем. Эта взаимосвязь достаточно полно представлена в учебных посо-биях по данному курсу.

Вопросы для самопроверки

1. В чем заключается главное отличие базового ЛЭ КМОП-схемотехники от базового ЛЭ ЭСЛ и ТТЛ – схемотехники?

14

2. Какие факторы влияют на быстродействие и помехо-устойчивость ЛЭ при ТТЛ, ЭСЛ и КМОП – схемотехнике?

3. Что такое «коэффициент объединения ЛЭ по входу и выхо-ду» и как он отражается на параметрах логич. цепей устройства?

4. Что понимается под структурой БМК кристалла СБИС? Какие параметры и факторы характеризуют структуру кристалла?

5. Как располагаюся внешние контакты на кристаллах БИС и СБИС и что влияет на соотношение между числом сигнальных и потенциальных контактов?

6. Что такое «уровень микроэлектронной технологии» и какая его связь с поколениями средств ВТ?

7. В чем особенность принципа «масштабирования» при оценке параметров БИС, СБИС?

8. Какими факторами можно характеризовать тенденции развития полупроводниковой технологии элементов и СВТ?

3. Основы компоновки устройств ЭВМ и методы расчета компоновочных параметров

3.1. Цель и назначение компоновки как составной части электронного конструирования ЭВМ. Компоновочные, схемные и конструктивные параметры элементов и устройств, используемые при электронном конструировании ЭВМ. Место, роль и значение правила и соотношений Рента при определении компоновочных параметров средств ВТ.

3.2. Понятие о логической схеме обрабатывающего устройства как объекте компоновки. Классификация функциональной структуры логической схемы. Уровни компоновки. Связь уровня конструкции ЭВМ с компоновочными уровнями. Основные компоновочные параметры логической схемы устройства и их характеристика. Базовая единица измерения степени интеграции БИС, СБИС и функционального объема узлов и блоков. Эквивалентный логический элемент (ЭЛЭ) как нулевой уровень компоновки, его параметры.

15

3.3. Понятия о компоновочной модели логической схемы и ее функциональном поле (ФП). Характеристика компоновочной модели и ее составляющих: модели элементов и модели логических цепей. Статическая и динамическая модели, частные соотношения. Взаимосвязь компоновочных параметров в логической схеме устройства. Базовое системное соотношение, его роль и значение при компоновке и расчете параметров конструкции обраба-тывающих устройств ЭВМ.

3.4. Содержание понятия "многоуровневая конструкция обра-батывающего устройства ЭВМ". Варианты компоновки устройств: одноуровневый, двухуровневый, n-уровневый. Характеристика понятий: компоновочный потенциал и компоновочный ресурс.

3.5. Методы компоновки элементов в устройствах, их связь со структурой построения устройств и способами обработки информации. Базовый критерий компоновки.

3.6. Принципы компоновки и законы системной взаимосвязи параметров. Системные компоновочные соотношения и особенности их практического применения как базовых методов расчета компоновочных параметров при проектировании обрабатывающих устройств ЭВМ на ИС, БИС и СБИС.

3.7. Характеристика понятий "первичные" и "вторичные" компоновочные параметры конструкций устройств. Основные особенности процессов компоновки и расчета первичных компоновочных параметров конструкций БИС, СБИС и узлов и блоков ЭВМ на их основе (напр., числа внешних связей, числа каскадов элементов, значений параметров цепей по нагрузочной способности и др.). Особенности использования системных соотношений при расчетах вторичных компоновочных параметров конструкций (напр., средней длины связи и цепи, трассировочной способности и слойности коммутационных элементов, параметров быстродействия элементов и устройств и др. Формы представления результатов.

1, гл.2,3,4,5, с.20-72; 2, гл.2,3,4,5, с.21-70;

16

Методические указания

При изучении данного раздела студент получает необходимые знания и представления о теоретических основах компоновки элементов в многоуровневых конструкциях устройств, компо-новоч­ных моделях логической схемы и ее параметрах.

Практически любую логическую схему обрабатывающего устройства ЭВМ на любом компоновочном уровне можно характеризовать некоторым перечнем взаимосвязанных компоновочных (или схемных) параметров. Отражая специфику логической схемы, они, тем самым, накладывают отпечаток на ее конструкцию. Рассматриваемые в данном разделе параметры характеризуют в равной степени как логическую схему, так и конструкцию, в которой эта реализуется. Это означает, что для одного и того же структурного элемента ЭВМ имеет место два тождественных понятия: компоновочные параметры логической схемы и схемные параметры конструкции.

Характеристики

Список файлов книги