Программа, методические указания и контрольные задания (1088654), страница 3
Текст из файла (страница 3)
По отношению к логической схеме ее компоновочные параметры отражают результаты схемной компоновки структурного элемента (т.е. компоновка логических элементов, цепей и связей, в целом обеспечивающих схемное построение соответствующего элемента функциональной структуры ЭВМ: ФЭ, ФУ, ФБ и т.д.). Конструкция же является техническим воплощением логической схемы, обеспечивая неизменность ее функционального назначения и основных характеристик. Поэтому компоновочные параметры логической схемы по отношению к конструкции являются одновременно и схемными параметрами этой конструкции, которые используются в качестве исходной (первичной) информации при конструировании соответствующих элементов функциональной структуры ЭВМ.
При изучении данного раздела студенту необходимо хорошо ознакомиться с перечнем основных компоновочных параметров логической схемы структурного элемента, методами и принципа-
17
ми компоновки элементов в логической схеме, перечнем взаи-мосвязанных системных соотношений, представляющих собой единую цельную систему. Особое внимание следует обратить на особенности практического применения системных соотношений при расчете и анализе параметров конструкций ЭВМ, а также отметить роль и значение правила и соотношений Рента.
Вопросы для самопроверки
1. Дайте характеристику понятию «компоновка» как состав-ной части электронного конструирования ЭВМ. Какие задачи решает компоновка ЭВМ на начальном этапе проектирования?
2. Что такое «правило» и «соотношения» Рента? Какова их роль и недостатки в свете современного конструирования ЭВМ?
3. Дайте характеристику компоновочным моделям логической схемы и ее функциональному полю?
4. Что характеризуют понятия «уровень компоновки» и «уровень конструкции» и чем они отличаюся друг от друга?
5. С помощью каких единиц можно оценивать функцио-нальный объем элемента и устройства ЭВМ? Что такое ЭЛЭ?
6. Что характеризуют системные соотношения в модели логической схемы устройства?
7. Назовите основные принципы компоновки элементов в лог. схемах и как они отражаются в системных соотношениях?
8. Что отражает базовый критерий компоновки устройства?
9. Дайте краткое описание принципам, критериям и законам системной взаимосвязи при матричных (классических) методах компоновки элементов.
10. Какими основными компоновочными параметрами описывается логическая схема устройства?
11. Дайте характеристику понятиям «первичные» и «втори-чные» компоновочные параметры конструкции устройства?
12. Каковы особенности определения значений производных компоновочных параметров логической схемы устройства?
18
13. Назовите основные принципы компоновки элементов в лог. схемах и как они отражаются в системных соотношениях?
14. Для чего используются понятия конструктивного и системного быстродействия ЛЭ при конструировании устройств ЭВМ?
10. Дайте характеристику понятию "компоновка" как составной части электронного конструирования ЭВМ. Какие задачи решает компоновка ЭВМ на начальном этапе проектирования?
11.Каково назначение компоновочной модели логической схемы?
12. Что характеризуют системные соотношения в модели логической схемы устройства?
4. Линии связи и электромагнитная совместимость в конструкциях ЭВМ
4.1. Назначение, структура, конфигурации и конструкции линий связи (ЛС). Основные параметры ЛС и их взаимосвязь с параметрами ЛЭ. Электрическая длина ЛС и критерии ее оценки. Свойства коротких и длинных линий. Волновое сопротивление. Нагрузочная способность ЛС по входу и выходу. Активные потери в ЛС. LC- и RC-цепи и области их действия. Способы определения времени распространения сигнала в ЛС и связь с параметрами выходных каскадов ЛЭ.
4.2. Дестабилизирующие факторы в конструкциях ЭВМ при передаче информационного сигнала: задержка, искажение, помехи, затухание. Характеристика понятий: быстродействие, помехо-устойчивость и помехозащищенность конструкций ЭВМ. Внутренняя и внешняя электромагнитная совместимость (ЭМС) конструкций ЭВМ.
4.3. Виды импульсных помех в конструкциях: неодно-родности, отражения, перекрестные наводки в ЛС и помехи по цепям питания и земли. Переходные процессы в ЛС. Критерий помехоустойчивости ЛС в системе межсоединений и его связь с помехоустойчивостью ЛЭ.
4.4. Конструктивные и схемотехнические методы обеспече-
19
ния помехоустойчивости ЛС. Согласование ЛС, способы согласования, согласующие элементы. Общие правила проек-тирования и трассировки ЛС.
4.5. Помехоустойчивость конструкций функциональных узлов, блоков и устройств. Условия и причины возникновения импульсных помех в цепях питания. Схема возникновения помехи. Анализ изменения токовой нагрузки в конструкции при одновременном переключении большого числа ЛЭ и влияние этого изменения на режимы работы ЛЭ .
4.6. Роль параметров цепей питания: емкости и индук-тивности в обеспечении помехоустойчивости конструкции. Понятия: распределенная емкость и импеданс цепей питания. Методы конструктивного обеспечения минимального импеданса цепей питания в конструкциях.
4.7. Методы схемотехнического обеспечения помехо-устойчивости конструкции. Сглаживающие низкочастотные и высокочастотные конденсаторы. Расчет емкости и требования к размещению сглаживающих конденсаторов.
3, гл.1,2,4 с.4-14, с.69-92; 4, гл.6, с.394-423;
5, гл.5, с.126-152; 6, гл. 2, с.81-87; 9, гл.4,67, с.44-53; с.63-85;
Методические указания
Данный раздел программы знакомит студента с основными дестабилизирующими факторами, имеющих место при передаче информации и требующих учета при разработке конструкций ЭВМ. Такими факторами являются задержки сигнала в линиях связи, связанные с их длиной и конфигурацией, искажения сигнала, обусловленные неоднородностями линий и отражениями, перекрестные наводки между близко расположенными провод-никами, помехи по цепям питания. Необходимо ознакомиться с содержанием понятий быстродействие, помехоустойчивость и помехозащищенность конструкций устройств и иметь ясное
20
представление о содержании понятий внутренней и внешней электромагнитной совместимости ЭВМ.
Учет дестабилизирующих факторов при конструировании ЭВМ, обеспечение высокого быстродействия, помехоустойчи-вости и ЭМС устройств является одной из главных задач электронного конструирования ЭВМ. Студенту необходимо ознакомиться с основными видами импульсных помех в конструкциях, с характером переходных процессов в ЛС, ознакомиться с критерием помехоустойчивости ЛС в системе межсоединений и его связи с помехоустойчивостью ЛЭ, изучить основные правила проектирования и трассировки ЛС, владеть методами их расчета.
При изучении данного раздела следует также уделить внимание вопросам проектирования цепей электропитания и земли, использования сглаживающих низкочастотных и высокочастотных конденсаторов, методам конструктивного и схемотехнического обеспечения помехоустойчивости конструкции устройств.
Вопросы для самопроверки
1. Дайте характеристику понятиям: «конфигурация» линии связи, логическая цепь, логическая связь и что их объединяет? 2. Какие параметры ЛС относятся к основным и как они связаны с параметрами ЛЭ? 3. Что характеризует понятие «электрическая длина» ЛС и по ка-кому критерию оценивается ее «критическая длина»? 4. Какие цепи относятся к категории LС- и RС-цепи? Назовите типы коммутационных элементов, где они находятся. 5. В чем заключается особенность определения времени распро-странения сигнала в LС- и RС-цепях? 6. Перечислите основные правила проектирования ЛС. 7. Назовите основные правила трассировки печатных ЛС. 8. Какие типы электромагнитных помех являются наиболее ха-
21
рактерными для аппаратуры ЭВМ? 9. Дайте характеристику дестабилизирующим факторам в конст-рукциях, вызывающих искажение сигнала при передаче его по ЛС. 10. В чем суть согласования линий связи? Что с чем согласуется? Какую роль при этом играют параметры логических элементов? Как согласуются ЛС при применении КМОП-элементов? 11. Каковы причины возникновения помех в потенциальных це-пях элементов и устройств и способы их устранения? 12. Какова роль сглаживающих конденсаторов в конструкциях ЭВМ и каковы критерии их выбора? 13. Какие конструктивно-технологические и схемотехнические методы используются при проектировании устройств ЭВМ для задачи обеспечения их помехоустойчивости?
5. Системное быстродействие и оптимизация параметров конструкций ЭВМ
5.1. Основные понятия и определения схемного, конст-руктивного и системного быстродействия ЛЭ в конструкциях ЭВМ. Понятия системного, функционального и тактового быстро-действия устройства. Параметры системного быстродействия, их взаимосвязь и назначение.
5.2. Глубина обработки информации в конструкциях и число каскадов ЛЭ в трактах обработки. Роль системных соотношений в определении числа каскадов ЛЭ в конструкциях.
5.3. Влияние типов линий связи (LC- или RC-цепи), их конфигурации и схемотехники ЛЭ на методы расчета времени распространения в них сигнала. Особенности использования системных компоновочных соотношений при определении параметров логических цепей по нагрузочной способности и средней оптимизированной длине связи.
5.4. Методы расчета параметров системного быстродействия ЛЭ, системного и тактового быстродействия устройства.
22
5.5. Оптимизация параметров системного быстродействия. Соотношение между конструктивным и схемным быстродей-ствием ЛЭ и его роль при конструировании. Влияние значений параметров системного быстродействия на выбор и принятие технических решений.
5.6. Пример расчета параметров системного быстродействия устройства, скомпонованного на основе КМОП-элементов.
1, гл.7, с.93-104; 2, гл.7,8, с.83-89, с.104-107; 3, гл.14, с.337;
10, прилож.2,3,9, с.74-130, с.200-211; 11, с.134-143;
13, с.92-102; 14, с.96-103; 15, с.90-96; 16, с.20-29.
Методические указания
Быстродействие операционных устройств ЭВМ (напр., АЛУ процессора) определяется длительностью выполнения операций (арифметических, логических), характеризующей цикл обработки или обмена информацией в устройствах ЭВМ. В процессе выпол-нения операций информационный сигнал проходит по цепи преоб-разования информации, проходя через каскады логических элеме-нтов и линиям связи. Поэтому в цикле обмена или обработки ин-формации полное время выполнения операции в устройстве, со-держащем i-уровней компоновки, (То) представляет собой сумму времен логического преобразования информации в логических элементах (Тлэ) и передачи информации по линиям связи (Тсв).
В расчете на один каскад ЛЭ из цепи прохождения информации эти составляющие именуются тремя видами задержки, а именно: собственная (схемная) задержка логического элемента (или типо-вая задержка ЭЛЭ, применительно к его модели) - τлэ, конструк-тивная задежка логического элемента в устройстве, представляя-ющая собой время время задержки сигнала в линиях связи цепи преобразования информации, приходящееся на один каскад ЛЭ τсв
23
и системная задержка логического элемента в устройстве ЭВМ, равная сумме схемной и конструктивной задержек - τс.
Кроме понятия «время задержки» логические элементы в уст-ройствах ЭВМ характеризуются также понятием «быстродейст-вие». В соответствии с тремя видами задержки ЛЭ различают три вида его быстродействия, представляющие собой параметры, об-ратные задержкам, а именно: схемное, конструктивное и систем-ное быстродействие ЛЭ. Каждый из приведенных видов быстро-действия логического элемента представляет собой определенную характеристику быстродействия устройства в целом.
При изучении данного раздела студенту следует ознакомиться с методами расчета параметров системного быстродействия ЛЭ, системного и тактового быстродействия устройств, учитывая при этом типы линий связи (LC- или RC-цепи), их конфигурации, дли-ны и нагрузочные способности ЛС, а также используемые виды схемотехнических решений по ЛЭ.
Вопросы для самопроверки
1. Какие параметры устройства относятся к параметрам системного быстродействия?
2. Дайте определение понятиям «функционального» и «тактового» быстродействия и оцените их различие.
3. Что характеризует параметр по среднему числу каскадов ЛЭ в тракте передачи информации в устройстве и каким соотно-шениям он выражается?
4. В чем особенность определения времени задержки сигнала в логических RC-цепях?
5. Чем отличаются методы расчета времени задержки сигнала в линиях связи LC-типа от линий связи RC-типа?
6. В чем суть различия понятий «системное быстродействие ЛЭ в устройстве» от «системное быстродействие устройства»?
7. Какую роль играет соотношение между конструктивным и
24
схемным быстродействием ЛЭ при проектировании устройств?
8. В чем заключаются особенности расчета параметров системного быстродействия устройства, скомпонованного на основе КМОП-элементов?
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
