министерство образования и науки украины

сЕВАСТОПОЛЬСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Электронный конспект лекций по дисциплине "Основы конструирования ЭВМ" для студентов дневной и заочной форм обучения направления 0915 "Компьютерная инженерия"

Севастополь

2001

1 Системный подход при конструировании технологии производства ЭВМ 4

1.1 Физическая и математическая суть системного подхода 4

1.2 Системный подход к технологии производства ЭВМ 4

1.3. Системный подход к конструированию ЭВМ 5

2 Общая характеристика процесса конструкторского проектирования ЭВМ и систем 6

2.1 Конструкторский документ 6

2.2 Этапы процесса проектирования 6

2.3 Общие принципы конструкторского проектирования 7

2.4 Математическая модель конструкции ЭВМ и систем 7

3 Математические модели объектов схемно – топологического конструирования 8

3.1 Модель схемы в виде неориентированного мультиграфа 8

3.2 Модель схемы в виде ориентированного мультиграфа 9

3.3 Представление схемы гиперграфом и ультрографом 9

3.4 Математические модели монтажного пространства 10

4 Компоновка типовых элементов конструкции 13

4.1 Постановка задачи компоновки. Критерии оптимизации и ограничения 13

4.2 Последовательный алгоритм разрезания схем 14

4.3 Итерационный алгоритм компоновки 15

4.4 Смешанный алгоритм компоновки 15

4.5 Алгоритм решения задачи покрытия 16

5 РАЗМЕЩЕНИЕ И ТРАССИРОВКА 17

5.1 Постановка задачи размещения. Критерии оптимизации 17

5.2 Последовательные алгоритмы размещения 18

5.3 Улучшение размещения перестановкой модулей 18

5.4 Общая постановка задачи трассировки 18

5.4.1 Трассировка проводного монтажа 18

5.4.2 Трассировка при печатном монтаже 19

6 Конструирование печатных плат 21

6.1 Расчет элементов печатного монтажа 21

6.2 Проектирование структуры МПП 22

6.4 Особенности конструирования БИС и аппаратуры на их основе 23

6.5 Конструирование ЭВМ на микропроцессорах 24

6.6 Особенности конструирования микро и персональных ЭВМ 24

7 Конструирование ЭВМ с учетом надежности 26

7.1 Основные показатели надежности 26

7.2 Невосстанавливаемые ЭВМ 26

7.3 Восстанавливаемые ЭВМ 27

7.4 Оценка показателей надежности ЭВМ как сложного объекта 28

7.5 Оценка надежности типовых конструкций 28

7.6 Повышение надежности резервированием 29

8 Конструирование типовых элементов учетом паразитных влияний 31

8.1 Виды линий связи и их электрические параметры 31

8.2 Конструирование линий связи с учетом эффекта отражений 31

8.3 Конструирование с учетом помех во взаимную линию связи 32

8.4 Конструирование с учетом помех по цепям управления и питания 32

9 Тепловые расчеты конструкций ЭВМ 33

9.1 Теплообмен в ЭВМ 33

9.2 Способы переноса тепловой энергии 33

9.2.1 Кондуктивный перенос 33

9.2.2 Конвективный теплообмен 34

9.2.3 Теплообмен излучением 34

9.3 Принцип суперпозиции температурных полей и принцип местного влияния 34

9.4 Определение теплового сопротивления типовой конструкции 35

10 Теоретические основы организации и функционирование технологических систем 38

10.1 Производственный технологические процессы, их структура, виды и типы организации 38

10.2 Технологическая подготовка производства, ЕСТПП 38

10.3 Проектирование и оптимизация ТС 38

10.3.1 Методы оптимизации ТС при их проектировании 38

10.3.2 Автоматизация и проектирование ТП 39

11 Основные конструкторско-технологические принципы проектирования и технология изготовления полупроводниковых микросхем 40

11.1 Группа технологических процессов при производстве полупроводниковых микросхем 40

11.2 Операция фотолитографии 40

11.3 Базовая технология полупроводниковых интегральных МС 41

11.4 Технология гибридных пленочных схем 42

1 Системный подход при конструировании технологии производства эвм

1.1 Физическая и математическая суть системного подхода

Система – ограниченное множество элементов, объединенных некоторыми связями и образующих единое целое.

Часть элементов системы выполняющих некоторое функционально завершенное преобразование, называется подсистемой.

Воздействия внешней среды на систему называют входными воздействиями, воздействия системы на среду – выходными.

И те, и другие оценивают, как правило, многомерными векторами.

Система может быть формализована, т.е. Абстрактно представлена некоторой математической моделью (ММ) её функционирования.

Она характеризует правило преобразования входных сигналов Х в выходные сигналы У с помощью некоторого оператора А:

у = А{х}

Различают детерминированные и вероятностные ММ. Первые характеризуются наличием однозначной аналитической связи между входными и выходными параметрами системы, вторые предполагают известными зависимости между законами распределения входных и выходных величин, рассматриваемых как случайные. Оба вида моделей могут быть как статическими (независимыми во времени), так и динамическими, состояние которых существенно меняется во времени.

Исследование объектов с помощью их ММ и представляют основную суть системного подхода, характеризующегося следующими основными принципами:

• целостность изучаемой системы(т.е. Свойства целого не могут быть оценены без знания свойств частей этого целого, но само целое принципиально не может быть сведено к сумме свойств составляющих его элементов);

• структурность (т.е. возможность описания системы с помощью сети связей между её элементами);

• иерархичность (т.е. каждая подсистема или элемент системы может рассматриваться как система);

• множественность описания (т.е. система может быть описана множеством ММ, исходя из которых, описывают определенный её аспект)

• взаимозависимость системы и среды (т.е свойства системы проявляются только при взаимодействии с окружающей её средой).

Системный поход предполагает общую оптимизацию разработки, проектирования, производства, эксплуатации, отдельные составные части которых могут и не быть оптимальными

1.2 Системный подход к технологии производства эвм

Любой технологический процесс независимо от его физической природы всегда можно представить в виде некоторой системы, следовательно, для его изучения может быть применен системный подход. Рассмотрим обобщенную функцию его технологического процесса.

X1 Y1

Xn Yk

R1 …….. Rm Z1… Zl

s

Рис. 1.1.

Такой процесс всегда можно округлить, представив набором операций по изготовлению деталей Di , операций их сборки Сi , регулировки Pi, испытания Ui; СУ система управления технологическим процессом, который может быть автоматизирован или нет.

Х1…..Хn – входные воздействия .

Y1…..Yk – выходные переменные процесса.

R1……Rm – управляющие сигналы.

Z1……Zl – наблюдаемые переменные.

В качестве Х1…..Хn могут выступать материалы, комплектующий изделия, технические средства и квалификация рабочих; в качестве Y1…..Yk – отклонение параметров от номинальных значений, стоимость, точность, показатели надежности и прочее; в качестве R1……Rm – электрические непрерывные и дискретные сигналы, механические воздействия и т.п.; в качестве Z1……Zl – разнообразные физический величины и признаки, по которым можно объективно оценить Y1…..Yk.

Наиболее простым типичным методом системного исследования технологического процесса является метод, обеспечивающий достижение максимального значения целевой функции, под которой понимается некоторый обобщенный показатель, наиболее полно отражающий важные показатели объекта производства.