Показатели конструкции эа

Большое разнообразие имеющейся в эксплуатации и на рынке ЭА требует от разработчиков этого вида техники знания наборов показате­лей, по которым возможно сравнивать существующие модели ЭА с раз­рабатываемой. Безусловно, важнейшую роль при этом будут играть экс­плуатационные и экономические показатели. С ними непосредственно связаны параметры, характеризующие ЭА как объект конструкторско- технологической разработки. К таким показателям следует в первую оче­редь отнести следующие:

Сложность конструкции ЭА

где N₃ — число составляющих ЭА элементов; М_с — число соединений; К₁ К₂иК₃ — масштабный и весовые коэффициенты соответственно.

Выражение (1.1) связывает число составляющих ЭА интегральных мик­росхем, полупроводниковых приборов, электро-радиоэлементов, элементов коммутации с числом разъемных и неразъемных соединений между ними, что определяет габариты, массу, надежность и другие общие параметры ЭА

Число элементов, образующих ЭА,

где N_y — число устройств в ЭА; К_п — число типов применяемых элементов; Пр — число элементов /-го типа, входящих ву-е устройство.

Объем ЭА

где V_N — общий объем интегральных микросхем и электрорадиоэлементов, образующих ЭА; V_c — объем, занимаемый всеми видами соединений; V_K — объем несущей конструкции, обеспечивающей прочность и защиту ЭА при транспортировании и эксплуатации; V_yT — объем теплоотводящего устройства.

Коэффициент интеграции, или коэффициент использования физиче­ского объема

характеризует степень использования физического объема ЭА элементами, выполняющими полезную функциональную нагрузку, т. е. непосредственно определяющими электрическую схему ЭА (q_и всегда меньше 1 и приближа­ется к ней с использованием больших интегральных схем).

Общая масса ЭА, определяемая как сумма масс, входящих в состав ЭА устройств:

Общая мощность потребления ЭА

где pj — мощность потребления у-го устройства. Для цифровых устройств потребляемая ими мощность зависит от средней мощности потребления электронных компонентов. Известно, что 80...90 % мощности потребления рассеивается в виде теплоты и определяет тепловой режим ЭА и соответст­вующие перегревы элементов конструкции.

Общая площадь, занимаемая ЭА,

где Sj — площадь, требуемая для эксплуатации у-го устройства ЭА.

Собственная частота колебаний конструкции (элемента, устройства или всей ЭА)

где А'— коэффициент жесткости конструкции; т — масса конструкции ЭА.

Степень герметичности конструкции ЭА, определяемая количеством газа, истекшего из определенного объема конструкции за известный отрезок времени:

где V₀ — объем герметизированной части ЭА; т_сл — срок службы ЭА; ΔР — избыточное давление газа в конструкции ЭА.

Вероятность безотказной работы ЭА p(t) и средняя наработка на от­каз Т_ср — показатели надежности ЭА.

Степень унификации ЭА

где Ny_H — количество унифицированных элементов, a N₃ — общее количе­ство примененных в ЭА элементов.

Конструкторская иерархия элементов, узлов и устройств эа

Декомпозиция — метод системного анализа, позволяющий заменить решение одной большой задачи решением серии меньших задач, пусть и взаимосвязанных, но более простых. Результатом декомпозиции по отношению к конструкции ЭВМ является конструкторская иерархия элементов.

Основным критерием декомпозиции является принцип конструкторской законченности, что не всегда соответствует функциональному членению системы. Глубина декомпозиции (т.е. количество уровней) зависит от сложности разрабатываемой ЭВМ, и, может состоять из одного уровня для одноплатных ЭВМ, до 6-7 уровней в наиболее сложных Центрах Обработки Данных (ЦОД).

Иерархический принцип построения системы позволяет вести проектирование и конструирование каждого уровня независимо, при минимальной информации об особенностях вышележащих и нижележащих уровнях.

У ровень N

Уровень 2

Уровень 1

Так при конструировании радиоэлектронной аппаратуры (не цифровой), принято выделять уровни:

6. Система

5. Устройства

4. Блоки

3. Каскады

2. Звенья

1. Элементная база.¹

При конструировании ЭВМ принято выделять следующие уровни:

7. ЭВМ (Центр обработки данных, Вычислительный кластер, СуперЭВМ и т.п).

6. Группа серверных стоек (Ряд стоек, Контейнер и т.п.)

5. Стойка (шкаф, стеллаж)

4. Рама (некоторые стойки содержат более одной рамы, например, с двух сторон шкафа)

3. Блок ( панель, шасси, юнит и т.п.)

2. Кассета (Типовой элемент замены из более чем одной печатной платы, например, плата RAID контролера с установленным на ней модулем памяти.)

1. Ячейка (как правило соответствует одной печатной плате, если конструкция осно­ва­на на печатных платах)

К 0-му уровню конструкторской иерархии относят элементную базу (микросхемы, резисторы и т.д.).

После проведения декомпозиции, проектирование и конструирование ЭВМ выполняют как последовательность итераций синтез-анализ-синтез до достижения требуемых в ТЗ параметров. Анализ и синтез, также как и декомпозиция являются методами системного анализа.

Синтез - определение структуры (геометрии в пространстве, конструкции) систе­мы на основе функ­циональ­ного описания. Выполняется от нижних уровней к верхним. Это определение схемного состава конструкционных узлов и геометрических размеров. Выбор формы и компоновочной схемы типовых конструкций, размещение их в метрическом пространстве и реализация связей между ними.

При синтезе всегда решают следующие задачи:

1. Отвод тепла

2. Защита от внешних воздействий

3. Обеспечение надежности и помехоустойчивости

4. Минимизация потерь производительности на линиях связи.

При анализе выполняют поиск тех элементов конструкции, изменение которых может существенно улучшить показатели конструкции ЭВМ. Как правило поиск выполняется по принципу наиболее "слабых мест". Такой узел обладает, например, минимальным коэффициентом прочности по сравнению с другими и, возможно, следует "ослабить" другие узлы для использования высвобожденных ресурсов по усилению слабого.

В результате многочисленных итераций синтез-анализ-синтез, например, коэффициент прочности будет одинаковым (равномерным) по всей ЭВМ. При эксплуатации это будет выражаться в равновероятном отказе для разных узлов. Если конструкция соответствует требования, на этом процесс проектирования является законченным. Если нет - то следует пересматривать конструкторские решения в целом.