1.4. Особенности конструкций пэвм

1. Общие сведения

Конструкции персональных ЭВМ и ЭВМ других классов зна­чительно различаются. Это вызвано прежде всего

17

причинами, обус­ловливающими персональный характер данных ЭВМ:

массовостью выпуска, низкой стоимостью, широким контингентом пользователей;

высокой степенью интеграции элементной базы, малыми габарит­ными размерами и т. д.

Рис.1.3

В зависимости от назначения ПЭВМ, совокупности требований, предъявляемых к их техническим характеристикам, и сложности воз­можна реализация конструкций как в настольном (рис.1.2 и 1.3) или напольном (рис. 1.4), так и в портативном варианте: переносные (рис. 1.5), блокнотные (рис. 1.6), карманные [2,3,5,7].

Рис.1.4

18

Рис.1.5. Общий вид переносной ПЭВМ (масса около 5 кг.)

Рис.1.6. Общий вид ПЭВМ блокнотного типа (масса около 3 кг.)

19

Новейший вариант портативных ПЭВМ - карманные ПЭВМ - имеют массу до 500 г и габаритные размеры 200х100х25 мм. Конструкции их подобны конструкциям микрокалькуляторов. Обыч­но они содержат жидкокристаллический дисплей и клавиатуру раз­мером семь восьмых от стандартной. Для построения таких моделей применяется несколько специальных микромощных БИС или мно­гокристальных микросборок. Характерная особенность данных ПЭВМ - сильная зависимость конструкции от габаритных размеров и массы источников питания (аккумуляторов, батарей). Кроме об­щих климатических требований, к таким ПЭВМ предъявляются требования работы в холодное время года.

Основу конструкций любых ПЭВМ составляют печатные узлы с ИМС, электрорадиоэлементами (ЭРЭ) и другими компонентами. В зависимости от количества используемых печатных узлов разли­чают одноплатные и многоплатные конструкции,

Одноплатные конструкции обычно содержат функционально всю схему компьютера. По такому варианту конструктивно реализуются, например, некоторые портативные и другие простейшие ПЭВМ.

В отличие от одноплатных конструкции многоплатных ПЭВМ компонуются из нескольких печатных узлов, где центральная плата содержит схему минимальной конфигурации, остальные же функции системы реализуются на дополнительных платах расширения сис­темы. По такой схеме компонуются, например, профессиональные ПЭВМ.

Рассмотрим особенности конструкций настольных профессиональ­ных ПЭВМ.

Обычно центральные и периферийные устройства профессиональ­ных ПЭВМ, образующие конкретную вычислительную систему (си­стемный блок, клавиатура, видеомонитор, печатающее устройство и др.), выполняются в виде самостоятельных независимых

20

конст­руктивов - модулей, которые можно удобно располагать на рабочем месте пользователя и соединять друг с другом электрическими кабелями.

2. Системный блок

Особое внимание при разработке ПЭВМ уделяется системному (процессорному) блоку, поскольку его конструкция во многом оп­ределяет как стоимость, так и трудоемкость производства ПЭВМ в целом.

Как правило, все функциональные устройства системного блока (процессор, память, устройства ввода-вывода и др.) реализуют в виде конструктивно законченных сборочных единиц (узлов) - элек­тронных модулей (ячеек), связь между которыми осуществляется по системной шине или с помощью кабелей. Основу конструкции системного блока ПЭВМ составляет набор электронных модулей, механически и электрически соединенных между собой.

Наиболее типичной является такая компоновка системного блока, при которой в нем размещаются как электронные модули (процес­сора, оперативной памяти, адаптеров обязательных периферийных устройств), так и системы электропитания и охлаждения, громко­говоритель, а также разъемные соединители для подключения пе­риферийных устройств. В большинстве современных ПЭВМ в сис­темный блок встраиваются накопители на гибких и жестких маг­нитных или оптических дисках (дисководы), имеется также воз­можность установки некоторого количества дополнительных элек­тронных модулей для расширения системы (например, дополни­тельной оперативной памяти, модулей профессиональной ориента­ции, коммуникационных адаптеров) или подключения специального блока расширения.

21

Электронные модули ПЭВМ конструктивно представляют собой монтажные печатные платы определенного типоразмера, обычно многослойные, на которых размещаются ИМС различной степени

интеграции, в том числе микропроцессорные БИС и БИС системной поддержки, другие ЭРЭ, а также разъемные соединители.

Интегральные микросхемы высокой степени интеграции с большим числом выводов устанавливаются на печатные платы, как правило, с помощью специальных соединительных розеток, позволяющих обес­печить легкий съем корпусов БИС. В конструкции модуля обычно предусматривают также вспомогательные конструктивные эле­менты, например элементы крепления и фиксации: ручки, планки, съемники или рычаги для закрепления и вынимания модулей.

По архитектурно-конструктивному исполнению различают «за­крытые» и «открытые» ПЭВМ. «Закрытая» ПЭВМ представляет собой вычислительную систему, функции которой жестко установ­лены с помощью аппаратных средств при сборке на заводе-изгото­вителе. Пользователь такой ПЭВМ практически не может заменить модули на более совершенные или добавить в вычислительную систему дополнительные модули, например расширить оперативную память или подключить адаптеры новых периферийных устройств. По «закрытому» принципу реализуются в основном портативные и наиболее простые (игровые, домашние) ПЭВМ.

Современные модели профессиональных ПЭВМ обычно реали­зуются в виде открытой, модульной (развиваемой в функциональном отношении) системы. Поэтому наибольшее распространение полу­чили «открытые» ПЭВМ. Дополнительные функции в вычислитель­ной системе (расширение системы) реализуются подключением к системной шине добавочных электронных модулей. В этом случае пользователь может приобретать и устанавливать в своей ПЭВМ различные дополнительные сменные модули, выполненные

22

обычно в виде съемных плат и позволяющие расширять возможности ПЭВМ за счет применения новых периферийных устройств, подключения ПЭВМ к другим ЭВМ или сетям. Такие ПЭВМ легко

модернизи­руются, морально устаревшие электронные модули заменяются но­выми, выполненными по более совершенной технологии.

Конструкции и компоновка системных блоков должны обеспе­чивать высокую плотность монтажа, короткие связи между элемен­тами и сборочными единицами, минимальное количество разъемных соединителей.

На рис.1.7 показан типичный вариант компоновки системного блока настольной ПЭВМ. Системная плата с разъемными соединителями прямого сочленения расположена горизонтально, и в ее разъемные соединители вставляются электронные модули расшире­ния.

Рис.1.7. Вариант компоновки системного блока ПЭВМ:

1 - модули расширения системы; 2 - каркас (отсеки) для установки НЖМД; 3 - блок питания; 4 - каркас (отсеки) для установки НГМД; 5 - системная плата (объединительная панель)

23

Прямое сочленение электронных модулей с системной платой в блоке электронных модулей призвано уменьшить количество не­надежных соединений и снизить до минимума длину проводников.

Точность изготовления, высокое качество материалов, золочение контактов разъемов обеспечивают стабильное соединение сопряга­емых сборочных единиц.

Для защиты от внешних воздействий и электромагнитных помех основные компоненты системного блока помещают в корпус. Корпуса системных блоков, как правило, содержат минимальное количество деталей, доступны для сборки и разборки простейшими инструмен­тами и приспособлениями.

Базовой несущей конструкцией обычно является металлическое основание (поддон), на котором размеща­ются блок электронных модулей, блок питания, кронштейны для закрепления дисководов, громкоговорителя и некоторые другие кон­структивные элементы. В состав корпуса, кроме основания, входят также металлический кожух, передняя (лицевая) и задняя панели (стенки).

Кожух чаще всего надвигается по основанию в направ­лении установленной передней панели и крепится к основанию винтовыми соединениями. Передняя и задняя панели корпуса могут быть выполнены совместно с основанием или отдельно.

В послед­нем случае для их изготовления широко используются пластмассы. Пластмассы могут применяться также и для изготовления корпусов в целом. Пластмассовые корпуса с целью уменьшения излучения электромагнитных помех в радиодиапазоне от оборудования ПЭВМ покрываются изнутри специальной металлической проводящей кра­ской.

Корпуса системных блоков должны быть технологичными, удоб­ными в эксплуатации, иметь повышенные эстетические и эргоно­мические характеристики.

24

В конструктиве системного блока обычно возможны установка и подключение (в различных сочетаниях) нескольких разнотипных и различных по габаритным размерам (половинной или полной высоты) накопителей на гибких или жестких магнитных дисках. Для

закрепления накопителей используются специальные кронш­тейны, присоединяемые к основанию и образующие в системном блоке гнезда (отсеки) соответствующих размеров. В правом заднем углу системного блока, как правило, отводится свободная зона для расположения блока питания. Блоки питания снабжаются замкнутым металлическим кожухом, электрически заземленным на осно­вание корпуса системного блока и являющимся экраном для умень­шения электромагнитного излучения силовых устройств.

При высокой плотности размещения элементов в ограниченных габаритах системного блока выделяется значительное количество теплоты, которая может быть отведена лишь с помощью принуди­тельных мер охлаждения конструкций. Обычно используется при­нудительная вентиляция, причем вентилятор встраивается в блок питания. Вентилятор работает на выброс горячего воздуха из блока питания и блока электронных модулей и обеспечивает поддержание необходимой рабочей температуры в системном блоке.

В последние годы при конструктивной реализации системных блоков ПЭВМ часто используется принцип установки корпуса на ребро (типа «башня»), широко применяемый ранее в конструкциях мини-ЭВМ (рис.1.8). Системная плата в этом случае размещается вертикально. Такой корпус позволяет размещать большее число дисководов (до 8 и более) и экономить место при размещении ПЭВМ на рабочем столе.

Электрические соединения системного блока и периферийных устройств ПЭВМ осуществляются гибкими ленточными или специ­альными экранированными кабелями, которые заземляются на ме­таллическом основании системного блока. Кабели от периферий-

25

ных устройств сходятся в системный блок, где подключаются непосред­ственно к электронным модулям (адаптерам) через разъемные со­единители.

Рис.1.8. Общий вид и компоновка лицевой панели ПЭВМ в корпусе типа «башня»: 1 - индикатор включения питания; 2 - тумблер включения питания; 3 - индикатор обращения к НГМД; 4 - НГМД; 5 - лице­вая панель: 6 - места установки НЖМД; 7 - кожух

26