книги из ГПНТБ / Основы технической эксплуатации ЭЦВМ

чей» на ПУ может быть несколько (по числу модифика­ ций программ).

Контроль хода вычислительного процесса и анализ результатов счета оператор осуществляет по информа­ ции, регистрируемой на устройствах вывода. В процессе автоматического счета может быть также организован контроль по информации, выдаваемой периодически на систему индикации ПУ.

Если одними и теми же программами пользуются в течение длительного времени, то оператор по характе­ ру мигания лампочек на панели индикации ПУ может оценить правильность прохождения программ.

приходится выполнять ряд работ на ЭЦВМ с целью обес­ печения надежного функционирования. Порядок выпол­ нения такого рода работ на ЭЦВМ будет рассмотрен в последующих главах.

1-4. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКТИВНОГО ПОСТРОЕНИЯ ЭЦВМ

В процессе развития ЭЦВМ можно выделить ряд эта­ пов, -каждый из которых характеризуется применением определенных типов физических элементов. На первом этапе вычислительные машины строились на электронных лампах с навесным монтажом, на втором этапе — на по­ лупроводниковых приборах и ферритовых элементах с широким использованием печатного монтажа и, нако­ нец, на третьем этапе — на элементах в микроминиатюр­ ном исполнении. В соответствии с этим ламповые маши­ ны называют машинами первого поколения, полупровод­ никовые— второго и машины на элементах в микроми­ ниатюрном исполнении—третьего поколения.

В последние годы выпуск машин первого поколения практически прекратился, поэтому ниже будут рассмат­ риваться особенности конструктивного построения ЭЦВМ второго и третьего поколений.

Наличие в машинах большого количества однотипных схем позволяет провести их монтаж на стандартных пла­ тах, из которых затем можно собирать более крупные монтажные единицы. Такой принцип построения, именуе-

. мый блочно-модульным, положен в основу конструиро­ вания современных ЭЦВМ.

60

При блочно-модульном принципе построения любую ЭЦВМ можно представить состоящей из следующих кон­ структивных элементов: модуль (микромодуль), блок1, стойка (шкаф).

Как показано в § 1-1, под модулем в широком смысле слова понимается автономное, логически завершенное и конструктивно оформленное устройство, котороё выпол-' няет определенные функции в вычислительном процессе. В этом смысле под модулем можно понимать целые устройства машины. Однако при рассмотрении конструк­ ции ЭЦВМ под модулем (микромодулем), будем пони­ мать наименьшую типовую, легкосменяемую конструктив­ ную часть, которая объединяет ряд деталей2 и полупро­ водниковых приборов. Модуль представляет законченную часть электроной схемы, 'выполняющую определенные функции (например, триггер, полусумматор, фазоинвертор, логическая схема И и т. п.).

Ремонт машины при блочно-модульном принципе по­ строения не требует высокой квалификации обслужи­ вающего персонала, так как сводится к замене вышедше­ го из строя модуля.

В машинах второго поколения модули выполняются главным образом на платах с печатным монтажом. На плату из изоляционного материала (например, облагоро­ женного гетинакса, стеклотекстолита, стекловолокнита) наносится печатный монтаж. Выводы деталей и полупро­ водниковых приборов припаиваются в соответствующих точках платы таким образом, что совокупность навесных элементов и токоведущих проводников печатного монта­ жа образует заданную схему. Для защиты печатного монтажа от воздействия механических и климатических факторов он покрывается слоем электроизоляционного лака.

По конструктивному выполнению различают модули двух видов: плоские и объемно-плоские.

Плоские модули выполняют на прямоугольной плате с печатным монтажом. Полупроводниковые приборы и

1 Блок часто именуют ячейкой или субблоком.

2 Деталь— простейшая конструктивная часть, предназначенная для выполнения определенной функции в электрической схеме- (на­ пример, резистор, конденсатор и т. п.).

61

Выводы в виде контактов запрессовывают в плату по ширине модуля.

В объемно-плоски?; модулях в отличие от плоских по­ лупроводниковые приборы и детали располагаются в два

Рис. 1-11. Внешний вид плоских модулей.

яруса на двух отдельных платах, -соединенных между со­ бой в жесткую систему стойками-перемычками. Плот­ ность монтажа в таких модулях составляет 0,95—1,76 де­ тали в 1 см3. Внешний вид плоских модулей показан на рис. 1-11,а и б.

62

В последние годы появилась целая группа перемонти­ руемых модулей. Для обеспечения жесткости конструк­ ции полупроводниковые приборы и детали, соединенные соответствующим образом между собой, герметизируют­ ся с помощью компаунда. Такие модули значительно луч­ ше защищены от влаги и поэтому могут использоваться в нестационарной аппаратуре.

Развитие современной техники вызывает необходи­ мость расширения функций ЭЦВМ, повышения их надеж­ ности, уменьшения размеров, массы и потребления энер­ гии. Это в свою очередь требует сокращения объема, занимаемого модулем, и создания схем, способных рабо­ тать при значительно более низких уровнях сигналов.

В ЭЦВМ третьего поколения используются достиже­ ния современной микроэлектроники, которая включает микромодульное конструирование, пленочные микросхе­ мы, твердые схемы и молекулярную электронику. Микромодульиый метод позволяет получить плотность монта­ жа около 10—20 элементов а-1 см3, а методы молекуляр­ ной электроники — свыше 1 000 элементов в 1 см3 [Л. 44}. Микромодуль является перемонтируемым элементом и представляет собой наборную конструкцию из микроэле­ ментов, соединенных между собой с помощью проводни­

Пленочные микросхемы выполняют путем напыления на подложку из изоляционного материала проводящих, сверхпроводящих, магнитных, полупроводниковых и ди­ электрических пленок толщиной от нескольких сотых до десятых долей микрона. Подложка "выполняется из стек­ ла, керамики, ситалла, фотоситалла и др. Методом пле­ ночной технологии можно получать законченные элек­ тронные схемы. В настоящее время нашли применение пленочные микросхемы с навесными активными элемен­ тами (полупроводниковыми приборами в миниатюрном или бескорпусном исполнении), получившие название гибридных, и пленочные микросхемы без навесных эле­ ментов, именуемые интегральными.

Твердые схемы строятся на базе монолитных блоков из полупроводникового материала с неоднородной струк­ турой. Неоднородность, создающаяся за счет введения в кристаллическую решетку основного материала приме­ сей, позволяет получить в блоке участки с различными

63

свойствами: от диэлектриков до проводников. Таким об­ разом, путем создания .в полупроводниковой пластине участков, которые по своим свойствам эквивалентны ак­ тивным или пассивным элементам, можно получить блок, который выполняет функции, аналогичные электронной схеме.

Разработаны твердые схемы, состоящие из элементов, эквивалентных обычным радиодеталям, и схемы, в кото­

рых отдельные элементы выделить трудно. Первые име­ нуют интегральными, а вторые — функциональными твер­ дыми схемами. Для сопоставления функциональной схемы с обычной электронной необходимо составить эквива­ лентную схему, которая бы учитывала выполняемые ими функции. На рис. 1-12,а дан внешний вид функциональ­ ных твердых схем, а на рис. 1-12,6 — многократно уве­ личенная функциональная твердая схема со снятой крыш­ кой.

Кроме полупроводниковых материалов (кремния и германия) при создании твердых схем можно использо­ вать ферромагнитные, фотоэлектрические, термоэлектри­ ческие, магнитострикционные и другие материалы. Функ­ циональные твердые схемы являются первым шагом в об­ ласти молекулярной электроники (молектроники).

Более -крупной сборочной единицей, чем модуль (микромодуль), является блок (микроблок), представ­ ляющий съемную конструкцию, на которой монтируются модули.

64

Электрические связи между модулями в блоке осу­ ществляются с помощью проводов и соединительных разъемов или с помощью платы с печатным монтажом. Механическое закрепление и электрическое соединение модуля с платой осуществляется методом пайки выход­ ных контактов модуля к металлизированным участкам платы. В функциональном -отношении блок может содер­ жать часть или целый узел машины (регистр, -счетчик, дешифратор и т. п.).

Используя блочный принцип построения машины, можно собрать различные в функциональном отношении узлы и устройства ЭЦВМ всего из нескольких типов блоков.

В ЭЦВМ используется мелкоблочный, и крупноблоч­ ный принципы построения.

При мелкоблочпом принципе построения количество применяемых типов блоков невелико и проверка их не требует изготовления сложных стендов. К недостаткам мелкоблочного принципа построения можно отнести боль­ шое количество механических и электрических связей, приводящее к снижению надежности и усложнению мон­ тажа электрических проводов и кабелей между блоками. На рис. 1-13,а и б показаны примеры конструктивного выполнения мелких блоков.

Крупноблочный принцип построения позволяет быст­ рее обнаружить и устранить неисправность в машине, значительно снизить количество контактов и уменьшить паразитные емкости п индуктивности за счет укорочения связей, что особенно существенно при увеличении быст­ родействия машины. В то же время при крупноблочном принципе построения усложняется стендовое оборудова­ ние, необходимое для проверки и ремонта блоков, и, сле­ довательно, усложняется процесс поиска неисправностей в блоке. На рис. 1-14,а и б показаны примеры конструк­ тивного выполнения крупных блоков.

В отличие от электронных блоков накопительный блок оперативного ЗУ современных машин имеет свои конст­ руктивные особенности. Такой блок, именуемый часто магнитным кубом (рис. 1-15,а), собирается из отдельных кассет, объединенных единой конструкцией. Магнитный куб помещают в защитный кожух и зачастую термостатируют. Электрическое соединение магнитного куба с дру­ гими блоками ОЗУ осуществляется с помощью соедини­ тельных разъемов.

Кассета предназначена для сборки в ней ферритовой матрицы. Каждая матрица состоит из магнитных сердеч­ ников с прямоугольной петлей гистерезиса.

Электрическая схема яі конструкция матрицы опреде­ ляется принципом формирования сигналов записи и счи­ тывания в ОЗУ. В ОЗУ матричного типа число кассет в магнитном ку­ бе соответствует числу разрядов хранимых чи­ сел, а количество сер­ дечников в матрице со­ ответствует количеству чисел, па которое рас­ считай один магнитный накопитель. Таким об­ разом в ОЗУ матрично­

Рис. 1-13. Примеры конструктивного выполнения мелких блоков.

66

магнитного куба). Конструктивно такая матрица (рис. 1-15,6) представляет рамку из изоляционного ма­ териала, на которой с четырех сторон смонтированы кон­ тактные выводы, служащие для присоединения проводов. Сердечники располагаются правильными рядами в виде строк и столбцов. Через каждый сердечник проходит не менее четырех проводов. Обмотка считывания проклады-

Рис. 1-14. Примеры конструктивного выполнения крупных блоков.

вается по диагонали матрицы и прошивается в противо­ положных направлениях в двух соседних сердечниках, что позволяет, во-первых, уменьшить электрические по­ мехи от тока записи и, во-вторых, компенсировать поме­ хи от полувыбранных сердечников.

В ЗУ типа Z каждая матрица представляет собой за­ конченный накопительный элемент на N/m. /г-разрядных кодов (т — число матриц в магнитном кубе; п — разряд­ ность ЗУ). Конструктивно матрица ЗУ типа Z представ­ ляет прямоугольную рамку из изоляционного материала, разделенную на две части. Одна часть отводится для за-

поминающих сердечников, другая — для размещения вен­ тилей оконечной ступени дешифрации адреса. Через каждый сердечник проходит три провода.

Рис. 1-15. Пример конструктивного выполне­ ния магнитного куба и ферритовой матрицы.

Одним из важных требований к матрицам является максимальная надежность контактов паек и изоляции при пересечении проводов и сердечников. Поэтому мат­ рицы и магнитные кубы требуют особенно бережного обращения.

68

У большинству ЭЦВМ блоки компонуются в стоики по функциональным признакам. На рис. 1-16 дан при­ мер конструктивного выполнения стойки. Стойка пред­ ставляет собой металлический шкаф, имеющий обычно прямоугольную форму. Несущей конструкцией блока яв­

правностей маркировка проводов и кабелей, которая про­ водится в соответствии с принципиальной электрической

и электромонтажной схемами. Маркировка выполняется

спомощью бирок, закрепляемых на концах проводов, н кабелей. В качестве бирок используются полнхлорвини-

69