Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРИБОРОСТРЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ»

Кафедра ИТ-4 «Персональные компьютеры и сети»

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой ИТ4

__________Михайлов Б.М.

«___» ____________ 2007 г.

ЛЕКЦИИ

по дисциплине1430Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ

для студентов 5 курса факультета ИТ

специальности 230101

«Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»

Обсуждены на заседании кафедры

«___» _______________ 2007 г.

Протокол № _____

Москва, 2007

1 Общие положения

1.1 Цели дисциплины

Целью дисциплины является изложение общих принципов организации проектирования электронных вычислительных машин, рассмотрение задач конструкторской подготовки производства (стадии проектирования средств вычислительной техники, основные правила конструирования, обеспечения надежной работы ЭВМ и систем), технологической подготовки производства (технологические процессы производства основных узлов ЭВМ, сборки, регулировки и настройки, контроля и испытаний).

1.2 Рекомендуемая литература

1.2.1 Основная:

1) Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры: Учебник для вузов / К.И.Билибин, А.И.Власов, Л.В.Журавлева и др. Под общ. ред. В.А.Шахнова. – М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002. - 528с.

2) Степанова И.В. Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ. Конструкторская подготовка производства: Уч. пос. – М.: МГАПИ, 2004. – 63с .

3) Степанова И.В. Технология производства печатных плат. – М.: МГУПИ, 2008. – 56 с.

4) Степанова И.В., Степанов В.П. Формообразующие операции при производстве ЭВМ. – М.: МГУПИ, 2008. – 54 с.

1.2.2 Дополнительная литература к лекциям №№ 1-3, 8:

Савельев М.В. Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ: Уч. пос. для вузов. – М.: Высшая школа, 2001. – 319с.

1.2.3 Дополнительная литература к лекциям №№ 22-26:

1) Медведев А.М. Печатные платы. Конструкции и материалы. – М.: Техносфера, 2005. – 304с.

2) Пирогова Е.В. Проектирование и технология печатных плат: Учебник. – М.: ФОРУМ, 2005. - 560 с.

1.2.4 Дополнительная литература к лекциям №№ 35-37:

Медведев А.М. Сборка и монтаж электронных устройств. – М.: Техносфера, 2007. – 256с.

1.2.5 Дополнительная литература к лекциям №№ 38-40:

Федоров В.К., Сергеев Н.П., Кондрашин А.А. Контроль и испытания в проектировании и производстве радиоэлектронных средств. – М.: Техносфера, 2005. – 504с.

2 Лекция №1. Основные задачи конструирования ЭВМ и систем. Требования к конструкции ЭВМ

Продолжительность: 2 часа (90 мин.)

2.1 Основные вопросы

- понятие конструкции ЭВМ (систем);

- основные задачи конструирования;

- основные этапы проектирования ЭВМ и систем;

- виды изделий;

- классификация ЭВМ;

- требования, предъявляемые к конструкции ЭВМ.

2.2 Текст лекции

2.2.1 Основные этапы проектирования– до 35 мин

В современном обществе темпы развития ЭВМ в значительной мере определяют уровень научно-технического прогресса. Рост степени интеграции микросхем, быстродействия и тепловыделения элементной базы требует повышенного внимания к вопросам компоновки конструкции, задачам обеспечения технологичности, помехоустойчивости, нормальных температурных режимов работы ЭВМ. Это приводит к увеличению сложности конструкций и повышению требований к их производству.

Под конструкцией ЭВМпонимают совокупность электрически и механически соединенных элементов, в которых реализуется электрическая схема данной машины.

Конструирование– сложный процесс, заключающийся в физическом воплощении принятых схемных решений.

Основная задача конструирования– создание конструкции, обеспечивающей параметры ЭВМ, записанные в техническом задании, с учетом возможности изготовления этой конструкции в определенных производственных условиях в возможно короткие сроки и при минимальных затратах. Конструктор должен определить форму, материал, размеры конструктивного узла; состав входящих в него элементов; способы механических и электрических соединений входящих в него элементов; обеспечить помехоустойчивость, тепловой режим, защиту от внешних воздействий и т.п.; обеспечить высокую надежность.

Исходными даннымидля конструирования ЭВМ и систем являются электрическая схема устройства и техническое задание на разработку (ТЗ).

Конструирование является составной частью общего процесса проектирования ЭВМ.

Под проектированиемобычно понимается разработка основных показателей изделия и путей их реализации. В результате проектирования реализуется конструкция изделия. Проектирование ЭВМ и систем – сложный комплекс теоретических, схемотехнических, технологических и производственных работ, приводящих в конечном итоге к выпуску машины, отвечающей заданным требованиям.

При проектировании ЭВМ обычно выделяют следующие этапы:

1. Системное проектирование, включающее в себя структурное проектирование (разработку структурной схемы ЭВМ, выбор системы команд, системы счисления и т.п.) и функциональное проектирование (разработка функциональных схем устройств и ЭВМ в целом).

2. Схемотехническое (логическое) проектирование – разработка подробных принципиальных электрических схем устройств, ориентированных на определенные системы элементов.

3. Техническое проектирование (или техническая подготовка производства), включающее в себя конструкторское и технологическое проектирование (конструкторская и технологическая подготовка производства).

4. Организационно-производственное проектирование (подготовка производства).

Так как на третьем и четвертом этапах проектирования должны быть решены все вопросы, связанные с последующим производством изделия, то вместо термина «проектирование» для этих этапов часто применяют термин «подготовка производства».

На практике последовательность этапов проектирования может нарушаться, т.к. использование унифицированных элементов позволяет совмещать этапы разработки функциональных и принципиальных схем с разработкой конструкции.

Технологическое проектирование заключается в разработке технологических процессов изготовления деталей и узлов и сборки ЭВМ, а также необходимой для производства оснастки и специального технологического оборудования.

Конструирование и технологическая подготовка производства тесно взаимосвязаны и не могут выполняться по отдельности и без учета других этапов проектирования.

В рамках курса «Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ» рассматривается этап технического проектирования (технической подготовки производства) изделий.

Изделиемназывается любой предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на предприятии.

Различают следующие виды изделий:

• деталь – изделие, изготовленное из однородного по марке и наименованию материала без применения сборочных операций;

• сборочная единица – изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе сборочными операциями;

• комплекс – два и более изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначенные для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций;

• комплект – два и более изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями и представляющих собой набор изделий, имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера.

2.2.2 Классификация ЭВМ – до 25 мин

Многообразие сфер применения и видов ЭВМ порождает и большое количество признаков, по которым осуществляется классификация ЭВМ. К таким признакам относят: принцип действия, назначение, технические характеристики, объект установки, условия эксплуатации и обслуживания, применяемую элементную и конструктивную базу, экономические факторы и др.

По принципу действияразличаютцифровые, аналоговые, аналогово-цифровые ЭВМ. Основным отличительным признаком данных ЭВМ является вид элементной базы.

По назначениювыделяют:ЭВМобщего назначения, специализированные, персональные, управляющие и контрольные ЭВМ.

ЭВМ общего назначения (универсальные), ориентированные на выполнение широкого круга задач, выполняемых по любому алгоритму, должны иметь высокую производительность вычислений при низкой стоимости, обеспечение минимальных габаритных размеров, массы и энергопотребления не является критичным требованием при их проектировании.

Специализированные ЭВМ предназначены для решения узкого круга специальных задач наиболее оптимальнымобразом. Как правило, такие ЭВМ содержат определенные ограничения на обработку информации, а значит, в большинстве случаев проще и дешевле универсальных.

Персональные ЭВМ предназначены для эксплуатации их пользователем самостоятельно, без помощи профессионального программиста. Такие ЭВМ обладают развитым человеко-машинным интерфейсом, обеспечивающим простое управление, малыми размерами и массой, малым энергопотреблением, низкой стоимостью, эргономичностью конструкции.

Управляющие ЭВМ используются для управления различными объектами и технологическими процессами. Характернаяособенность этих ЭВМ состоит в получении информации о состоянии управляемого объекта от датчиков, установленных непосредственно на объекте. Важное значение для этих ЭВМ имеет высокая надежность функционирования.

Контрольные ЭВМ применяются при построении контрольно-измерительной аппаратуры.

По совокупности технических характеристик(производительности, объему памяти, принципуреализациии т.п.) различают сверхвысокопроизводительные (суперЭВМ), высокопроизводительные (большие), средние, малые (мини-ЭВМ) и микроЭВМ.

По объекту установкиЭВМ делятся на стационарные и подвижные (делящиеся, в своюочередь, на транспортируемые, переносные, носимые)).

Стационарные ЭВМ предназначены для эксплуатации в стационарных помещениях или на открытом воздухе, транспортируемые – на автомобильном, железнодорожном или ином транспорте.

Переносные ЭВМ обычно устанавливаются на поверхность стола или пол, имеют малые габаритные размеры и массу, всегда работают в комнатных условиях и не предназначены для работы во время переноски с места на масто; носимые ЭВМ могут работать и при переноске.

По трем глобальным зонамэксплуатации на объектах установки различают следующие классы ЭВМ: наземные (использование на суше), морские (использование на море), бортовые (использование в воздушном и космическом пространстве) ЭВМ.

Приведенная классификацияявляется достаточно условной, однако она оказывает влияние на выбор конструкций и технологий производства ЭВМ.

2.2.3 Требования, предъявляемые к конструкции ЭВМ – до 30 мин

Требования, предъявляемые к конструкции ЭВМ (системы), можно разделить на несколько групп.

Тактико-технические требования:

• быстродействие;

• объем памяти (оперативной, постоянной и др.);

• адресность команд;

• разрядность машинного числа;

• точность выполнения операций;

• и т.п.,

Конструктивно-технологические требования:

• технологичность;

• минимальная номенклатура комплектующих элементов;

• минимальные габариты и масса;

• защита от воздействия внешних факторов;

• ремонтопригодность;

• возможность серийного производства элементов типовых конструкций;

• предотвращение неправильной установки типовых конструкций;

• и т.п.

Эксплуатационные требования:

• простота управления и обслуживания;

• удобный доступ ко всем частям машины;

• сигнализация опасных режимов работы;

• эргономичность и эстетичность;

• и т.п.

Требования по надежности:

• обеспечение высокой вероятности безотказной работы;

• наработки на отказ;

• среднее время восстановления работоспособности;

• долговечность;

• сохраняемость;

• и т.п.

Экономические требования:

• минимальные затраты времени, труда и материальных средств на разработку, изготовление, наладку и эксплуатацию ЭВМ;

• минимальная стоимость ЭВМ;

• и т.п.

Условия эксплуатации:

• температура окружающей среды;

• атмосферное давление;

• относительная влажность;

• и др.

Тесная связь предъявляемых к ЭВМ требований часто приводит к тому, что стремление максимально выполнить одно из них ведет к необходимости снизить значения других.

Соотношения между различными требованиями устанавливается исходя из типа, назначения и условий эксплуатации ЭВМ. Например, для большой универсальной ЭВМ наиболее важное требование – обеспечение максимального быстродействия, наименее важное – обеспечение небольших габаритов и массы; для управляющих ЭВМ наиболее важные требования – высокая надежность и малая стоимость, наименее важное – мощность потребления; для бортовых ЭВМ наиболее важные требования – высокая надежность, малые габаритные размеры и масса, наименее важное – стоимость.

Требования, предъявляемые к конструкции разрабатываемой ЭВМ (системы) указываются в техническом задании.