Реферат: В. Г. Ивченко конструирование и технология ЭВМ

Министерство образования Российской Федерации


Таганрогский государственный Радиотехнический университет


ФАКУЛЬТЕТ ЭЛЕКТРОНИКИ И ПРИБОРОСТРОЕНИЯ


Кафедра конструирования электронных средств

___________________________________________________________


В.Г.Ивченко


КОНСТРУИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ЭВМ


Конспект лекций


Таганрог 2001


ВВЕДЕНИЕ

Важность предмета.

Связь конструирования и проектирования.
Определение конструирования:
Конструирование как инженерная деятельность есть процесс поиска, нахождения и отражения в конструкторской документации

1) формы,

2) размеров и

3) состава изделия,

4) входящих в него деталей и узлов,

4) используемых материалов,

5) комлектующих изделий,

6) взаимного расположения частей и связей между ними,

7) указаний на технологию изготовления.
^ Определение конструкции:
Конструкция РЭА (наиболее общий класс электронных устройств), как и любого сложного изделия, состоит из множества входящих в нее элементов со строго регламентированными связями, образуя систему с определенной структурой и со свойствами, не равными сумме свойств элементов.

Конструкция РЭА отличается важной особенностью формируемых внутренних связей между частями: кроме пространственных и механических должны быть корректно реализованы электрические и ограничены электромагнитные связи. Эта особенность настолько существенна, что выделяет конструирование РЭА в отдельную область инженерных знаний.

^ Конструкция современной ЭВМ - комплекс различных по природе деталей, определенным образом объединенных электрически и механически друг с другом и призванных выполнять заданные функции в заданных условиях и режимах эксплуатации.

От правильного выбора этих деталей, материалов, из которых они изготовлены, правильного их размещения, закрепления и объединения зависят важнейшие характеристики машины (быстродействие, объем, масса, потребление мощности, допустимые условия эксплуатации, надежность, стоимость и т. д.).

Широкое внедрение вычислительной техники во все сферы человеческой деятельности предопределяет необходимость разработки таких ЭВМ, которые бы имели широкие возможности применения, малую стоимость, небольшую длительность этапа разработки и внедрения ее в производство, максимальную технологичность и т. д. Конструктор-разработчик ЭВМ для обеспечения этих часто взаимоисключающих друг друга требований в качестве исходных данных имеет электрическую схему машины, вид объекта установки машины и общие сведения о серийности производства, предназначенного для выпуска разработанной машины малыми, средними или большими сериями.

От вида объекта установки ЭВМ зависит, какие из факторов, характеризующих условия эксплуатации, будут в большей степени влиять на ее работоспособность. Уровень производства имеет существенное значение при определении стоимости разрабатываемой ЭВМ, ее надежности, удобства наладки и ремонта, трудоемкости, технологичности и т. д.

^ ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ ЭВМ И СИСТЕМ
Последовательность этапов разработки ЭВМ и стадий выпуска конструкторской документации определяется Госдарственными стандартами. При разработке ЭВМ выпускают большое количество технической документации (конструкторской и технологической), состав которой также определяется Государственными стандартами

Государственные стандарты устанавливают несколько этапов разработки конструкторской документации на изделия всех отраслей промышленности (в том числе и на ЭВМ и систему):
^ Техническое задание
техническое задание (ТЗ) устанавливает основное назначение, тактико-технические характеристики, показатели качества и технико-экономические требования, предъявляемые к разрабатываемому изделию;
^ Техническое предложение
техническое предложение — совокупность конструкторских документов, содержащих техническое и технико-экономическое обоснование целесообразности разработки изделия (на основании анализа технического задания заказчика и различных вариантов возможной реализации изделия, сравнительной оценки решений с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей разрабатываемого и существующих изделий, а также патентных материалов);
^ Эскизный проект
эскизный проект— совокупность конструкторских документов, содержащих принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление об устройстве и принципе действия изделия, а также данные, определяющие назначение и основные параметры разрабатываемого изделия;
^ Технический проект
технический проект—совокупность конструкторских документов, содержащих окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве разрабатываемого изделия, и исходные данные для разработки рабочей документации;


разработка рабочей документации—совокупность конструкторских документов, предназначенных для изготовления и испытания опытного образца (опытной партии) изделия.
^ Процесс разработки нового изделия
Процесс разработки нового изделия состоит из двух этапов.

Этап 1 — научно-исследовательская разработка (НИР). На этом этапе производится предварительная аналитическая и расчетная проработка изделия. Результат НИР — научно-технический отчет,

содержащий выводы о новых принципах построения изделия, научно обоснованный подход к реализации этих принципов, анализ проведенных исследований. НИР может дать отрицательный результат, показывающий, что на современном уровне развития науки и техники реализация поставленной задачи невозможна или преждевременна.

Этап 2 — опытно-конструкторская разработка (ОКР). Работа на этом этапе основывается на результатах НИР и является процессом инженерного воплощения теоретических результатов, полученных на этапе НИР, в схему и конструкцию изделия.

На этапе ОКР на первый план выступают экономические задачи, так как именно здесь формируются основные параметры изделия, влияющие как на его стоимость, так и на длительность и стоимость его разработки. Во время выполнения ОКР производится теоретическое, расчетное и экспериментальное исследование реализованных в изделии идей. ОКР заканчивается выпуском полного комплекта технической документации на изделие, изготовлением и испытанием его опытного образца (или опытной партии).

Н
аучно - исследовательская разработка (НИР) включает в себя стадии разработки технического задания и технического предложения, а ОКР — эскизное и техническое проектирование, а также стадию разработки рабочей документации. В зависимости от степени проработанности НИР и степени новизны разрабатываемого изделия стадия эскизного проектирования в ОКР может быть опущена.

Рис. 1


НИР:

- техническое задание (ТЗ)

- техническое предложение

ОКР:

- эскизный проект

- технический проект

- разработка рабочей документации


В соответствии с приведенным порядком существуют определенные этапы разработки ЭВМ, последовательность выполнения которых представлена на рис. 1.

Этап 1 — подготовительный. На этом этапе производятся изучение задач, для решения которых предназначена данная ЭВМ, и анализ существующих конструкций машин,

обсуждаются достижения в смежных областях науки и техники и новые принципы. Такой анализ позволяет ориентировочно определить технические характеристики будущей машины.

^ Этап 2 — разработка ТЗ. Оно должно содержать основное назначение, технические и тактико-технические характеристики (быстродействие, разрядность, объем памяти и т. д.), показатели качества и технико-экономические требования, состав конструкторской документации, а также специальные, конструктивные, технологические, эксплуатационные требования и требования по надежности.

В ТЗ указываются предприятие-заказчик и предприятие-разработчик ЭВМ. Взаимоотношения между ними регламентируются договором—юридическим документом, определяющим взаимоотношения на различных этапах разработки. В договоре определяются взаимные обязательства сторон, их ответственность в случае нарушения отдельных его пунктов, сроки выполнения работ и источники финансирования. Кроме ТЗ к договору прилагают сметную калькуляцию работ, в которой общая сумма расхода разбивается по статьям: сырье и основные материалы, покупные комплектующие изделия и полуфабрикаты; зарплата работникам НИИ и рабочим опытного производства, отчисления на капитальные вложения, финансирование сторонних организаций и т. д. В договоре указываются объем и сроки выполнения каждого из этапов работ, за которые предприятие-разработчик отчитывается перед предприятием-заказчиком. Все спорные вопросы, возникающие между разработчиком и заказчиком, разрешаются Государственной арбитражной комиссией.

Составление ТЗ обычно ведется заказчиком совместно с разработчиком-исполнителем, для того чтобы требования к ЭВМ, зафиксированные в ТЗ, являлись практически выполнимыми.

Если заказчик не знает конкретного исполнителя, то он составляет проект ТЗ и рассылает его в организации, занимающиеся разработкой вычислительной аппаратуры, и просит рассмотреть возможность реализации проекта в практической разработке.

Согласование ТЗ начинается после того, как определился конкретный исполнитель или исполнители.

Процесс согласования состоит в том, что исполнитель после получения проекта ТЗ исследует возможность его реализации как с технической точки зрения, так и в указанные заказчиком сроки. При этом исполнитель обобщает опыт предшествующих разработок, а также опыт родственных организаций, оценивает возможности своего предприятия, проводит подбор и изучение отечественной и иностранной научно-технической литературы, патентов и авторских свидетельств.

Наряду с этим исполнитель предварительно прорабатывает построения блоков и узлов ЭВМ и делает вывод о принципиальной возможности выполнения ТЗ. В процессе предварительной проработки заказчику от разработчика может быть выдан ряд замечаний по отдельным пунктам технических требований или предложены свои формулировки этих пунктов. Если после принятия соответствующих уточнений и изменений договаривающиеся стороны приходят к единому мнению о практической выполнимости требований, указанных в ТЗ, согласование считается законченным.

Утверждение ТЗ происходит после его согласования. При утверждении ТЗ подписывают представители и руководители организаций заказчика и разработчика. После подписания ТЗ становится официальным документом, в соответствии с которым выполняется разработка ЭВМ или системы. В случае необходимости исполнителем проводится корректировка ТЗ, иногда требующаяся по результатам выполнения эскизного и технического проектирования (на рис. 2.2 обратные связи справа и слева). При конкретном проектировании может оказаться, что некоторые требования ТЗ надо изменить.

Заказчик в процессе разработки также может вносить изменения в ТЗ, не приводящие к существенным изменениям в уже проделанной работе. Корректировка проводится по взаимному согласованию между заказчиком и исполнителем.

Этапы 3, 4 — техническое предложение. На этих этапах разрабатывается совокупность конструкторских документов, в которых отображаются различные варианты конструктивного и схемного построения разрабатываемой ЭВМ и дается сравнительная оценка этих вариантов между собой и с аналогами.

Частично эти вопросы уже должны быть рассмотрены в процессе согласования ТЗ.

На этапе 3 разработчиком производится выбор основных комплектующих изделий, обеспечивающих выполнение требований ТЗ.

Сюда относится выбор элементной базы, носителя информации, оперативной и внешней памяти и т. д.

Большое внимание на стадии технического предложения уделяют анализу алгоритмов, определяющих логическую структуру ЭВМ, последовательность выполнения логических и арифметических операций.

Всем конструкторским документам, выпускаемым на стадии технического предложения, присваивается литера «П».


Этапы 5—7 — эскизное проектирование. На этих этапах принимаются принципиальные конструктивные и технические решения, которые отличаются от технического предложения более детальной проработкой устройств в соответствии с ТЗ.

На стадии эскизного проектирования проводятся разработка специальных схем частного применения (например, для управления запоминающим устройством, устройством ввода—вывода и т. д.), испытание разработанных схем, расчет и проверка рабочих режимов комплектующих элементов, выполняется предварительный расчет надежности как отдельных узлов и блоков ЭВМ, так и изделий в целом.

В процессе проработки эскизного проекта, как правило, производится макетирование отдельных наиболее сложных узлов и операционных блоков, а иногда и полностью целых устройств, таких, как процессор, устройство обмена, запоминающее устройство и др.

Всем конструкторским документам, выпускаемым на стадии эскизного проектирования, присваивается литера «Э».

По завершении эскизного проектирования разработчик защищает эскизный проект перед заказчиком или заказчиками.

Если ЭВМ имеет относительно несложную структуру или является модернизацией своей предыдущей модели, допускается опустить этап эскизного проектирования и сразу перейти к техническому проекту.


Этапы 8—9 — техническое проектирование. На этих этапах детально отрабатываются схемные и конструкторские решения, выпускаются чертежи на все элементы, узлы, блоки и устройства ЭВМ, прорабатываются вопросы защиты от механических, климатических и радиационных воздействий, доступа при ремонте и контроле, привязки к объекту установки и т. д., уточняются вопросы технологии и стоимости, особенности предприятия-изготовителя ЭВМ.

В процессе выполнения технического проекта необходимо макетирование как отдельных узлов и устройств разрабатываемой ЭВМ, так и всей машины в целом.

^ Итог технического проекта — макет ЭВМ, предъявляемый на испытания,

Основная конструкторская документация, которой присваивается литера «Т».


^ К конструкторской документации относят: сборочные чертежи всех устройств с пояснительной запиской, полный комплект электрических схем, инструкции по эксплуатации, технический отчет.


В отчете приводятся все основные механические и электрические расчеты, результаты исследований и испытаний. По результатам технического проектирования может быть проведена корректировка ТЗ по согласованию с заказчиком.


Этапы 10—12 — изготовление, настройка и эксплуатация опытного образца.


После того как заказчик вынес положительное решение по результатам технического проекта, разработчик приступает к разработке рабочей документации, производя окончательную корректировку электрических схем и чертежей, выпуская конструкторскую документацию, по которой производится выпуск опытного образца ЭВМ.

Конструкторской документации присваивается литера «О».

В процессе изготовления ЭВМ проводятся приемосдаточные испытания отдельных узлов и блоков, а после изготовления— приемосдаточные испытания опытного образца (одного или нескольких) по электрическим, механическим, климатическим и другим требованиям.

Испытания проводятся представителями отдела технического контроля (ОТК) и представителями заказчика в соответствии с техническими условиями, которые составляются разработчиком на узлы, блоки и изделие в целом на основе требований ТЗ. Технические условия обязательно входят в состав конструкторской документации, передаваемой на завод-изготовитель. По результатам опытной эксплуатации и государственных испытаний проводится окончательная корректировка документации.

Этапы 13—14 — выпуск установочной серии.

Откорректированная техническая документация, выпущенная под литерой «O1», передается предприятием-разработчиком предприятию-изготовителю для выпуска установочной серии ЭВМ и запуска в серийное (массовое) производство.

Взаимоотношения между разработчиком и заводом-изготовителем регламентируются договором, который заключается на период освоения ЭВМ в серийном производстве. Разработчик при этом обязуется передать заводу-изготовителю несколько комплектов копий конструкторской и технологической документации, обучить представителей завода процессам наладки и регулировки, новым технологическим процессам и т. д.

После выпуска и испытания установочной партии ЭВМ (или головного образца для больших машин) разработчик передает все оригиналы технической документации заводу-изготовителю, который при необходимости перевыпускает ее, присваивая литеру «А».

По окончательно отработанной документации производится массовый (серийный) выпуск ЭВМ.

Этапы 15 и 16. В процессе эксплуатации и ремонта ЭВМ, изготовленных в серийном (массовом) производстве, часто возникает необходимость в корректировке функциональных, принципиальных, монтажных и других схем, конструкторской и технологической документации или же ТЗ.

Эти изменения вносятся в установленном порядке,

и по откорректированной документации производится изготовление опытного образца, его испытание в полном объеме; в случае положительных результатов корректируется документация на заводе-изготовителе.

Указанные этапы необходимы для такого сложного изделия, как ЭВМ, так как нельзя допустить ее запуск в серийное производство по первичной рабочей документации, которая всегда содержит какие-то ошибки. Последние могут носить принципиальный характер из-за того, что разработчик, например, неверно составил временную диаграмму выполнения какой-либо операции, не учел какого-то фактора в алгоритме той или иной команды или допустил ошибку в принципиальной электрической схеме или элементах конструкции.

Хотя такого рода ошибки при правильной организации разработки и достаточно высокой квалификации разработчиков случаются достаточно редко, они существенно влияют на затраты и время изготовления опытных образцов ЭВМ.

Основное количество ошибок (около 80—90%) возникает от недостаточной внимательности и усталости разработчика и копировщика. Вследствие этого обнаруживаются, например, неверно указанные связи между контактами, приведение не того типа микросхемы, ошибки при копировании документации вследствие нечеткого написания букв и обозначений в оригинале документа и т. п. Существенное уменьшение такого рода ошибок достигается использованием автоматизированных с помощью ЭВМ методов разработки и обработки технической документации, и применением САПР (PCAD, AutoCad, OrCad, Mentor Graphics, Cadence, Compass и др.)
^ УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ТРЕБОВАНИЯ К ЭВА
План лекции:

1. Факторы, влияющие на работоспособность ЭВА

2. Влияние условий эксплуатации на работоспособность ЭВА

3. Требования, предъявляемые к конструкции ЭВА

4. Показатели качества конструкции ЭВА

^ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ЭВА
Условия эксплуатации электронно-вычислительной аппаратуры имеют различную физико-химическую природу и изменяются в весьма широких пределах.

Факторы, воздействующие на работоспособность ЭВМ, разделяют на климатические, механические и радиационные.

К климатическим факторам относят: изменение температуры и влажности окружающей среды; тепловой удар; увеличение или уменьшение атмосферного давления; наличие движущихся потоков пыли, песка; присутствие активных веществ в окружающей атмосфере; наличие солнечного облучения, грибковых образований (плесень), микроорганизмов, насекомых и грызунов; взрывоопасной и воспламеняющейся атмосферы, дождя или брызг; присутствие в окружающей среде озона.

К механическим факторам относят: воздействие вибрации, ударов, линейного ускорения, акустического удара; наличие невесомости.

К радиационным факторам относят: космическую радиацию; ядерную радиацию от реакторов, атомных двигателей; облучение потоком гамма-фотонов, быстрыми нейтронами, бета-частицами, альфа-частицами, протонами, дейтронами.

Некоторые факторы могут проявлять себя независимо от остальных, а некоторые факторы — в совместном действии с другими факторами той или другой группы

(например, наличие движущихся потоков песка неизбежно приводит к возникновению вибраций в конструктивных элементах ЭВМ).

^ Влияние условий эксплуатации на работоспособность ЭВА
Характер и интенсивность воздействия рассмотренных климатических (в меньшей степени), механических и радиационных (в большей степени) факторов зависят от тактики использования и объекта установки ЭВМ.

Классифицируя любую ЭВМ по этому признаку, можно разделить их на стационарные и транспортируемые. Каждая из групп, в свою очередь, включает в себя ЭВМ различных классов и назначения.

По совокупности значений климатических, механических и радиационных факторов стацио­нарные и транспортируемые ЭВМ делятся на следующие группы:

группа 1 — стационарные ЭВМ и системы, работающие в отапливаемых наземных и подземных сооружениях;

группа 2 — стационарные ЭВМ и системы, работающие на открытом воздухе или в неотапливаемых наземных и под­земных сооружениях;

группа 3 — транспортируемые (возимые), установленные в автомобилях, мотоциклах, в сельскохозяйственной, дорожной и строительной технике и работающие на ходу;

группа 4 — возимые, установленные во внутренних поме­щениях речных судов и работающие на ходу;

группа 5 — транспортируемые (возимые), установленные в подвижных железнодорожных объектах и работающие на ходу;

группа б — транспортируемые и портативные, предназна­ченные для длительной переноски людьми на открытом воз­духе или в неотапливаемых наземных и подземных соору­жениях; работающие и не работающие на ходу;

группа 7 — портативные, предназначенные для длительной переноски людьми на открытом воздухе или в отапливаемых наземных и подземных сооружениях, работающие на ходу.

Каждой из групп аппаратуры соответствует совокупность кли­матических и механических факторов, которой она должна соответствовать.

^ Требования, предъявляемые к конструкции ЭВА
Вновь разрабатываемая ЭВМ должна отвечать тактико-тех­ническим, конструктивно-технологическим, эксплуатационным, надежностным и экономическим требованиям.

Все эти требо­вания взаимосвязаны, и оптимальное их удовлетворение пред­ставляет собой сложную инженерную задачу.
^ Тактико-технические требования.
Эти требования обычно содержатся в техническом задании на машину и включают в себя такие характеристики, как быстродействие, объем опе­ративной, постоянной и внешней памяти, адресность команд, разрядность машинного числа, точность выполнения операций и т. д.

В основном данные требования удовлетворяются на ранних этапах разработки ЭВМ, когда определяются состав машины, ее структура, математическое обеспечение, основные требования к отдельным устройствам.
^ Конструктивно-технологические требования.
К этим требо­ваниям относят: обеспечение функционально-узлового принципа построения конструкции ЭВМ, технологичность, минимальную номенклатуру комплектующих изделий, минимальные габариты и массу, предусмотрение мер защиты от воздействия клима­тических и механических факторов, ремонтоспособность.

Функционально-узловой принцип конструирования исполь­зуется для машин третьего и последующего поколений. Он заключается в разбиении принципиальной схемы вычислитель­ной машины на такие функционально законченные узлы, ко­торые могут быть выполнены в виде идентичных конструк­тивно-технологических единиц.

Применение этого принципа конструирования позволяет автоматизировать процессы изго­товления и контроля конструктивных единиц и упростить их сборку, наладку и ремонт.

Технологичность конструкции ЭВМ и системы в сущест­венной степени определяется рациональным выбором ее струк­туры, которая должна быть разработана с учетом автономного, раздельного изготовления и наладки ее основных элементов, узлов, блоков. Конструкция ЭВМ тем более технологична, чем меньше доводочных и регулировочных операций приходится выполнять после ее окончательной сборки.

Понятие технологичности тесно связано с понятием эко­номичности воспроизведения в условиях производства. Наибо­лее технологичные конструкции, как правило, и наиболее экономичны не только с точки зрения затрат материальных ресурсов и рабочей силы, но и с точки зрения сокращения сроков освоения в производстве.

В технологичной конструкции максимально используются взаимозаменяемость, регулируемость, контролепригодность, инструментальная доступность элементов и узлов.

В технологичной конструкции должны максимально ис­пользоваться унифицированные, нормализованные и стандарт­ные детали и материалы. Машина считается также более технологичной, если в ней предусматривается минимальная номенклатура комплектующих изделий, материа­лов, полуфабрикатов.

Необходимость разработки новых материалов с улучшенными свойствами или новых техноло­гических процессов определяется технико-экономическим эффек­том их использования в данной ЭВМ.

Конструкция ЭВМ должна иметь минимальные габариты и массу, что особенно важно для бортовой аппаратуры, где ее объем и масса ограничиваются размерами и мощностью летательного аппарата.

В конструкции ЭВМ и системы необходимо предусматри­вать меры защиты от воздействия климатических и механи­ческих факторов, состав и значение которых определяются объектом, где будет эксплуатироваться разрабатываемая ЭВМ.

Важная характеристика конструкции ЭВМ и системы — ремонтоспособность — качество конструкции к восстановлению работоспособности и поддержанию заданной долговечности.

Для повышения ремонтоспособности в конструкции ЭВМ пре­дусматривают:

а) доступность ко всем конструктивным эле­ментам для осмотра и замены без предварительного удаления других элементов;

б) наличие контрольных точек для под­соединения измерительной аппаратуры при настройке и контроле за работой машины;

в) применение быстросъемных фиксаторов и т. д.

Конструкция ЭВМ тем ремонтоспособнее, чем мень­шую конструктивную единицу она позволяет оперативно за­менять.
^ Эксплуатационные требования.
К эксплуатационным требо­ваниям относят: простоту управления и обслуживания, пре­дусмотрение различных мер сигнализации опасных режимов работы (выход из строя, открывание дверей шкафов, обрыв заземления и т. д.), наличие в комплекте машины аппаратуры, обеспечивающей профилактический контроль и наладку кон­структивных элементов (стенды, имитаторы сигналов и т. д.). В последнее время развивается направление построения систем высокой надежности и живучести, имеющих в своем составе средства самодиагностики и автореконфигурации системы.

С эксплуатационными требованиями тесно связаны требования обеспечения нормальной работы оператора. Важна также такая организация органов управления ЭВМ, которая бы отвечала современным эргономическим требованиям и требо­ваниям инженерной психологии.
^ Требования по надежности.
Данные требования включают в себя обеспечение:

1) вероятности безотказной работы,

2) наработки на отказ,

3) среднего времени восстановления работоспособности,

4) долговечности,

5) сохраняемости.

Вероятность безотказной работы ЭВМ есть вероятность того, что в заданном интервале времени при заданных режимах и условиях работы в машине не произойдет ни одного отказа.

^ Наработкой на отказ ЭВМ называют среднюю продолжительность ее работы между от­казами.

Среднее время восстановления работоспособности ЭВМ определяет среднее время на обнаружение и устранение одного отказа. Эта характеристика надежности является также важным эксплуатационным параметром.

^ Долговечностью ЭВМ называют продолжительность ее работы до полного износа с необхо­димыми перерывами для технического обслуживания и ремонта.

Под полным износом при этом понимают состояние машины, не позволяющее ее дальнейшую эксплуатацию.

^ Сохраняемость ЭВМ — ее способность сохранять все технические характерис­тики после заданного срока хранения и транспортирования в определенных условиях.
^ Экономические требования.
К экономическим требованиям относят:

1) минимально возможные затраты времени, труда и материальных средств на разработку, изготовление и эксплуа­тацию ЭВМ;

2) минимальную стоимость машины после освоения ее в производстве.

Тесная связь предъявляемых к ЭВМ требований приводит к тому, что стремление максимально удовлет­ворить одному из них ведет к необходимости снизить зна­чение других. Так, желание увеличить надежность ЭВМ вве­дением структурной избыточности неизбежно влечет за собой увеличение габаритов, массы, мощности потребления, стои­мости. В данном случае выходом служит дальнейшее повышение степени интеграции микросхем.

Точная связь между такими взаимно противоречивыми требованиями достаточно сложна и устанавливается статисти­ческим анализом параметров разработанных и изготовляемых ЭВМ.

Соотношение между различными требо­ваниями может быть установлено исходя из типа, назначения и характера эксплуатации проектируемой ЭВМ.

Для большой универсальной ЭВМ наиболее важное тре­бование — обеспечение максимального быстродействия, посколь­ку оно в существенной степени определяет ее производи­тельность; наименее важное требование — обеспечение неболь­ших габаритов и массы.

Для управляющих (встраиваемых) ЭВМ наиболее важные требования — высокая надежность и малая стоимость (при про­изводстве большими сериями).

Настольные ЭВМ, рассчитываемые для массового потреб­ления, должны прежде всего иметь малую стоимость. Дости­жение высокого быстродействия для этого класса машин — желательное, но не обязательное требование. Обычно стремятся достичь относительного высокого быстродействия, доступного в определенной ценовой категории.

Бортовые ЭВМ, устанавливаемые на военные и гражданские объекты, должны обладать высокой степенью надежности. При этом стоимость машин в некоторых случаях не имеет существенного значения.

Применение ЭВМ в военной технике накладывает на их конструкцию дополнительные жесткие требования. Это связано с тем, что в условиях военных действий жизнь экипажа самолета, танка или корабля, а также успех целой операции могут зависеть от правильной, безот­казной работы вычислительной аппаратуры.

Использование ЭВМ в ракетах стратегического и тактического назначения требует их постоянной готовности к работе во всех климатических зонах Земли и атмосфере.

О ремонте вычислительной аппа­ратуры в самолете, танке, управляемом снаряде, ракете, ИСЗ не может быть и речи; здесь должна быть обеспечена воз­можность быстрой замены вышедших из строя блоков запас­ными.

Поэтому основным требованием к ЭВМ, установленным на военном объекте, является надежность. Не менее важные требования—способность работать практически во всех извест­ных условиях эксплуатации, ремонтоспособность, малые габа­риты, масса, мощность потребления. Следовательно, стоимость ЭВМ военного применения по сравнению с машиной с анало­гичными характеристиками, используемой на гражданских объ­ектах, выше.
Показатели качества конструкции ЭВА
Степень соответствия ЭВА предьявляемым требованиям может быть оценена на основе показателей качества конструкции ЭВА.

К таким показателям прежде всего следует отнести:
1. Сложность конструкции ЭВМ

Сэвм=k1(k2Nэ+k3Mc), (1)

где Nэ — число составляющих ЭВМ элементов; Мс—число со­единений; k1, k2 и , k3— коэффициенты масштабный и весовые.

Выражение (1) связывает число составляющих ЭВМ эле­ментов (микросхем, полупроводниковых приборов, пассивных компонентов, элементов коммутации) с числом разъемных и неразъемных соединений между ними, что определяет массу, габаритные размеры, надежность и другие общие параметры ЭВМ.
2. Число элементов, составляющих ЭВМ.
Nэ =,

где Ny, kn, пij — соответственно число устройств ЭВМ, типов элементов, элементов i-го типа, входящих в j-е устройство
3. Объем ЭВМ
V=VN+VMc+Vн+Vут , (2)

где VN —общий объем всех ИС, дм3; VМс— объем соединений, дм3; Vн — объем несущей конструкции, обеспечивающей проч­ность и защиту ЭВМ, дм3; Vут — объем уст­ройства теплоотвода, дм3.
4. Cтепень использова­ния физического объема ЭВМ
Отношение qn=Vн/V характеризует степень использова­ния физического объема ЭВМ элементами, несущими полезную функциональную нагрузку,

т. е. непосредственно определяю­щими электрическую схему ЭВМ, и называется коэффициентом интеграции или коэффициентом использования физического объема (Он всегда меньше 1 и равен 1 в случае применения одно­кристальной микро-ЭВМ).
5. Общая масса ЭВМ
Общая масса ЭВМ определяется суммой масс всех вхо­дящих в ЭВМ устройств:

m = тN + nМс + mн + mут

(обозначения в индексах аналогичны обозначениям в (2)).
6. Общая мощность потребления ЭВМ
,

где рi — мощность потребления i-гo устройства.

Для цифровых устройств потребляемая ими мощность за­висит от средней мощности потребления ИС. Известно, что 80—90% мощности потребления рассеивается в виде теплоты и определяет тепловой режим ЭВМ и соответствующие пе­регревы элементов конструкции.
7. Общая площадь, занимаемая ЭВМ,
,

где Q,— площадь, требуемая для эксплуатации i-го устройства ЭВМ, м2; Ny —число устройств, составляющих ЭВМ.
8. Собственная частота колебаний конструкции
fo=[1/(2)](kж/m)1/2 ,

где kж — коэффициент жесткости конструкции; m — масса кон­струкции, кг.

Эффективность защиты конструкции ЭВМ от вибраций и ударов оценивается:

для амортизированной аппаратуры — коэффициентами вибро- и удароизоляции;

для неамортизированной аппаратуры—коэффициентами дина­мичности на низких и высоких частотах внешних воздействий;

Для амортизированной аппаратуры следует как можно боль­ше уменьшать собственную частоту, а для неамортизируемой, наоборот, увеличивать, приближая ее к верхней границе возму­щающих воздействий или превышая ее.
9. Степень герметичности конструкции
Степень герметичности конструкции, определяемая исте­чением газа из определенного объема блока за известный отрезок времени,

D=VP/

где V— объем блока, дм3; P — избыточное давление газа в блоке, Па; —срок службы блока, с.
10. Вероятность безотказной работы ЭВМ
Вероятность безотказной работы ЭВМ — параметр, опреде­ляющий надежность ЭВМ.

Перечисленные показатели конструкции ЭВМ определяются в основном элементной базой, на которой строится машина.

СТАНДАРТИЗАЦИЯ РАЗРАБОТКИ ЭВА И ВЫПУСКА КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ. пОНЯТИЕ О ЕДИНОЙ СИСТЕМЕ КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ (ЕСКД)
План лекции:

1. Стандартизация конструкций ЭВА

2. Единая система конструкторской документации (ЕСКД)

3. Общие термины в ЕСКД

Стандартизация конструкций ЭВА
Решение перечисленных выше задач удовлетворения различным требованиям к конструкции ЭВА в значительной степени упрощается применением стандартизации конструкций, этапов разработки и документации ЭВА.

Последовательность этапов разработки ЭВМ и стадий выпуска конструкторской документации определяется Госу­дарственными стандартами.

При разработке ЭВМ выпускают большое коли­чество технической документации (конструкторской и технологической), со­став которой также определяется Государственными стандартами.

Как известно, из нескольких вариантов конструкции, решающей одинаковые функции, оптимальным является только один, который и должен быть принят к разработке. Он используется в след