Требования, предъявляемые к конструкции ЭВМ и систем

Группы ЭВМ и основные требования, предъявляемые к их конструкции

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПОСТРОЕНИЯ ЭВМ

ТЕМА №1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭВМ

Занятие № 5. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ

К КОНСТРУКЦИИ ЭВМ

Литература:

1. Савельев А.Я., Овчинников В.А. Конструирование ЭВМ и систем. Учеб. для ВУЗов, М., Высшая школа, 1989. с. 7-16.

2. Преснухин Л. Н., Шахнов В.А. Конструирование ЭВМ и систем. Учеб. для ВУЗов, М., Высшая школа, 1986. с. 34-40.

3. Баканов Г. Ф., Соколов С. С., Суходольский В. Ю. Основы конструирования и технологии радиоэлектронных средств. Учеб. пособие для ВУЗов, М., Академия, 2007. с. 81-91.

Учебные вопросы

1. Группы ЭВМ и основные требования, предъявляемые

к их конструкции 30 мин.

2. Показатели конструкции ЭВМ 50 мин.

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 6 — 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.

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. Понятие технологичности включает в себя большое число положений и правил, определяемых возможностями предприятия-изготовителя ЭВМ и влияющих на эффективность ее производства и эксплуатации. Вычисли­тельная машина, технологичная для одного предприятия, может оказаться нетехнологичной для другого. Причины этого —не­равномерный уровень развития предприятий, различие в их технической оснащенности, уровне и культуре производства. Если предприятие оснащено первоклассным оборудованием, применяет передовые технологические процессы и новейшие достижения науки и техники, равномерно выполняет плано­вые задания, то практически любая вычислительная аппара­тура может быть освоена им в короткий срок и с высоким качеством. Неравномерный уровень развития предприятий при­вел к необходимости при установлении предприятия-разработ­чика ЭВМ определять одно или несколько предприятий-из­готовителей машины. Поэтому специалистам-разработчикам необходимо так проектировать конструкцию машины, чтобы она отвечала уровню развития предприятия-изготовителя и обеспечила бы минимальные сроки ее освоения в произ­водстве.

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.

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.

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. Необходимость разработки новых материалов с улучшенными свойствами или новых техноло­гических процессов определяется технико-экономическим эффек­том их использования в данной ЭВМ. Машина считается также более технологичной, если в ней предусматривается минимальная номенклатура комплектующих изделий, материа­лов, полуфабрикатов.

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.). С эксплуатационными требованиями тесно связаны требования обеспечения нормальной работы оператора: организация его рабочего места, возможность подхода ко всем устройствам машины, безопасная работа при отладке и ремонте. Важна также такая организация пульта управления ЭВМ, которая бы отвечала современным эргономическим требованиям и требо­ваниям инженерной психологии.

Требования по надежности. Данные требования включают в себя обеспечение вероятности безотказной работы, наработки на отказ, среднего времени восстановления работоспособности, долговечности, 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—е& способность сохранять все технические характерис­тики после заданного срока хранения и транспортирования в определенных условиях.

Экономические требования. К экономическим требованиям относят: минимально возможные затраты времени, труда и материальных средств на разработку, изготовление и эксплуа­тацию ЭВМ; минимальную стоимость машины после освоения ее в производстве. Стоимость вычислительной машины, серийно выпускаемой предприятием-изготовителем, определяется затра­тами труда и материальных средств, вкладываемых в машину при ее изготовлении. Анализ составляющих стоимости ЭВМ первого и второго поколений показал следующие процентные соотношения основных калькуляционных статей (отпускная цена машины принята за 100%): сырье и основные материа­лы—3,2; комплектующие изделия и полуфабрикаты —35,5; основная заработная плата производственных рабочих —16,2; цеховые расходы —21,6; общезаводские расходы —14,2; внепро-изводственные расходы —4,7. Для машин третьего и последую­щих поколений при установившемся производстве процентное соотношение калькуляционных статей не намного отличается от приведенного. Разница может быть в увеличении доли стоимости комплектующих изделий за счет уменьшения доли основной заработной платы и цеховых расходов. Это связано, с одной стороны, со все еще относительно большой стои­мостью микросхем, а с другой —с возможностью большей автоматизации производственных процессов при изготовлении деталей и узлов на микроэлектронных элементах.

Тесная связь предъявляемых к ЭВМ и системе требований часто 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. Точная связь между такими взаимно противоречивыми требованиями достаточно сложна и устанавливается статисти­ческим анализом параметров разработанных и изготовляемых ЭВМ.

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

В табл. 1.4 приведены весовые коэффициенты требований, устанавливаемых для универсальных, управляющих и портативных, бортовых и морских вычислительных машин. Мень­шему числовому значению коэффициента соответствует боль­шая значимость соответствующего требования.

Требования	Весовые	коэффициенты требований для ЭВМ
	универсальной	управ­ляющей	порта­тивной	бортовой
Максимальное быстро­действие Высокая надежность Низкая стоимость Малое энергопотребление Небольшие габариты, масса

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), наименее важное требование — мощность потребления.

Портативные ЭВМ, рассчитываемые для массового потреб­ления, должны прежде всего иметь малую стоимость. Дости­жение высокого быстродействия для этого класса машин — не обязательное требование.

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.

Выводы

1. По совокупности значений климатических, механических и радиационных факторов стацио­нарные и транспортируемые ЭВМ разделяют на 7 групп.

2. Основными требованиями, предъявляемыми к конструкции ЭВМ являются: тактико-технические, конструктивно-технологические, эксплуатационные, надежности, экономические.

Дата добавления: 2014-01-04