Условия эксплуатации ЭВМ

Основные понятия конструирования и технологии производства средств вычислительной техники (СВТ). Условия эксплуатации ЭВМ.

Для разработки ЭВМ, имеющих наивысшие технико-экономические показатели, инженер должен обладать глубокими теоретическими знаниями, владеть методологией и практическими навыками их применения, знать и уметь использовать перспективные средства проектирования.

Кто-либо из вас вряд ли будет разрабатывать ЭВМ от идеи до практической реализации в железе. Но знать общие принципы конструирования ЭВМ вы должны.

Электронные вычислительные машины претерпели существенные изменения за прошедшие годы. Современные ЭВМ более производительны и надежны, удобны в эксплуатации, расширились области их применения. Технико-экономические, функциональные и другие возможности ЭВМ (систем) в значительной степени определяются конструкцией.

Конструирование [лат. construere] - создание конструкции чего - либо.

Конструкция - строение, устройство взаимное расположение частей какого - либо предмета, машины, прибора и т. п., опреде­ляющиеся его назначением.

Конструкция ЭВМ (систем) - это комплекс различных по природе деталей, определённым образом объединенных электрически и механически друг с другом (для реализации электрической схемы машины) и призванных выполнять заданные функции в заданных условиях и ре­жимах эксплуатации.

От правильного выбора деталей ЭВМ, материалов, из которых они изготовлены, правильного их размещения, закрепления и объ­единения зависят важнейшие характеристики изделия (например - объём, масса, потребляемая мощность, надёжность, стоимость и т. д.).

Прежде чем получить готовое изделие - ЭВМ - необходимо его разработать.

Разработка ЭВМ - сложный комплекс теоретических, схемотех­нических, проектно - конструкторских, технологических и произ­водственных работ, приводящих в конечном итоге к выпуску ЭВМ, отвечающего заданным тактико - техническим требованиям.

Конструирование и технология производства являются составны­ми частями процесса разработки ЭВМ.

Технология производства - [от греч. techne - искусство, мастерство, умение и logos - слово, учение] - совокупность мето­дов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката, применяемых в процессе про­изводства, для получения готовой продукции; наука о способах воздействия на сырьё, материалы и полуфабрикаты соответствующими орудиями производства.

Условия эксплуатации электронно-вычислительной аппаратуры имеют различную физико-химическую природу и изменяются в весьма широких пределах.

Факторы, воздействующие на работоспособность ЭВМ, раз-
деляют 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 окру-
жающей 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).

Климатические факторы. Температура окружающей среды.
Повышение температуры среды, окружающей элементы, узлы и всю ЭВМ,
связано, с одной стороны, с повышением температуры атмосферы, а с другой — с выделением теплоты при работе микроэлектронных компонентов. Поэтому, как правило, внутри ЭВМ температура больше наружной и это необходимо учитывать при разработке ее конструкции. Понижение температуры связано только с изменением температуры атмосферы.

Работоспособность ЭВМ определяется допустимым температурным диапазоном работы ее элементов: внутри этого диапазона ЭВМ должна сохранять работоспособность во включенном, т. е. рабочем, состоянии. Для исключения выхода из строя ЭВМ в процессе хранения и транспортирования
(в нерабочем, невключенном, состоянии) конструкцию ее выполняют такой,
чтобы она выдерживала температуры, несколько большие их допустимого
диапазона. Эти температуры, называемые предельными температурами,
характеризуют тепло- и холодопрочность конструкции ЭВМ.

Верхние и нижние значения температуры атмосферы при эксплуатации
ЭВМ, а также температуры воздуха или другого газа при ее хранении и
транспортировании разделяют по степеням жесткости (табл. 1.1).

Тепловой удар. Такой вид воздействия на работоспособность
ЭВМ заключается в резком изменении температуры окружающей среды.
При этом время изменения температуры исчисляется минутами, а ее перепад — десятками градусов.

Атмосферное давление. На ЭВМ, устанавливаемую на некоторых
объектах, может воздействовать различное давление окружающей ее атмо-
сферы. Давление внутри корпуса постоянно, если корпус герметизирован,
и зависит от места нахождения ЭВМ относительно уровня моря и погодных
условий. Так, циклоны вызывают изменение атмосферного давления на
8 кПа. На уровне моря отмечено минимальное давление 91 кПа и макси-
мальное 107,5 кПа при номинальном значении атмосферного давления
101,3 кПа. С увеличением высоты над уровнем моря давление падает.

Влажность. Это один из наиболее агрессивных воздействующих
факторов, проявляющий себя при погружении изделий в воду, воздействии
капель дождя, брызг и водяных паров, содержащихся в атмосфере, образо-
вании росы. инея с последующим его оттаиванием.

Вода, содержащаяся в атмосфере, всегда загрязнена активными вещест-
вами: углекислыми и сернистыми солями кальция, магния, железа, хлористым натрием, газами (азот, кислород и углекислый газ). Концентрация солей в воде морей и океанов доходит до 5%, а состав воды рек зависит от состава воды источников, их питающих, и химической природы размываемыхпород.

Капли дождя и брызг при ударе о корпус аппаратуры вызывают меха-
нические вибрации.

Выпадение росы на поверхность аппаратуры происходит при определен-
ной температуре, значение которой зависит от относительной влажности атмосферы.

Содержание водяных паров выражается как процент от величины насыщения ими атмосферы. Фактическая масса водяного пара в 1 м³ есть абсолютная влажность атмосферы. Количество водяного пара в атмосфере сравнительно мало, и если общее содержание влаги остается неизменным, то относительная влажность при повышении температуры уменьшается. Количество водяных паров в атмосфере уменьшается с ростом высоты над уровнем моря. В верхних слоях атмосферы воды практически нет.

Воздействие влажности на металлы и изоляционные материалы по фи-
зической природе различно, но имеет одинаковый результат — разрушение
исходной структуры вещества; в металлах это происходит за счет коррозии, в изоляционных материалах — за счет влагопоглощения.

Пыль и песок. Пыль и песок, находящиеся в атмосфере, равномерно и медленно оседают или передвигаются вместе с движущимися потоками воздуха. Состав пыли, размер образующих ее частиц и степень концентрации пыли в атмосфере зависят от места расположения ЭВМ. Вблизи городов и тепловых электростанций содержание пыли в атмосфере увеличивается, причем существенную часть ее состава определяют продукты сгорания серы. Кроме того, в состав пыли входят неорганические (зола, сажа, уличная пыль и др.) и органические частицы текстильного и растительного происхождения. Размер частиц, образующихся во время производственных процессов, достигает 20 мкм, однако 95% всего числа пылинок составляют частицы размером до 5 мкм. Концентрация пыли с увеличением высоты над уровнем моря убывает по экспоненциальному закону. На уровне земли примерно 100 пылинок в 1 см³ воздуха, на высоте около 1,5 км — в среднем 1 пылинка в 1 см³.
Сухие частицы пыли вследствие абсорбирования ионов могут быть заря-
жены, поэтому они оседают преимущественно на деталях, находящихся
под постоянным потенциалом.

Песок состоит из округленных частиц кварца размером 0,06—0,8 мм.
Наличие песка в атмосфере особенно заметно в районах с жарким, сухим
климатом, концентрация ею увеличивается с увеличением скорости движения масс воздуха.

Грибковые образования. Эти образования относят к низшим
растениям, не имеющим фотосинтеза. Отсутствие хлорофилла является
причиной того, что для своего роста такие растения используют органические вещества, а в процессе жизнедеятельности выделяют ферменты
(метаболиты), ускоряющие процессы разложения этих веществ. Хотя в со-
став грибковых образований входит вода (до 90%), тем не менее они
гигроскопичны и во влажной атмосфере интенсивно поглощают воду.

Идеальные условия для роста грибковых образований - относительная
влажность 30—100%, температура 25-35°С;, неподвижность воздуха, отсутствие света (особенно ультрафиолетовой и инфракрасной частей спектра, тормозящих его развитие).

Солнечное облучение. Энергия солнечных лучей, падающих на
земную поверхность, составляет около 1,4 • 10³ Вт/м² и сосредоточивается
в основном в области длин волн 0,2—0,5 мкм.

Активные вещества в атмосфере. Содержание активных
веществ в атмосфере районов, находящихся вблизи морей и океанов, существенно больше, чем во внутриконтинентальных районах. Атмосфера
около городов, тепловых электростанций, крупных производств также со-
держит много активных веществ: сернистый газ, хлористые соли, пары
азотной кислоты, щелочей и др.

Действие того или другого климатического фактора на работоспособность ЭВМ определяется климатической зоной или высотой над уровнем моря, в которых эксплуатируется машина. Климатической зоной называют участок поверхности Земли, на котором в течение 30—50 лет наблюдаются постоянные, характерные метеорологические условия. Различают климатические зоны: умеренную (У), холодную (ХЛ), тропическую влажную (ТВ), тропическую сухую (ТС), умеренно холодную морскую (М) и тропическую морскую (ТМ).

Механические факторы. В и б р а ц и я. В процессе транспортирования и эксплуатации ЭВМ подвергается воздействию вибраций, которые представляют собой периодические (как правило, сложные) колебания, которые возникают в ЭВМ при контакте с источником колебаний.

Более подробно воздействие механических факторов вибрации, удара, линейного ускорения мы будем изучать позже.

Радиационные факторы.

Космическая радиация и облучение ядерными частицами.

Наиболее устойчивы к радиации металлы.

Механические и диэлектрические свойства органических материалов при облучении ухудшаются.

Сопротивление резисторов и электрическая прочность конденсаторов уменьшаются.

В полупроводниковых материалах образуются дополнительные носители зарядов (фототоки), искажающие процессы, происходящие в р-п – структурах.

Исходя из характера и интенсивности воздействия климатических, механических и радиационных факторов ЭВМ подразделяются на

- стационарные;

- транспортируемые;

-портативные.

На ЭВМ, установленную на автомобиле могут воздействовать вибрация до 200 Гц и удары, вызванные неровной дорогой.

При движении ж/д транспорта возможны внезапные толчки, как следствие изменение скорости движения (при маневрировании возможны удары с ускорением до 40 g). Биение колес о стыки рельсов вызывает вибрацию с частотой до 400 Гц при ускорении до 2 g.

Выводы

1. Конструирование - важнейшая составная часть разработки ЭВМ.

2. Конструирование и технология производства взаимосвязаны и оп­ределяют друг друга.

3. При конструировании ЭВМ необходимо учитывать условия их будущей эксплуатации.

.

Дата добавления: 2014-01-06