Оглавление 

Введение 2

Структура конструкций и  поколения ЭВМ 3

Требования, предъявляемые к  техническим средствам  ЭВМ 8

Заключение 14

Список  использованной литературы 15 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

     Человеческое  общество характеризуется как непрерывным  ростом своих потребностей, так и  использованием для их удовлетворения орудий производства – изделий, под  которыми обычно понимаются машины, оборудование, устройства и т.п. Рост потребностей обусловливает производство всё  новых изделий, определяющих связь  человека с человеком и с окружающей средой, в том числе и таких  изделий, как ЭВМ. В свою очередь  изделия также прямо или косвенно влияют на жизнь человека. Модель удовлетворения общественной потребности в изделиях можно представить в виде спирали, где каждый виток развития включает определённую последовательность действий общества (рис. 1).

     Формальное  описание потребности составляет основу проектирования как устройства изделия, так и описания его функционирования. Под проектированием обычно понимается разработка основных показателей того конечного изделия, для которого оно проводится, и путей их практической реализации. В результате проектирования реализуется конструкция (от лат. constructio – построение) – искусственно создаваемая человеком совокупность физических тел и веществ, имеющая законченные формы, характеризующаяся определёнными параметрами и предназначенная для выполнения необходимых функций в заданных условиях.

     Понятие «конструкция» всегда связывалось  с активной деятельностью человека. Целесообразно говорить о конструкции, например, ЭВМ, но не говорят, скажем, о  конструкции камня.

     Конструкция изделия определяется его свойствами и параметрами. Основные свойства и  параметры конструкции зависят  от взаимосвязей составных частей изделия, а также от связей изделия с  окружающей средой и человеком. Свойства и параметры конструкции постоянно  изменяются и определяют существенные воздействия на конструкцию.

Структура конструкций и  поколения ЭВМ

     Конструкцию ЭВМ можно представить в общем  случае как изделие, представляющее собой систему различных по природе  деталей с разными физическими  свойствами и формами, определёнными  образом объединённых между собой  механически и электрически, способную  выполнять определённые функции  с необходимой точностью и  надёжностью в условиях внешних  воздействий.

     Детали, входящие в конструкцию ЭВМ либо в конструкции её основных частей, можно условно разделить на две  основные группы. Различающиеся по функциональному назначению.

     Первую  группу деталей образуют электрорадиоизделия; набор последних можно считать элементной базой ЭВМ. Именно эти электрорадиоизделия в конструкции ЭВМ соединяются электрически в соответствии с принципиальной схемой и выполняют необходимые полезные функции преобразования сигналов.

     Вторая  группа деталей, входящих в конструкцию, имеет в некотором смысле второстепенное значение. Она предназначена в  основном для обеспечения работоспособности  электрорадиоизделий: механического  закрепления, защиты от внешних дестабилизирующих  воздействий, отвода теплоты и т.д. Эту группу деталей, соединённых  между собой механически и  выполняющих, как правило, вспомогательные  функции, можно считать конструктивной базой.

     Следует, однако, указать, что некоторые детали и состоящие из них изделия  зачастую выполняют одновременно как  основные, так и вспомогательные  функции. К таким изделиям можно  отнести, например, печатные платы, разъёмные  соединители и т.д. Кроме того, в составе электрорадиоизделий  обычно всегда имеются детали, выполняющие  типичные функции конструктивных элементов, например: основания и крышки корпусов интегральных микросхем (ИМС), микроплаты для закрепления бескорпусных кристаллов ИМС и др.

     Относительная условность деления изделий (сборочных  единиц, деталей) по принадлежности к  элементной либо к конструктивной базе приводит к отсутствию четкого критерия, по которому те либо иные первичные  конструкции ЭВМ могут быть отнесены к конкретной группе. В ряде случаев  в основу такого деления может  быть положен организационно – производственный принцип сборки конструкции. По этому  принципу комплектующие электрорадиоизделия, включаемые в перечень элементов  электрической принципиальной схеме, могут быть отнесены к элементной базе.

     Элементную  базу подразделяют на группы изделий:

• ИМС различной степени интеграции и микросборки;
• полупроводниковые приборы (транзисторы, диоды и др.);
• электровакуумные изделия (электронно-лучевые трубки, электрические сигнальные лампы, табло и т.д.);
• электрорадиоэлементы (ЭРЭ) (дискретные резисторы, конденсаторы), намоточные изделия (трансформаторы, дроссели, электромагнитные линии задержки и др.)и т.п.;
• изделия электропривода и автоматики (датчики, реле и др.);
• контрольно-измерительные приборы;
• коммутационные изделия (соединители, переключатели и т.д.).

     Оставшаяся  совокупность механических деталей  конструкции, обеспечивающих механическую прочность, защиту от дестабилизирующих  внешних воздействий, внешнее оформление и внутреннюю компоновку, а также  механическое управление ЭВМ, может  быть отнесена к конструктивной базе.

     Основу  конструктивной базы составляют несущие  конструкции и отдельные монтажные  детали. Несущие конструкции предназначены  для механического закрепления, защиты от внешних воздействий и  обеспечения доступа к электрорадиоизделиям при изготовлении и эксплуатации ЭВМ. К их числу можно отнести платы, панели, рамы, стойки, каркасы и т.д. К конструктивной базе относят также различные исполнительные механизмы, предназначенные для механического перемещения носителей информации, нанесения информации на носители и др. Такие механизмы обычно используются в конструкциях периферийных устройств ЭВМ.

     Широкое внедрение ЭВМ в различные  области народного хозяйства  и науки вызывает необходимость  постоянного развития и совершенствования  как их программных, так и технических  средств.

     В развитии вычислительной техники с  момента её зарождения принято условно  выделять несколько этапов, или поколений. К характерным признакам, находящимся  в тесной взаимосвязи и определяющим то либо иное поколение ЭВМ, обычно относятся: элементную базу и особенности  конструкций, архитектуру и логическую структуру; математическое обеспечение; методы общения пользователей ЭВМ; технико-экономические показатели и др. Наиболее важным является первый признак, поскольку элементная база и конструкция определяют не только технико-экономические показатели отдельных устройств, но и возможности  вычислительного процесса, построения и развития ЭВМ в целом. Прогресс в области элементной базы и конструкции  всегда вызывает ускорение в развитии ЭВМ. Особенно он сказывается на функциональных возможностях ЭВМ, производительности, памяти ЭВМ и, несомненно, на надёжности, габаритах, массе и потребляемой энергии.

     Так, применяемая в ЭВМ первого поколения элементная база (лампы, дискретные ЭРЭ, электромагнитные реле, шаговые искатели, коммутаторы, ферритовые ячейки памяти и др.) и мелкоблочные конструкции ячеек позволяли создать достаточно простые по современным понятиям ЭВМ. Например, наиболее быстродействующая ЭВМ первого поколения ЭНИАК (США,1943), выполнявшая примерно 5000 операций сложения в секунду и запоминавшая лишь 20 десятиразрядных слов, содержала около 18 тыс. электронных ламп и нуждалась во вспомогательной холодильной установке. Эта ЭВМ весила порядка 30 т и занимала при установке более 200 м².

     Замена  электронных ламп транзисторами, применение печатного монтажа в ЭВМ второго  поколения привела к тому, что  наряду с улучшением показателей  надёжности, технологичности, массогабаритных  характеристик ЭВМ значительно  повысились их операционные возможности  и производительность, возросло количество используемого периферийного оборудования.

     С развитием микроэлектроники в начале 60-х годов ЭВМ получили новую, более совершенную элементную базу, основу которой составили ИМС. Их применение в сочетании с многослойным печатным монтажом позволило создать  ЭВМ третьего поколения с характеристиками, превосходящими на несколько порядков соответствующие характеристики ЭВМ  второго поколения. В частности, резко увеличились быстродействие ЭВМ и надёжность вследствие перераспределения  электрических соединений и выполнения их определённой части в самих  ИМС, упростилась наладка ЭВМ, повысилась точность обработки информации, уменьшились  габариты и потребляемая мощность. Совершенствование ИМС позволило  создать сложные вычислительные машины и системы, количество электронного оборудования в которых в десятки  раз стало превышать количество оборудования, используемого в машинах  второго поколения.

     Дальнейшее  развитие технологии ИМС, методов автоматизированного  проектирования привело к созданию кристаллов больших (БИС), сверхбольших (СБИС) и сверхскоростных ИМС, в  которых плотность упаковки достигла 10⁶ компонентов в 1 см³ ,а уровень интеграции – около 10⁵ ... 10⁷ компонентов в кристалле. Ожидается, что в ближайшие годы степень интеграции логических БИС достигнет 10⁷ ... 10⁸ и более логических элементов в кристалле. Такие интегральные микросхемы стали выполнять функции целых блоков и устройств ЭВМ третьего поколения

     Реализация  функциональных схем ЭВМ на корпусных  и бескорпусных ИМС и БИС, как  матричных, так и микропроцессорных, привела в настоящее время  к созданию конструкции четвёртого поколения. На этом этапе применения БИС позволяет значительно повышать быстродействие ЭВМ, увеличивать плотность  компоновки и, что особенно важно, уменьшать  трудовые и материальные затраты  на их производство. Вместе с тем  возникла необходимость в устранении диспропорций между возможностями  и размерами БИС, с одной стороны, и остальной элементной и конструктивной базой ЭВМ, с другой. Поэтому основополагающим в развитии конструкций ЭВМ стал принцип комплексной микроминиатюризации, позволяющей преодолеть это противоречие. Важность создания и использования  в ЭВМ современных и перспективных  элементной базы, конструкций и технологии ещё более усилилась.

     В 1979 году в Японии был создан Комитет  научных исследований в области  ЭВМ пятого поколения. Программы  разработки ЭВМ пятого поколения  были приняты и в других странах, в том числе и в нашей. Возможности  разработки таких ЭВМ тесно связаны  с созданием СБИС на принципиально  новых компонентах (например, переходы Джозефсона, транзисторы с высокой  мобильностью носителей и др.), с  использованием перспективных полупроводниковых  материалов (арсенида галлия и т.д.) 
 
 
 
 
 
 
 
 

Требования, предъявляемые к  техническим средствам  ЭВМ

     ЭВМ создаются на базе конструкций с  учётом предъявляемых к ним технических  требований. Многообразие применений и классов ЭВМ обуславливает  большое количество и различие технических  требований: к габаритным размерам, потребляемой мощности, стоимости, защите от внешних воздействий и т.д. Каждое из требований определённым образом  должно учитываться при разработке конструкций. От выполнения всего комплекса  технических требований зависит  качество конструкций.

     Технические требования принято делить на частные, относящиеся только к конкретной ЭВМ и её составным частям, и общие.

     Общие технические требования к ЭВМ  и их техническим средствам определяются ГОСТ 16325 – 76, ГОСТ 21552 – 84, ГОСТ 20397 – 82 и др. Общие технические требования подразделяются на несколько взаимосвязанных  групп: 1) к функциональным характеристикам; 2) по устойчивости к внешним воздействующим факторам ; 3) к радиопомехам; 4) к электропитанию, электрической прочности, сопротивлению  изоляции и безопасности; 5) по обеспечению  удобства эксплуатации; 6) по использованию  комплектующих элементов; 7) к конструкции; 8) к маркировке, упаковке, транспортированию  и хранению; 9) к патентной чистоте.

     В зависимости от особенностей разрабатываемых  изделий содержание и номенклатура групп требований могут уточняться. Наибольшее влияние на конструкцию  ЭВМ оказывают следующие группы требований.

• Требования к функциональным характеристикам. В эту группу входят требования по показателям назначения и параметрам, характеризующим основные функции (например, производительность ЭВМ, время выполнения операции, разрядность, объём оперативной памяти, точность и др.). Конструкции технических средств, предназначенных для построения комплексов, сетей ЭВМ, должны также обладать технической, программной, информационной и эксплуатационной совместимостью, что определяет соответствующей элементной и конструктивной базы.
• Требования по устойчивости к внешним факторам. Влияние внешних факторов во многом определяет возможности нормального функционирования ЭВМ. Так, изменение температуры влияет на параметры ИМС и ЭРЭ: при определённых граничных значениях температуры (плюсовом и минусовом) работоспособность ЭВМ может быть нарушена. Кроме того, повышение рабочей температуры снижает их надёжность. Колебания температуры могут привести в механических узлах конструкции к изменению типа посадок, вызвать ослабление крепления, температурные напряжения. Воздействие низких температур ухудшает прочностные характеристики материалов, эластичность упругих элементов.

     Понижение атмосферного давления отрицательно влияет на условия теплоотвода в конструкциях ЭВМ, что связано со многими нарушениями  нормального функционирования ЭВМ, к которым приводит рост температуры. Повышенная влажность может вызвать  коррозию деталей и несущих конструкций, которой особо способствуют наличие  активных веществ в атмосфере, солнечная  радиация, пыль и песок. Снижается  сопротивление изоляции между гальванически  не связанными цепями вследствие чего также нарушается работоспособность  ЭВМ.

     Поскольку существует опасность выхода из строя  аппаратуры при воздействии вышеперечисленных  факторов, процесс разработки ЭВМ  направлен на выбор такой элементной базы, материалов и конструкций, которые  в совокупности обеспечили бы устойчивость технических средств ЭВМ к  внешним воздействиям заданной интенсивности.

     Обычно  по устойчивости к внешним воздействующим факторам технические средства ЭВМ  делятся на группы или категории. Так, по устойчивости к воздействию  климатических факторов в процессе эксплуатации технические средства стационарных ЭВМ общего назначения (например, изделия Единой системы  ЭВМ) подразделяют на группы.

     Технические средства вычислительной техники, предназначенные  для создания систем автоматизированного  управления, а также встраиваемые в машины, оборудование и приборы (например, изделия вычислительной техники Системы малых ЭВМ), обычно должны работать в более жёстких  условиях эксплуатации, чем стационарные конструкции. В связи с этим здесь  устанавливается большее число  групп (категории) по устойчивости к  воздействию климатических факторов .

     Нормальными климатическими условиями эксплуатации технических средств в ЭВМ  считаются: температура окружающего  воздуха (293±5)К, относительная влажность (60±15)%, атмосферное давление от 84 до 107 кПа (от 630 до 800 мм рт. ст.). Допустимый перегрев воздуха внутри изделий  не должен превышать более чем  на 20 К верхнее значение температуры  воздуха, поступающего для охлаждения.

     Изделия вычислительной техники предназначены  для эксплуатации на различных объектах, используемых в одном или нескольких макроклиматических районах. Климатические  воздействия в таких районах  различны, поэтому климатическое  исполнение изделий осуществляют в  соответствии с ГОСТ 15150 – 69.

     Различают десять основных климатических исполнений изделий :

• У – для умеренного климата со среднегодовым максимумом и минимумом рабочих температур 313 и 228 К;
• УХЛ – для умеренного и холодного климата, когда абсолютные минимумы температуры воздуха ниже 228 К;
• ТВ – для влажного тропического климата, где сочетание температуры, равной или выше 293 К, и относительной влажности, равной или выше 80%, наблюдается примерно 12 ч или более в сутки за непрерывный период от 2 до 12 месяцев в году;
• ТС – для районов сухого тропического климата, в которых средняя ежегодная абсолютная максимальная температура воздуха выше 313 К и которые не отнесены к макроклиматическому району с влажным тропическим климатом;
• Т – как для сухого, так и для влажного тропического климата;
• О – для любого климата (общеклиматическая);
• М – для умеренно холодного климата (в районах морей, океанов или непосредственно на морском берегу, если эти районы расположены севернее 30° северной широты и южнее 30° южной широты);
• ТМ – для тропического морского климата при нахождении изделия в морях и океанах между 30° северной широты и 30° южной широты;
• ОМ – общеклиматическое морское исполнение для кораблей с неограниченным районом плаванием;
• В – всеклиматическое исполнение для суши и моря (кроме Антарктиды).

     Применение  климатического исполнения для технических  средств ЭВМ даёт возможность  количественно оценить весь комплекс требований к конструкциям ЭВМ по устойчивости к внешним климатическим  воздействиям. Изделия вычислительной техники различных климатических  исполнений в зависимости от места  размещения при эксплуатации в воздушной  среде до высоты 4,3 км, а также  под землёй и водой изготавливают  по соответствующим категориям размещения. Данные категории размещения не распространяются на летательные и космические аппараты.

     Кроме требований по устойчивости к климатическим  воздействиям, к конструкции технических  средств ЭВМ предъявляются также  требования по устойчивости воздействия  механическим, радиационным и др. Численные  значения этих требований устанавливаются  стандарты либо в технических  условиях на конкретные изделия ЭВМ. Например, нормирование факторов может  быть произведено по ГОСТ 16962 – 71 с  указанием степени жёсткости. Воздействие  большинства механических и некоторых  климатических факторов (тепловые удары, пыль, песок, насекомые и др.) может привести к механическим нарушениям отдельных ЭРЭ и деталей, резьбовых соединений, а следовательно, к нарушению работоспособности аппаратуры. В связи с этим изделия ЭВМ в упакованном виде должны сохранять работоспособность и внешний вид после ударных нагрузок многократного действия с пиковым ударным ускорением не более 15 g при длительности ударного импульса 10...15 мс.

• Требования по использованию комплектующих элементов. В конструкциях ЭВМ необходимо, например, использовать элементную базу (ИМС, ЭРЭ и др.), материалы и покрытия, разрешённые к применению соответствующими перечнями. Элементная база не должна эксплуатироваться в режимах и условиях, более тяжёлых по сравнению с оговорёнными в технической документации на эти элементы
• Требования к конструкции. Эта группа требований определяет наиболее рациональные решения конструктивной базы. Основные из них заключаются в следующем.

     Технические средства ЭВМ желательно выполнять  на основе определённых систем базовых  конструкций с учётом заданного  конструктивного исполнения основных типоразмеров, применяя модульный либо блочно агрегатный принцип. Следует  максимально использовать унифицированные  конструкции.

     Конструктивная  база призвана обеспечивать: единство внешнего оформления изделий ЭВМ  с учётом требований эргономики и  технической эстетики, единство конструкции  разъёмных соединений; надёжность в  работе. Конструкция изделия ЭВМ  должна гарантировать: удобство эксплуатации, доступ ко всем сменным и регулируемым элементам, возможность ремонта.

     Количественные  значения показателей надёжности технических  средств ЭВМ устанавливаются  для нормальных климатических условий эксплуатации. Средний срок службы современных изделий ЭВМ должен быть не менее 10 лет.

     В группу требований конструкции включаются также требования: по способам крепления  монтажных деталей, несущих конструкций  и сборочных единиц, по конструкциям органов управления, к массе изделий  и др. В частности, конструкции  и расположение разъёмных резьбовых  соединений обязаны допускать возможность  удобного пользования слесарно-монтажным  инструментам. Номенклатура применяемых  резьб должна быть минимальной, а  резьбовые соединения предохранены от самоотвинчивания. Не рекомендуется  разрабатывать отдельные сменные  блоки массой свыше 30 кг.

     Необходимо, чтобы конструктивное исполнение ЭВМ  обеспечивало также организацию  серийного производства, а их элементная и конструктивная база была технологичной. Особые требования предъявляются к  показателям, характеризующим технологическую  рациональность конструктивных решений, а также к показателям преемственности  конструкции. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение

     Большое число pазнообpазных требований, предъявляемых  к конструкции ЭВМ, приводит к  необходимости исследования нескольких вариантов конструкции (без ее изготовления), их сравнительной оценки и выбора наиболее рационального варианта. Конструкция  ЭВМ состоит из типовых сборочных  единиц разных уровней. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  использованной литературы

1. Л.Н.Преснухин, В.А. Шахнов. Конструирование электронных  вычислительных машин и систем. Учеб. для втузов. - М.: Высш.шк., 1986.
2. Савельев А. Я., Овчинников В. А. Конструирование ЭВМ и систем:— М.: Высш. шк., 1984.
3. Жданович В. М. и др. Технические средства ЭВМ. Элементная и конструктивная база: Справ. пособие/ В. М. Жданович, 1991.