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.