Единая система конструкторской документации (ескд)

В настоящее время в странах СНГ действует Единая система конструкторской документации (ЕСКД) — система Государственных стандартов, которые устанавливают правила и положения по порядку разработки, оформления и обращения технической документации, разрабатываемой и применяемой предприятиями и организациями Украины.

Применение ЕСКД при разработке ЭВА обеспечивает:

а) возможность взаимообмена техническими документами между различными предприятиями внутри страны и между государствами без их переоформления;

б) сокращение типов и упрощение форм технических документов и графических изображений, снижающих трудоемкость проектирования;

в) механизацию и автоматизацию обработки технических документов и содержащейся в них информации.

Требования стандартов ЕСКД распространяются на все виды конструкторской документации и научно-техническую литературу.

Несоблюдение стандартов ЕСКД запрещается законом.

ЕСКД — своего рода язык конструктора, и его должен знать и умело применять разработчик любого вида изделий.

ОБЩИЕ ТЕРМИНЫ В ЕСКД

Изделие — любой предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на предприятии. Различают изделия основного производства, предназначенные для поставки (реализации), и изделия вспомогательного производства, предназначенные для собственного потребления предприятием-изготовителем.

Деталь — изделие, не имеющее составных частей и изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций. К деталям относят также изделия, изготовляемые с применением местной сварки, пайки, склеиванияит. д.

Пример деталей: печатная плата, ферритовый сердечник, лепесток разъема, держатель транзистораи т. д.

Сборочная единица — изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе сборочными операциями (свинчиванием, сочленением, клепкой, сваркой, пайкой, опрессовкой, развальцовкой, склейкой, сшивкой ит. п.).

Пример сборочных единиц: ячейка, микросхема, разъемит. д.

К сборочным единицам также относят:

а) изделия, конструкция которых выполнена в виде, позволяющем разбирать их на составные части для удобства упаковки, транспортирования и т. д.;

б) совокупность изделий, имеющих общее функциональное назначение и совместно монтируемых вдругой сборочной единице;

в) совокупность изделий, имеющих общее функциональное назначение, совместно уложенных в тот или иной вид упаковки и предназначенных для использования совместно с другими упакованными изделиями.

Комплекс— изделие, составленное из двух (или более) сборочных единиц, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций.

Каждое из изделий, входящих в комплекс, может служить как для выполнения одной или нескольких основных функций, так и для выполнения вспомогательных функций.

В первом случае примером комплекса является система, состоящая из ЭВМ, входных и выходных устройств, изготовляемых на специализированных предприятиях-изготовителях и стыкующихся с остальнымиустройствами машины только на месте эксплуатации.

Во втором случае в комплекс могут входить, например, детали и сборочные единицы, предназначенные для монтажа, ремонта и эксплуатации ЭВМ по месту установки: комплект запасных частей, укладочныхсредств, испытательной аппаратуры, тары и т. д.

Комплект — два (или более) изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера.

К комплектам относят также деталь или сборочную единицу, поставляемую вместе с набором других деталей или сборочных единиц, предназначенных для выполнения вспомогательных функций при эксплуатации этой детали или сборочной единицы (например, осциллограф в комплекте с укладочной тарой, запасными частями, монтажным инструментом, сменными частями).

Неспецифицированные изделия — детали, не имеющие составных частей.

Специфицированные изделия — сборочные единицы, комплексы, комплекты, имеющиев своем составе две (илиболее) составные части.

Покупные изделия — изделия, не изготовляемые на данном предприятии, аполучаемые им в готовом виде.

КОНСТРУКТОРСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ

План лекции:

1. Виды конструкторских документов

2. Требования к выполнению конструкторских графических документов

3. Требованияк выполнениютекстовых конструкторских документов

ВИДЫ КОНСТРУКТОРСКИХ ДОКУМЕНТОВ

Государственные стандарты устанавливают виды и комплектность конструкторских документов на изделия всех отраслей промышленности.

Конструкторские документы (КД) — документы, в отдельности или в совокупности определяющие состав и устройство изделия и содержащие необходимые данные для его разработки и изготовления, контроля, приемки, эксплуатации и ремонта.

По форме представления КД разделяют на графические и текстовые.

Графические конструкторскиедокументы

Графические конструкторские документы — документы, в которых с помощью установленных стандартом символов и правил поясняются устройство, принцип действия, состав и связи между отдельными частямиизделия. К ним относят:

чертеж детали — изображение детали и данные, необходимые для ее изготовления и контроля;

сборочный чертеж — изображение изделия и данные, необходимые дляего сборки (изготовления) и контроля;

чертеж общего вида — изображение конструкции изделия, дающее представление о взаимодействии его основных частей и принципе работы;

теоретический чертеж — геометрическая форма изделия и координаты его основных частей;

габаритный чертеж — контурное (упрощенное) изображение изделия с габаритными, установочными и присоединительными размерами;

монтажный чертеж — контурное (упрощенное) изображение изделия, содержащееданные для его установки (монтажа);

схему — условные изображения или обозначения составных частей изделияи связей между ними;

спецификацию — состав сборочной единицы, комплекса или комплекта.

Текстовые конструкторские документы

Текстовые конструкторские документы — документы, содержащие описание устройства, принципа действия и эксплуатационных показателей изделия. Кним относят:

ведомость спецификаций — перечень всех спецификаций составных частей изделия суказанием ихколичестваивходимости;

ведомость ссылочных документов — перечень ссылочных документов, на которые имеются ссылки в конструкторских документах изделия;

ведомость покупных изделий — перечень покупных изделий, примененных в составе разрабатываемого изделия; ведомость согласования применения изделий — подтверждение согласования с соответствующими организациями применения определенных покупных изделий в разрабатываемом изделии;

ведомость держателей подлинников — перечень предприятий, на которых хранятся подлинники документов, разработанных для данного изделия;

ведомость технического предложения (эскизного, технического проекта) — перечень документов, вошедших в техническое предложение (эскизный, технический проект);

пояснительную записку — описание устройства и принципа действия разработанного изделия, а также обоснование принятых при его разработке технико-экономических решений;

технические условия — потребительские-(эксплуатационные) показатели изделия и методы контроля его качества;

программу и методику испытаний — технические данные, подлежащие проверке при испытании изделия, а также порядок и методы ихконтроля;

расчет — расчеты параметров и величин, например расчет размерных цепей электрических режимов и т. д.

Классификация КД по способу выполнения и характеру использования

По способу выполнения и характеру использования КД делят на:

оригиналы — документы, выполненные на любом материале и предназначенные для изготовления по нимподлинников;

подлинники — документы, оформленные подлинными подписями и выполненные на любом материале, позволяющем многократное воспроизведение сних копий;

дубликаты — документы, идентичные подлиннику и выполненные налюбомматериале, позволяющем снятиесних копии;

копии — документы, выполненные способом, обеспечивающим их идентичность с подлинником (дубликатом), и предназначенные для непосредственного использования при разработке, изготовлении, ремонтеиэксплуатации изделий.

Проектные КД – КД, выполненные на этапах технического предложения, эскизногоитехнического проектов.

Рабочие КД – КД, выполненные на этапе выпуска рабочей документации.

Обозначения (шифры) КД:

Сборочный чертеж СБ

Чертеж общего вида ВО

Теоретический чертеж ТЧ

Габаритный чертеж ГЧ

Монтажный чертеж МЧ

Схема электрическая структурная Э1

Схема электрическая функциональная Э2

Схема электрическая принципиальная ЭЗ

Схема электрическая соединений Э4

Схема электрическая подключений Э5

Схема электрическая общая Э6

Схема электрическая расположения Э7

Чертеж электромонтажный МЭ

Спецификация СП

Таблица соединений ТБ

Таблица сигналов ТБ

Схема распайки Д1

Таблицы ТБ

Расчеты РР

Особенности ЭВМ как отдельного, самостоятельного класса продукции привели к созданию некоторых специфических конструкторских документов: схем алгоритмов; диаграмм временных и микропрограммной логики; таблиц сигналов, идентификаторов сигналов, проверки параметров.

Особую группу документов составляет КД на программное обеспечение. Правила составления программной документации устанавливается единой системой программной документации (ЕСПД).

Единая система технологической документации (ЕСТД) включает в себя группу стандартов, определяющих правила составления и обращения технологических документов.

Широкое внедрение автоматизированных методов проектирования средств вычислительной техники не изменяет комплект конструкторской документации. Однако одна часть документов исполняется в обычном, традиционном виде (на бумаге, кальке), а другая — на машинных носителях (перфоленте, магнитных ленте, дисках).

ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНСТРУКТОРСКИХ ГРАФИЧЕСКИХ ДОКУМЕНТОВ

Стандарты

ЕСКД

устанавливают

основные

требования

к

выполнению

конструкторских

графических

документов: выбору

формата

чертежей

и

масштабов

изображения, правилам

простановки

размеров

и

введения

обозначений, выполнения

чертежей

различных

видов

изделий

и

построенияспецификаций.

Основными

форматами

приняты 11 – А4 (размеры

сторон 297 Х

210), 12 – А3 (297 X 420), 22 – А2 (594 X 420), 24 – А1 (594Х841) и 44

– А0 (1189Х841).

Вграфических

КД

определены:

масштабы

уменьшения (1:2, 1:2,5; 1:4; 1:5; 1:10;

1:15; 1:20; 1:25; 1:40; 1:50;

1:75; 1:100; 1:200; 1:400;

1:500; 1:800; 1:1000);

масштабы

увеличения (2:1; 2,5:1; 4:1; 5:1; 10:1; 20:1; 40:1; 50:1;

100:1).

Основные

правила

нанесения

размеров

и

предельных

отклонений

на

чертежах

следующие:

а) общее

число

размеров

на

чертеже

должно

быть

минимальным, но

достаточнымдляизготовленияиконтроляизделия;

б) размеры, необеспечиваемые

при

изготовлении

изделия

по

данному

чертежу

и

указанные

для

удобства

пользования, называют

справочными

иотмечаютзнаком «*» спомещениемзаписи «Размеры

для

справок»;

в) линейные

размеры

и

их

допустимые

отклонения

указывают

на

чертежах

вмиллиметрах

без

обозначенияединицыизмерения;

г) при

обозначении

размеров

простые

дроби

не

применяют, за

исключениемразмероввдюймах;

д) повторение

размеров

одного

и

того

же

элемента

изделия

на

разных

видахнедопускается;

е) нанесениеразмеровввидезамкнутойцепинедопускается;

ж) при

указании

радиуса

перед

размерным

числом

помещают

прописнуюбукву

R, приуказании

размерадиаметра – знаки

.;

з) предельные

отклонения

размеров

указывают

непосредственно

посленоминальныхзначений.

Стандарты

устанавливают

правила

нанесения

размеров

для

всех

встречающихся

на

практике

случаев, и

при

выполнении

чертежей

изделийследуетпользоватьсяегоправилами

иположениями.

ТРЕБОВАНИЯ

К

ВЫПОЛНЕНИЮ

ТЕКСТОВЫХ

КОНСТРУКТОРСКИХ

ДОКУМЕНТОВ

Государственные

стандарты

ЕСКД

устанавливают

основные

требования

к

выполнению

конструкторских

текстовых

документов

(ТД).

Текстовые

документы

выполняют

на

установленных

соответствующими

стандартами

формах

машинописным, рукописным

или

типографским

способом.

Вписывать

отдельные

слова, формулы, условные

знаки, вносить

схемы

ирисункинеобходимочернымцветом.

Для

размещения

утверждающих

и

согласовывающих

подписей

к

ТД

рекомендуется

составлять

одинилинесколько

титульныхлистов.

Содержание

ТД

разбивают

на

разделы

и

подразделы, а

при

большом

объеме — на

части. Разделы

должны

иметь

порядковые

номера,

обозначенные

арабскими

цифрами

в

пределах

всего

документа.

Подразделы

в

пределах

каждого

раздела

должны

иметь

составные

номера, первая

часть

которых

означает

номер

раздела, а

вторая,

отделенная

от

первой

точкой — номер

подраздела. В

пределах

подраздела

допускается

разбивать

текст

на

пункты

и

подпункты. Номер

пункта

должен

состоять

из

номера

раздела, подраздела

и

пункта,

разделенных

точками.

В

документах

большого

объема

содержание

рекомендуется

располагать

в

начале, а

список

литературы

и

документации,

использованной

при

составлении

документа, — в

конце. Если

в

документе

была

принята

специфическая

терминология, то

в

нем

необходим

перечень

принятых

терминов

с

пояснениями. Сокращения

словв

текстеи

подиллюстрациями

не

допускается.

СХЕМНАЯ

ДОКУМЕНТАЦИЯ

План

лекции:

1. Видыитипысхем

2. Правилавыполненияэлектрических

схем

ВИДЫ

И

ТИПЫ

СХЕМ

По

виду

элементов, входящих

в

состав

изделия, связей

между

ними

и

назначениясхемы

подразделяют

навидыитипы

Вид

схемы

Обозначение

Тип

схемы

Обозначение

Электрическая

Э

Структурная 1

Гидравлическая

Г

Функциональная

2

Пневматическая

П

Принципиальная

3

Кинематическая

К

Соединений

(мон

4

Оптическая

О

тажная)

Комбинированная

С

Подключений 5

Общая 6

Расположения 7

Прочие 8

Совмещенная 9

Структурные

схемы

определяют

основной

состав

изделия

и

его

функциональные

части, их

назначение

и

взаимосвязи. Структурные

схемы

разрабатывают

на

начальных

стадиях

проектирования

изделия

и

используют

как

для

построения

схем

других

типов, так

и

для

общего

ознакомлениясизделием.

Функциональные

схемы

поясняют

процессы, происходящие

в

отдельных

функциональных

узлах

и

частях

изделия

или

в

изделии

в

целом. Функциональными

схемами

пользуются

для

построения

принципиальных

схем, изучения

принципа

работы

изделия, а

также

при

его

наладке, ремонтеи

эксплуатации.

Принципиальные

схемы

определяют

полный

состав

элементов

и

связей

между

ними

и

дают

детальное

представление

о

принципе

работы

изделия. На

основе

принципиальных

схем

разрабатывают

такие

конструкторские

документы, как

схемы

соединений (монтажные),

чертежи

конструктивныхэлементов, узлов, устройств.

Схемы

соединений

показывают

соединения

составных

частей

изделия

и

определяют

провода, жгуты, кабели

и

другие

соединительные

изделия, а

также

места

их

присоединения

и

ввода. Схемы

соединения

используют

при

разработке

конструкторских

графических

и

текстовых

документов, атакже

приремонтеиэксплуатацииизделия.

Схемы

подключений

показывают

внешние

подключения

изделия

(или

изделий). Схемы

подключений

используют

при

монтаже

изделия

наместе

эксплуатации, атакжеприегоремонте.

Общие

схемы

определяют

составные

части

комплекса

и

соединения

ихмежду

собойнаместеэксплуатации.

Схемы

расположения

устанавливают

взаимное

расположение

отдельных

составных

частей

комплекса, а

при

необходимости

и

соединяющих

их

жгутов, проводов, кабелей

и

т. д. Схемами

расположенияпользуютсяприустановкеиэксплуатации

изделия.

При

проектировании

схем

следует

придерживаться

правил,

изложенных

в

соответствующих

стандартах

ЕСКД. В

них

устанавливаются

условные

графические

обозначения

элементов

схем,

требования

к

вычерчиванию

связей

между

элементами, правила

помещения

различных

технических

данных

на

условные

графические

обозначения

и

т. д. При

проектировании

ЭВМ

используют

в

основном

электрические

схемы.

ПРАВИЛА

ВЫПОЛНЕНИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

СХЕМ

Схемаэлектрическаяструктурная

На

схеме

электрической

структурной (Э1) показывают

все

функциональныечастиЭВМиосновныевзаимосвязи

междуними.

Функциональные

части

можно

изображать

условно

графически, как

указано

в

ГОСТе, или

в

виде

прямоугольников. В

последнем

случае

внутри

прямоугольника

приводят

наименование

данной

функциональной

части. Линии

взаимосвязей

рекомендуется

обозначать

стрелками, показывающими

направления

хода

процесса, движения

информации

и

т. п. При

большом

числе

функциональных

частей

рекомендуется

взамен

обозначений, наименований

и

типов

вводить

порядковые

номера, проставляя

их

слева

направо

и

сверху

вниз. В

этом

случае

расшифровку

номеров

производят

в

таблице, помещаемой

над

основнойнадписью.

Построение

структурной

схемы

поясняется

примером

схемы

электрической

структурной

ЭВМ (рис. 2.11, где

Пр— процессор; 0/7—

оперативнаяпамять; МП— местнаяпамять;

ПП— постоянная

память; У—управление; К— каналы, УВДустройство

ввода—вывода).

Рис. 2.11. Пример

построенияструктурнойсхемы

ЭВМ

Схемаэлектрическаяфункциональная

На

схеме

электрической

функциональной (Э2) показывают

функциональные

части

машины, участвующие

в

процессе,

иллюстрируемомсхемой, и

связимеждуэтимичастями.

Функциональные

части

изображают, как

правило, в

виде

условных

графических

обозначений, однако

допускается

применение

прямоугольников.

На

схеме

Э2 должныбытьуказаны:

длякаждой

функциональнойгруппы — наименование;

для

каждого

устройства, изображенного

прямоугольником, —

наименование, обозначениеили

тип;

для

каждого

устройства, изображенного

в

виде

условного

графического

обозначения, — обозначение

илитип;

для

каждого

элемента

— позиционное

обозначение, присвоенное

ему

на

принципиальной

схеме, или

тип. Наименования, обозначения

или

типы

рекомендуется

вписывать

в

прямоугольники. Допускается

на

схеме

помещать

поясняющие

надписи, диаграммы

или

таблицы,

определяющие

последовательность

прохождения

процессов

во

времени,

а

также

указывать

параметры

в

характерных

точках (форма

и

величина

импульсов, реализуемая

логическаяфункцияит. д.).

Построение

функциональной

схемы

поясняется

примером

схемы

электрической

функциональной

процессорного

блока

микро-ЭВМ,

построенного

наМПК

БИСсерииК580 (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Пример

построения

функциональной

схемы

процессорного

блока

микро-ЭВМ (МПКБИСсерииК580)

Схемаэлектрическаяпринципиальная

На

схеме

электрической

принципиальной (ЭЗ) указывают

все

элементы, необходимые

для

построения

ЭВМ (или

ее

отдельного

узла),

связи

между

элементами

и

элементы, которыми

заканчиваются

входные

ивыходныецепи.

Элементы

в

схеме

изображают

в

виде

условных

графических

обозначений. Расстояние

между

двумя

соседними

линиями

условных

графических

обозначенийдолжнобытьнеменее 0,8 мм.

Условные

графические

обозначения

на

схеме

ЭЗ

располагают

так,

чтобы

изображения

связей

между

ними

были

кратчайшими

линиями

с

минимальным

числом

пересечений. Линии

связей

должны

быть

показаны

полностью, однако

при

необходимости

их

допускается

обрывать, заканчивая

места

обрыва

стрелками

с

обозначением

места

включения. Для

упрощения

чертежа

схемы

можно

несколько

электрически

не

связанных

линий

связи

сливать

в

общую

утолщенную

линию, но

при

подходе

к

контактам

каждая

линия

должна

быть

изображена

отдельно, линии

связи

при

этом

необходимо

пронумеровать

одинаковыми

числами

наобоихконцах (рис. 2.13).

Каждый

элемент, входящий

в

схему, должен

иметь

буквен-ноцифровое

позиционное

обозначение, составленное

из

буквенного

индекса

и

порядкового

номера. Порядковые

номера

элементам

присваивают

начиная

с

единицы

сверху

вниз

в

направлении

слева

направо, в

пределах

группы

элементов, которым

на

схеме

дан

одинаковый

буквенный

индекс.

Рис. 2.13. Объединение

электрически

не

связанных

линий

связи

в

схеме

Если

элемент

состоит

из

нескольких

частей, то

допускается

к

его

позиционному

обозначению

добавлять

цифры, присваиваемые

каждой

части

элемента (например, Э1-1, Э1-2, Э1-3 означают

первую, вторую

и

третью

частиэлемента 7).

Данные

о

всех

элементах, включенных

в

схему, должны

быть

записаны

в

перечень (связь

перечня

с

условными

графическими

обозначениями

элементов

осуществляется

через

позиционные

обозначения). В

отдельных

случаях

допускается

сведения

об

элементах

располагать

на

схемеоколоусловныхграфических

обозначений.

ИЕРАРХИЧЕСКИЙ

ПРИНЦИПКОНСТРУИРОВАНИЯ

ЭВА.

ИЕРАРХИЧЕСКИЕ

УРОВНИЭВА

План

лекции:

1. ОсобенностиконструктивнойиерархииЭВМ

2. УровниконструктивнойиерархииЭВМ

3. Примеры

организациииерархиивконструкцияхЭВМ

4. Принципыиерархического

конструирования

ОСОБЕННОСТИ

КОНСТРУКТИВНОЙ

ИЕРАРХИИ

ЭВМ

Конструкция

вычислительной

машины

должна

отвечать

рассмотренным

ранее

требованиям, приведенным

в

разделе

«Требования, предъявляемые

к

конструкции

ЭВА». Оптимальное

удовлетворение

этих

требований

может

быть

осуществлено

путем

рационального

разбиения

схемы

машины

на

относительно

мелкие,

часто

повторяющиеся

участки, реализуемые

в

виде

типовых

конструктивныхединиц.

Составные

части

конструкции

ЭВМ

находятся

в

иерархической

соподчиненности. Исходный

конструктивный

элемент

этой

иерархии —

интегральная

микросхема, все

или

часть

элементов

которой

нераздельно

связаны

и

электрически

соединены

между

собой

так, что

ее

устройство

рассматривается

какединоецелое.

Структурную

схему

ЭВМ

любого

класса

и

назначения

строят

из

некоторого

конечного

числа

микросхем. Функционально

одна

группа

микросхем

может

отличаться

от

другой, но

конструктивно

они

выполнены

в

виде

определенного

по

размерам

и

конфигурации

унифицированногокорпуса.

Применение

микросхем

с

различными

корпусами

в

пределах

одного

устройства

большой

ЭВМ

нецелесообразно, так

как

здесь

требуется

обеспечить

их

совместимость

по

электрическим, эксплуатационным

и

конструктивнымпараметрам.

При

использовании

интегральных

микросхем

операции

сборки

конструкции

начинают

на

уровне

схем, выполняющих

определенные

функции.

Интегральная

микросхема

при

этом

является

исходным

унифицированным

конструктивным

элементом, унификация

которого

требует

унификации

и

других

конструктивных

единиц

ЭВМ,

для

того

чтобы

она

была

технологичной

в

производстве, надежной

в

работе, удобной

в

наладке, ремонтеиэксплуатации.

УРОВНИ

КОНСТРУКТИВНОЙ

ИЕРАРХИИ

ЭВМ

ВконструкцииЭВМможновыделить

пятьуровней.

Уровень 0. На

этом

уровне

находится

конструктивно

неделимый

элемент — интегральнаямикросхема.

Уровень I. На

уровне I неделимые

элементы

объединяются

в

схемные

сочетания, имеющие

более

сложный

функциональный

признак, образуя

ячейки, модули, типовые

элементы

замены. Эти

конструктивные

единицы

не

имеют

лицевой

панели

и

содержат

единицы, десятки, а

иногда

и

сотни

микросхем. К

первому

структурному

уровню

относят

печатные

платы

и

большие

гибридные

интегральные

схемы (БГИС)

(полученные

путем

электрического

и

механического

объединения

обычных

бескорпусных

микросхем

и

кристаллов

полупроводниковых

приборов

на

общей

плате. На

этой

плате

нанесены

пассивная

часть

схемы

иконтактныеплощадки).

Уровень II. Этот

уровень

включает

в

себя

конструктивные

единицы,

предназначенные

для

механического

и

электрического

объединения

элементов

уровня I (панель, субблок, блок). Часто

конструктивные

единицы

уровня II содержат

лицевую

панель, не

имеющую

самостоятельного

применения.

Уровень

Ш. Уровень

Ш

может

быть

реализован

в

виде

стойки

или

шкафа, внутренний

объем

которых

заполняется

конструктивными

единицамиуровня II.

Уровень IV. Уровень IV — ЭВМ

или

система, включающая

в

свой

состав

несколькостоек (шкафов), соединенныхкабелем.

Пятиуровневый

метод

компоновки

требует

решения

ряда

задач,

связанных

с

выбором

оптимального

корпуса

микросхем

и

метода

присоединения

их

выводов

к

внутренним

соединениям

уровня I, выбора

оптимальных

размеров

конструктивной

единицы

уровня I и

числа

входящих

в

нее

микросхем, определения

мер

для

теплоотвода

и

выбора

методасоединений.

РазделениеконструкцииЭВМнауровнипозволяет:

1) организовать

производство

по

независимым

циклам

для

каждого

структурного

уровня;

2) автоматизироватьпроцессы

сборкиимонтажа;

3) сократить

период

настройки, так

как

может

быть

произведена

предварительнаянастройкаотдельныхконструктивныхединицпорознь;

4) автоматизировать

решение

задач

размещения

элементов

и

трассировкимежсоединений;

5) унифицировать

стендовую

аппаратуру

для

испытания

конструктивныхединиц;

6) повыситьнадежностьконструктивныхединиц.

Число

уровней

конструктивной

иерархии

может

быть

изменено

как

в

сторону

увеличения, так

и

в

сторону

уменьшения (в

зависимости

от

классаЭВМиуровнятехнологииееизготовления).

Например, реализация

различных

устройств

машины

в

виде

БИС

позволит

исключить

использование

конструктивных

единиц

уровня I

(такая

машинабудеткомпоноватьсянепосредственно

изБИС).

Но

большая

многопроцессорная

ЭВМ

со

сложной

структурой

требует

использования

четырех, а

иногда

и

пяти

уровней

конструктивной

иерархии.

Для

всех

типов

машин

уровень

иерархии 0 включает

в

себя

интегральныемикросхемы (корпусныеилибескорпусные).

ПРИМЕРЫ

ОРГАНИЗАЦИИ

ИЕРАРХИИ

В

КОНСТРУКЦИЯХ

ЭВМ

На

рис. 3.1 представлен

один

из

наиболее

распространенных

вариантов

конструктивной

иерархии

универсальных

ЭВМ

со

сложной

структурой.

В

нем

уровень I конструктивной

иерархии

включает

в

себя

типовой

элемент

замены (ТЭЗ) — конструктивно

законченную

единицу,

которая

самостоятельна

по

технологиипроизводства

и

служит

исходной

конструктивной

единицей

всей

машины

и

взаимозаменяема

с

однотипными

ТЭЗ.

Число

типов

ТЭЗ (их

номенклатуру) следует

делать

как

можно

меньшим. Это

достигается

рациональным

разбиением

функциональной

схемы

машинынаотдельныеповторяющиеся

участки.

Рис. 3.1. Конструктивнаяиерархиябольшихуниверсальных

ЭВМ

В

качестве

ТЭЗ

в

рассматриваемом

варианте

конструктивной

иерархии

используются

ячейки

— прямоугольные

печатные

платы

с

разъемом (печатным

или

штыревым) и (возможно) ручкой,

объединяющие

донескольких

десятковмикросхем.

Ячейки

монтируют

в

панели

— металлическую

конструкцию,

имеющую

в

своем

составе

ответные

части

разъемов

для

ячеек, ответный

монтаж, разводкупитанияишинызаземления.

Несколько

панелей

монтируются

в

стойке, имеющей

дверцы,

закрывающие

внутреннийобъем.

Кроме

панелей

в

состав

стойки

могут

входить

блоки

питания,

устройства

вентиляции, блокировки

и

т. д. Несколько

стоек (шкафов),

объединенныхэлектрически

спомощьюкабелей, образуютЭВМ.

Иерархию

микросхема --ячейка --панель --стойка --ЭВМ (система)

широко

использовали

в

серии

машин «System-360» фирмы «IBM»

(США), многопроцессорной

машине «Illiac-IV», в

машинах

ЕС

ЭВМ

и

др.

Недостаток

конструкций, применяющих

в

качестве

ТЭЗ

ячейки

с

постоянными

габаритными

размерами, — наличие

неиспользованного

объема, так

как

не

все

типы

ячеек

оказываются

насыщенными

микросхемами.

Этого

недостатка

лишены

конструкции, где

в

качестве

ТЭЗ

берется

модуль — структурная

единица

уровня I, унифицированная

по

конструктивным

размерам (геометрическим

и

присоединительным) и

имеющая

два

размера (толщину(высоту) и

ширину) постоянными, а

третий

размер (длину) — изменяющийся

от

одного

типа

модуля

к

другому.

На

рис. 3.2 представлена

конструктивная

иерархия

ЭВМ,

использующая

в

качестве

ТЭЗ

модули

различной

длины. Модуль

представляет

собойпрямоугольную

печатную

плату, накоторой

содной

или

с

обеих

сторон

в

2—3 ряда

располагаются

микросхемы.

Закрепление

модуля

на

субблоке

осуществляют

с

помощью

штырей,

перпендикулярных

плоскости

платы

модуля

и

монтируемых

или

на

самом

модуле, как

показано

нарисунке, или

на

базовойплате

субблока.

Рис. 3.2. Модульный

вариантконструктивнойиерархиибольших

ЭВМ

Субблок — плоская

конструкция, служащая

для

объединения

модулей

и

имеющая

в

своем

составе

раму, базовую

плату, разъем

и

механизм

фиксации

в

стойке (шкафу). Монтаж

стойки

ЭВМ

осуществляют

непосредственно

из

субблоков

без

промежуточных

конструктивныхединиц.

Уменьшение

функционального

состава

ЭВМ

приводит

к

упрощению

ее

конструкции. На

рис. 3.3 представлена

конструктивная

иерархия

небольшой

управляющей

ЭВМ (микросхема --ячейка --блок --стойка),

отличие

которой

от

предыдущих

примеров

иерархии — использование

блоков — конструктивных

единиц, объединяющих

ячейки

и

функционально

включающих

в

себя

целиком

устройства

машины

(арифметическое, запоминающее, управления

и

др.). Примером

блочного

построения

ЭВМ

могут

служить

машины, выпускавшиеся

фирмой «Stein Associates» (США), CM ЭВМ

и

др.

Рис. 3.3. Блочныйвариантконструктивнойиерархиисредних

ималых

ЭВМ

Для

небольших

настольных

и

бортовых

ЭВМ

необходимость

в

использовании

конструктивных

единиц

уровня II (субблоков, панелей,

блоков) отпадает — ЭВМмонтируютнепосредственно

изячеек.

При

этом

размеры

ячеек

и

число

монтируемых

на

них

микросхем, как

правило, больше, чем

в

больших

и

средних

ЭВМ. Это

связано

с

тем, что

разбиение

функциональной

схемы

сравнительно

небольших

вычислительных

машин

на

повторяющиеся

мелкие

узлы

приводит

к

необходимости

изготовления

ячеек (или

модулей) небольшого

размера, а

отсюда

к

появлению

большого

числа

проводных

и

разъемных

соединений.

Рис. 3.4. Конструктивная

иерархиянастольных

ЭВМ

На

рис. 3.4 представлены

структурные

уровни

конструктивной

иерархии

настольной, а

на

рис. 3.5—бортовой

ЭВМ. В

обоих

случаях

ячейки

вместе

со

смонтированными

на

них

микросхемами

устанавливаются

не-посредственно

на

базовую

плату, образуя

блок,

который

затем

помещают

в

кожух

с

пультом

управления (настольный

вариант) илисразъемом (бортовойвариант).

Рис. 3.5. Конструктивнаяиерархиябортовых

ЭВМ

Примером

двухуровневой

конструктивной

иерархии

может

служить

конструкция

одноплатной

управляющей

микро-ЭВМ, встраиваемой

непосредственно

в

объект

управления (рис. 3.6). В

такой

конструкции

БИС

устанавливается

на

печатную

плату

с

внешними

разъемами,

элементами

крепления

ее

в

объекте

управления

и

элементами

индикации (при

необходимости) с

лицевой

стороны. Управление

и

электропитание

осуществляются

от

управляемогообъекта.

Рис. 3.6. Конструктивная

иерархия

встраиваемыхмикро-ЭВМ

ПРИНЦИПЫ

ИЕРАРХИЧЕСКОГО

КОНСТРУИРОВАНИЯ

Рассмотрим, как

приведенные

варианты

конструктивной

иерархии

ЭВМ

согласуются

с

общими

принципами

конструирования

радиоэлектронной

аппаратуры

напечатныхплатах.

В

настоящее

время

получили

широкое

распространение

такие

принципы

конструирования, как

моносхемный, схемно-узловой,

каскадно-узловой, функционально-узловой

и

модульный.

Моносхемный

принцип

конструирования.

Этот

принцип

конструирования

заключается

в

том, что

полная

принципиальная

схема

радиоэлектронного

аппарата

располагается

на

одной

печатной

плате

и

поэтому

выход

из

строя

одного

элемента

приводитксбоювсейсистемы.

Оперативная

замена

вышедшего

из

строя

элемента

затруднена

из-за

сложности

его

обнаружения. ЭВМ, построенная

по

моносхемному

принципу, должна

быть

смонтирована

из

нескольких

БИС, в

которых

предусмотрены

меры

увеличения

надежности

путем

введения

аппаратурной

и

информационной

избыточности. Нахождение

неисправностей

при

этом

должно

производиться

программными

методами.

Схемно-узловойпринцип

конструирования.

При

этом

принципе

конструирования

на

каждой

из

печатных

плат

располагают

часть

полной

принципиальной

схемы

радиоаппарата,

имеющую

четковыраженныевходныеивыходныехарактеристики.

По

такому

принципу

сконструированы

настольные

и

бортовые

ЭВМ,

где

различные

устройства

ЭВМ

выполняют

на

одной

или

нескольких

(небольшом

числе) платах, а

объединение

их

между

собой

производят

с

помощьюкоммутационнойплатыипроводныхжгутов.

Каскадно-узловойпринцип

конструирования.

Этот

принцип

конструирования

заключается

в

том, что

принципиальную

схему

радиоаппарата

делят

на

отдельные

каскады,

которыенемогутвыполнятьсамостоятельных

функций.

Вариант

конструктивной

иерархии, представленный

на

рис. 3.3,

занимает

промежуточное

положение

между

схемно-узловым

и

каскадно-узловым

принципами.

ЭВМ

с

относительно

сложной

и

большой

структурой

строится

по

каскадно-узловому

принципу, а

ЭВМ

с

более

простой

структурой—по

схемно-узловому

принципу.

Функционально-узловойпринцип

конструирования.

Этот

принцип

конструирования

нашел

широкое

распространение

при

разработкебольшихЭВМ (см. рис. 3.1 и 3.2).

Базовым

элементом

конструкции

здесь

является

ТЭЗ. Имея

необходимый

набор

ТЭЗ, можно

построить

целый

ряд

вычислительных

машин

с

различными

техническими

характеристиками.

Модульный*1 принципконструирования.

Этот

принцип

конструирования

предполагает, что

основные

функциональные

узлы

вычислительной

машины

взаимосвязаны

с

помощью

одного

канала. Чтобы

установить

связь

с

модулемприемником,

модуль-передатчик

посылает

нужный

сигнал

вместе

с

1 Под

модулем

в

данном

случае

подразумевается

функционально-структурная, а

не

конструктивная

единица

машины, так

как

он

может

выполнять

как

функции

отдельного

устройства

ЭВМ (устройства

управления,

процессор, оперативная

память

и

т. д.), так

и

целой

вычислительной

машины. Конструктивная

же

организация

каждого

модуля

может

быть

основана

на

одном

из

вышерассмотренных

вариантов

конструктивной

иерархии

адресом

по

одной (или

более) шине. Сигналы

поступают

на

входы

всех

подключенных

кканалу

модулей, ноотвечаеттолькозапрашиваемый.

Применяя

этотпринцип, можнопостроитьвычислительнуюмашину

с

практически

неограниченной

производительностью

и

сложностью,

сохраняя

при

этом

гибкость

в

ее

организации, так

как

разработчик

использует

ровно

столько

модулей, сколько

ему

требуется. Разработчик

ЭВМ

может

также

легко

модернизировать

конструкцию, меняя

или

добавляя

отдельные

модули

и

получая

при

этом

необходимые

параметры.

КОНСТРУКТИВНЫЕ

МОДУЛИ (КМ) НУЛЕВОГОУРОВНЯ.

ИНТЕГРАЛЬНЫЕ

СХЕМЫ (ИС)

План

лекции:

1. Классификация

исистема

обозначений

ИС

2. Корпусаинтегральныхмикросхем

3. Основныепараметрыинтегральныхлогических

микросхем

КЛАССИФИКАЦИЯ

ИС

На

низшем, нулевом, уровне

конструктивной

иерархии

ЭВМ

любого

типа

и

назначения

находятся

интегральные

микросхемы (ИС), выполняющие

логические, вспомогательные, специальные

функции, а

такжефункциюзапоминания.

В

настоящее

время

промышленностью

выпускается

большое

количество

интегральных

микросхем, которые

можно

классифицироватьпорядупризнаков.

По

функциональному

назначению

ИС

делят

на

логические

(цифровые), линейно-импульсные

и

линейные (аналоговые).

Логические

ИС

используют

в

цифровых

устройствах. К

логическим

ИС

принадлежат

микропроцессорные

схемы, схемы

памяти

и

другие

интегральныесхемы, выполняющиелогические

функции.

Линейно-импульсные

и

линейные

ИС

применяются

в

аналоговых

вычислительных

машинах

и

в

устройствах

преобразования

информации. К

этим

ИС

относятся

различные

преобразователи,

операционныеусилители, компараторы, ЦАП, АЦПидругиесхемы.

По

технологии

изготовления

ИС

разделяют

на

полупроводниковые

и

гибридные.

Элементы

электрической

схемы

полупроводниковых

ИС

формируют

в

объеме

и (или) на

поверхности

полупроводникового

материала (подложки). Формирование

активных

и

пассивных

элементов

схемы

производят

введением

концентраций

примесей

в

различные

части

монокристаллической

пластины.

В

зависимости

от

применяемых

активных

элементов

полупроводниковые

ИС

подразделяют

на

схемы

с

биполярными

и

униполярными

структурами.

По

методу

изоляции

компонентов

эти

схемы

делят

на

ИС

с

изоляцией

диффузионными p-n-переходами

и

ИС

с

изоляцией

диэлектриком.

В

гибридных

ИС

пассивную

часть

схемы

выполняют

в

виде

пленок,

наносимых

на

поверхность

диэлектрического

материала (подложки), а

активные

элементы, имеющие

самостоятельное

конструктивное

оформление, крепят

кповерхностиподложки.

В

гибридных

ИС

используют

как

тонкие, так

и

толстые

резистивные,

проводящие

и

диэлектрические

пленки. Пленки

толщиной

до 1 мкм

считают

тонкими, а

толщиной

свыше 1 мкм — толстыми. ИС,

использующие

тонкие

и

толстые

пленки, называют

соответственно

тонко-и

толстопленочными.

В

зависимости

от

метода

подсоединения

бескорпусных

активных

элементов

гибридные

ИС

делят

на

микросхемы

с

гибкими

ис

жесткими (шариковыми, столбиковыми, балочными

и

лепестковыми)

выводами.

Степень

интеграции

Ки

микросхемы

определяется

числом N

содержащихсявнейэлементарныхсхем:

Ки = [lgN] + 1,

где [lgN|—целая