Требование к параметрам ЭВМ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Экзаменационные билеты по ЭВМ

1. Факторы, влияющие на работоспособность ЭВМ

I климатические:

1) изменение температуры;

2) изм. влажности;

3) тепловой удар;

4) изм. давления;

5) налич. движущихся потоков пыли, песка;

6) присутств. активных веществ в атмосфере;

7) наличие солнечного облучения;

8) грибковые образования;

9) микроорганизмы, насекомые, грызуны;

10) взрывоопасная и воспламеняющаяся атмосфера;

11) дождь, брызги;

12) присутствие в атмосфере озона.

По каждому климатическому фактору существует степень жесткости. Климатическая зона - характеризуется набором климатических факторов:

- умеренная У (невысок влажность, невысок темпер летом, очень низк. темпер зимой);

- холодная Хл (Арктика, Антарктика, высокогорье);

- тропическая влажная ТВ (тепло, много воды);

- тропич. сухая ТС (пустыня); умеренно-холодная морская М (север России, море, прохладно);

- тропическая морская ТМ.

II механические:

1) вибрационные нагрузки;

2) линейное ускорение;

3) акустический удар;

4) невесомость.

III радиационные:

1) космическая радиац.;

2) ядерная рад;

3) облучение фотонами, нейтронами.

Степени жесткости.

Воздействие м. б., обратимым (под действием внешних факторов возникают процессы, кот исчезают с исчезновением факторов), наполовину обратимые, необратимые.

2. Требования к конструкции ЭВМ

1) тактико-технические требования (задаются в ТЗ - быстродействие, длина слова, память и др.);

2) конструкторско-технологические требования (обеспечение узлового принципа проектирования, min номенклатура изделий, min габариты и масса, защита от внешних воздействий etc);

3) эксплуатационные (простота обслуживания, самодиагностика);

4) надежные (вероятность безотказной работы, интенсивность отказов, наработка на отказ, среднее время на восстановление, долговечность, сохранность);

5) экономические.

3. Показатели конструкции ЭВМ

1) сложность конструкции:

СЭВМ = k1 * (k2NЭ + K3МC)

Позволяет учесть:

- количество элементов NЭ;

- количество соединений м/у элем (МС);

- k2, k3 - весовые коэффициенты;

k1 - масштабные коэффициенты.

2) число элементов:

NЭ = i = 1 * oУj = 1mУnij

- суммируем в каждом блоке, а затем по блокам.

3) объем ЭВМ:

V = VN + VМC + VH + VУТ = объемы акт элем + межэлемент. связей + несущей конструкции + устр теплоотвода

4) коэф интеграции (использования физического объема):

q = VN / V

- десятые, сотые доли %.

5) общая масса.

6) общая мощность потребления.

7) общая площадь, занимаемая ЭВМ.

8) вероятность безотказной работы.

4. Общие принципы конструирования ЭВМ

Компоновки ЭВМ подразделяются на три группы: однокорпусные (однокристальные), одно- и много платные. Причина перехода к третьему методу проектирования - превышение значений плотности компоновки, топологии и упаковки в сравнении с их допустимыми значениями, принятыми исходя из имеющихся на производстве способов технологии изготовления ПП и сборки ячеек.

1) одноуровневый.

2) многоуровневый.

Много платные ЭВМ могут быть сконструированы по принципам:

1) схемно-узловой - вся электрич. принцип схема делится на узлы, при этом у каждого узла есть входы и выходы (бортовые машины, настольные ЭВМ).

2) каскадно-узловой - схема делится на отдельные каскады, не имеющие четко выраженных входов-выходов.

3) функционально-узловой - применяется при разработке больших машин.

4) модульный - отдельные функциональные узлы взаимосвязаны м/у собой по 1 каналу.

Выбор конкретного принципа конструирования определяется назначением и сложностью принципиальной схемы ЭВМ, экономической выгоды, возможностей технологии (max размер печ. платы ограничен и т. д.).

При разбиении на части появляются типовые узлы - max использование типовых элем.

5. Виды конструкторской документации

КД - документы, которые в отдельности или в совокупности определяют состав и устройство изделия и содержит все необходимые данные для его разработки, изготовления, контроля, приемки, эксплуатации и ремонта.

2 вида: графическая и текстовая.

Графическая - док, в которых при помощи спец графических стандартных символов дается принцип действия, состав устройств, взаимодействие отдельных элементов, связи м/у ними. Виды: чертеж детали (чертеж изделия и данные, необх. для изготовления и контроля), сборочный чертеж (чертеж сборочной единицы и дан, необх. для сборки и контроля), чертеж общего вида (изобр. конструкции изд., дающие представление о взаимодействии его отдельных частей и принципа работы), теоретический чертеж (геом. форма изделия и координаты его основных частей), габаритный чертеж (контурное упрощенное изображение изделия с габаритными, установочными и присоединительными размерами), монтажный чертеж (контурн. упрощенное изобр. изделия и данные, необх. для его монтажа), схема (условное графическое изображение элементов, связи м/у ними), спецификация (состав изделия).

Текстовая - содержит описание устройства, его принципа действия и эксплуатационные характеристики/параметры.

Виды:

- ведомость спецификаций;

- ведомость ссылочных документов;

- ведом покупных изделий;

- ведом согласования применения изделия;

- ведом держателей подлинников;

- ведом тех предложения (перечень док, которые разрабатывались на этапе тех предложения);

- ведом эскизного проекта;

- ведомость тех проекта;

- пояснит записка (описание устройства и принцип действия изделия, а также все обоснования, принятые при разработке);

- тех. условия (потребительские показатели изделия и методы контроля его качества);

- программа и методика испытаний; расчеты (все расчеты, необх. для изготовления изделия).

По способу изготовления КД дел:

- оригинал;

- подлинники;

- дубликаты;

- копии.

КД дел: проектные и рабочие.

6. Схемная документация

Схема - документ, в кот показаны в виде условно графич. изображений (УГО) или обозначений составные части изделия и связи м/у ними.

Виды схем: электрическая, кинематическая, гидравлическая, пневматическая, оптическая, комбинированная (С).

Типы:

- структурная (1) (основной состав изделия, структурные части, для общего ознакомления с изделием);

- функциональная (2) (процессы в узлах, функции узлов);

- принципиальная (3) (УГО, связи м/у элем, более детальное представление);

- соединений (монтажная) (4) (определяет марки и типы проводов, кот используются для соединения, если необход. - цвет провода);

- подключений (5) (разъемы, марки разъемов);

- общая (6) (заполняется только на комплексы);

- расположения (7) (если есть спец требования по расположению);

- прочие (8);

- совмещенная (9).

7. Методы интенсификации интеллектуального труда

1) метод аналогии (когда надо сохранить информацию или в корне изменить концепцию; надо изменить 2-3 параметра или использовать аналогии из другой области).

2) инверсии (против откручивания - пытаемся открутить, думаем, что мешает).

3) эмпатии (пытаемся вжиться в образ детали).

4) мозгового штурма.

5) фантазии (рассмотрение заведомо нереальных или идеализированных решений для нахождения новых идей).

8. Конструктивная иерархия элементов, узлов и устройств ЭВМ.

5 уровней:

1) микросхема

2) ячейка, модуль, типовые элементы замены. ТЭЗ, ИМС, БГИС.

3) панель, блок, субблок.

4) стойка, шкаф.

5) ЭВМ, система ЭВМ

Жестко задается размер ТЭЗ.

9. Типовые схемы геометрической компоновки конструкций ЭВМ

Геометрической компоновкой называется выбор формы, размеров, взаимного расположения типовых конструкций и способ перемещения их друг относительно друга.

Основная задача - обеспечить требуемое быстродействие.

Критерии:

- min длина линий связи;

- Уая длина линий связи;

- минимизация максимальной длины линий связи.

Оптимальным является круг/шар, однако из них неудобно компоновать, поэтому используется прямоугольный параллелепипед (хотя встречаются и шаровые конструкции).

10. Классификация и условные обозначения микросхем, их корпуса

Классификация:

1) по функциональному назначению: логические (цифровые), линейно-импульсные, линейные.

2) по технологии изготовления: полупроводниковые, гибридные.

3) по конструктивному оформлению: корпусные с выводами, корпусные без выводов (выводы нанесены на корпус), без корпусные.

Ряд отдельных функциональных МС, объединенных по технологии изготовления, напряж. питания, вх. и вых. сопротивлению, уровню сигнала, конструктивному оформлению, способу крепления и монтажа, образует серию ИМС.

Обозначение состоит из 3 или 4 цифр:

1) 1 цифра - конструкторско-технологическая разновидность серии 1, 5, 6, 7 - полупроводниковые МС, 2, 4, 8 - гибридные, 3 - прочие.

2) 2 цифры (стар) или 3 цифры (новое) - порядковый номер разработки.

Буква "К" в начале - МС широкого применения.

Условные обозначения ИМС. Состоит из цифрового обозначения серии, 2-х букв (подгруппа и вид ИС), цифра (порядковый номер разработки в данной группе). Без корпусные МС: перед обозначением серии буква "Б", в конце через тире - конструкционное исполнение МС.

Корпуса ИМС. Выполняют несколько функций, основные: защита от климатических и механических воздействий, экранирование от помех, упрощение процесса сборки МС, унификация посадочного места.

11. Выбор серии интегральных микросхем

Определение критериев, по которым выбираем МС:

1 группа - параметры серии: устойчивая к климатическим и механическим воздействиям, устойчивость к проникающей радиации;

2 группа - характеристики устройства на базе этих МС: max такт частота, надежность, мощность потребления, стоимость изготовления, габариты, масса.

12. Виды задач, решаемые при конструировании печатных плат

1) схемотехнические (задача размещения элем по ПП (где), определение оптимального числа слоев, трассировка и т. п.).

2) радиотехнические (паразитные наводки, наведенные напряжения, расчет параметров линий связи).

3) теплотехнические (расчет теплового режима, выбор и расчет системы охлаждения).

4) конструктивные (размещение элементов на печатной плате (не где, а как), посадочные элем, способ контактирования).

5) технологические (способ изготовления, защита).

13. Классификация печатных плат

1) по числу проводящих слоев - одно, двух и многослойные.

2) по виду материала основы - органический диэлектрик.

3) по виду соединений между слоями - с металлизированными отверстиями, соединение пистонами, послойное наращивание и спекание, с открытыми контактными площадками.

4) по плотности проводников - свободные, уплотненные.

5) по способу изготовления ПП - хим. травления (однослойные), электрохимическое осаждение, комбинированные (многослойные). В зависимости от метода получаются разные электр. параметры.

6) по способу нанесения проводников - обработка фольгированных диэлектриков, нанесение тонких слоев спец токопроводящих паст.

14. Керамические печатные платы, их достоинства, недостатки

+: высокий теплоотвод, повышенная плотность компоновки, повышенная помехоустойчивость;

-: не очень сильная адгезия, хрупкость, размеры невелики (max 150х150).

15. Металлические печатные платы, их достоинства, недостатки

Основа - сталь/алюминий/инвар (сплав на основе железа, сохран. размеры при разн. температурах):

+: высокая прочность, можно формовать любые изделия, отличный теплоотвод;

-: изоляционная эмаль (при высоких температурах окисляет поверхность).

16. Расчет электрических параметров печатных плат

Для постоянного тока:

RП = сlП / (bП * tП)

Где:

b - ширина проводника;

t - толщина проводника для 25 или 50 мк.;

с зависит от способа получения проводящего слоя.

Получаем:

bП > = сlП / (RП * tП) * (RП задаем)

Проводник в процессе протекания тока нагревается - необходима проверка по нагреву.

Дополнительно необходимо знать плотность тока (травление/осаждение - разная).

IMAX = гbПtП => bП > = IMAX / гtП

17. Основные правила конструирования элементов 2 и 3 уровней конструктивной иерархии

Требования:

- требуемая механическая прочность и жесткость;

- удобство в сборе, наладке, эксплуатации;

- возможность оперативной замены вышедших из строя элементов;

- min вес при выполнении требований по жесткости и прочности;

- max использование унифицированных деталей, их взаимозаменяемость;

- надежность закрепления.

Треб по дверцам: открываться не более, чем на 90°.

Треб к лицевой панели: желательно металлическая.

Спец система адресации (в шкафах, на печ плате):

1) координатный метод (каждая зона имеет адрес);

2) позиционный (присвоение адресов последовательно слева направо);

3) координатно-позиционный (задается зона, внутри зоны - позиционный метод).

18. Конструкционная система ЕС ЭВМ

ЕС ЭВМ до недавнего времени были самыми массовыми машинами средней и высокой производительности.

На сегодняшний день использование этих ЭВМ резко сократилось. Технические средства ЕС ЭВМ строятся по модульному принципу, причем конструктивные параметры модулей всех уровней стандартизованы. Конструкционная система технических средств ЕС ЭВМ состоит из пяти уровней: интегральной схемы; типового элемента замены (ТЭЗ), панели, рамы, стойки.

Основу конструкции ТЭЗ составляет двухсторонняя или многослойная печатная плата (МПП) размером 150х140 мм. МПП имеет восемь печатных слоев, разделяющихся по назначению на логические, потенциальные и защитные. На плате ТЭЗ размещаются трехрядный разъем типа СНП 34-135 на 135 контактов, до 60 корпусов ИС. Все радиоэлементы устанавливаются с одной стороны печатной платы. В целях защиты элементов и печатной платы от влаги ТЗЗ покрывается лаком УР-231. Общие габаритные размеры ТЭЗ 165x144x14,5 мм.

19. Конструкционная система СМ ЭВМ

Конструкцию СМ ЭВМ образует четырехуровневая система: ИС - ячейка - комплектный блок - стойка (стол, подставка при настольном исполнении ЭВМ). В качестве логических элементов используются ИС ТТЛ серий К155, К131, К531, К158. Ячейки выполняются в виде вдвижных печатных плат с разъемами.

В СМ ЭВМ второй очереди предпочтительными являются платы четырех размеров: Е1 - 100х160 мм., Е2 - 233,35х220 мм., ЕЗ - 233,35х160 мм., Е4 - 100х220 мм.

20. Конструкционная система микро ЭВМ

Микро ЭВМ, вследствие своего широкого применения практически во всех сферах деятельности человека, труднее всего поддаются унификации конструкции. Они могут быть выполнены во встраиваемом исполнении, и тогда их конструкция должна отвечать требованиям управляемой ею аппаратуры, а также в виде автономного блока - в данном случае их конструкция должна отвечать общим требованиям, предъявляемым к средствам вычислительной техники. Учитывая это, создана конструкционная система микро ЭВМ, состоящая из пяти уровней: ИС, плата, корпус частичный, корпус комплектный и сама ЭВМ. Распространенными размерами печатных плат являются (в соответствии со стандартом МЭК) 4U=144.5х160 (220) мм., и 8U=322,3х160 (220) мм. Однако уже существуют микро ЭВМ с размером 2U=55,5х100 (160) мм.

21. Размеры печатных плат

Российский стандарт max размер 470х470 мм.

Шаг увеличения:

- до 100 мм - 2,5 мм.;

- до 350 - 5 мм.;

- более 350 - 10 мм.

М/у народные стандарты:

DIN. Исходя из основного размера 100х100:

Ширина: 100, 160, 220.

Высота 100, 144.5, 188.9, 233.4.

По ширине шаг 60 мм, по высоте 44,5 мм - 1,75 дюйма.

Предпочтительные размеры: Eurocard C 100x160, Eurocard F - 233.4x160.

Стандарт МЭК.

Устанавливает размер исходя из 2х модулей: 55.5 (2U) и 100 (3U). Шаг по высоте 44,5 мм., по ширине 60 мм.

22. Виды электрических соединений элементов ЭВМ, требования к их выполнению

Увеличивается количество электр. соединения на единицу площади и увел сложность монтажа.

Требования к эл. соединениям:

1) высокая надежность;

2) требуемые значения эл. параметров (R, C, L…), их стабильность;

3) min габар. размеры, масса;

4) высокая ремонтопригодность;

5) нормальная работа в условиях механич. и климатич. воздействий;

6) помехоустойчивость конструктивной реализации;

7) экономичность;

8) удобство и безопасность при эксплуатации и ремонте.

Основой для разработки электр. соединений явл. электр. монтажная схема.

Соединения:

1) разъемные;

2) неразъемные (неразъемные: постоянные (сварка), полупостоянные (пайка, накрутка, обжимка));

3) времен (лепесток, винт).

По виду использ. проводн. монтаж делится: печатный, объемный.

Печатный:

- снижение трудоемкости монтажно-сборочных работ;

- возможность автоматизации этих работ.

1) только плоское расположение проводников;

2) необходимость одновременные запайки всех выводов на плате;

3) трудоемкость проектирования;

4) низкая ремонтопригодность;

5) невысок надежность при больших размерах.

Объемный монтаж (проводной) - применяется в панелях и блоках. В основном выполняется многожильными, реже одножильными проводниками. Обычно приваривается к впрессованным в плату мет стержням.

Монтаж методом накрутки - одножильный провод накручивается на мет штырь.

Разъемы: электр. контакт за счет холодного контактирования штыря и гнезда. Требования: высокая надежность электрического соединения, небольшой габарит и масса.

23. Причины возникновения помех в ЭВМ

Помехи в ЭВМ:

1. по характеру проявления:

- нарушение синхронизации;

- помехи в цепях связи;

- нестабильности в системе электропитания;

- импульсные помехи в сист. электропит.

2. по причине наведения:

- электромагнитная связь;

- индуктивная связь;

- емкостная связь;

- гальваническая связь.

3. по пути распространения:

- цепи синхронизации;

- линии связи;

- эфир;

- цепи электропитания;

- цепи заземления.

4. внешние и внутренние:



Искажение сигналов:

1) отражение сигнала от несогласованных нагрузок, неоднородностей в линиях связи;

2) затухание сигналов при прохождении их по цепям последовательного соединения;

3) ухудшение фронтов и задержки, обусловленное нагрузками с реактивными составляющими;

4) задержки в линиях связи, обусловленные конечной скоростью их распространения;

5) перекрестные помехи;

6) паразитная связь м/у элементами ч/з цепи питания и заземления;

7) наводки от внешних электромагнитных полей.

Степень влияния зависит от конструкции ЭВМ и частоты.

Для снижения паразитных наводок ограничивается допустимая длина проводников, уменьшается входное сопротивление и сопротивление связи, усиливается фронт импульса, увеличивается расстояние м/у проводниками, используются материалы с хорошими диэлектрическими свойствами.

Для снижения наводок по цепям питания используют индуктивно сглаженные конденсаторы (но если управление по питанию, то теряется частота), сокращается общая длина шины питания, Используются металлические листы в качестве экранов. Корпус ЭВМ, отдельных блоков желательно делать металлический экран.

24. Связи между элементами в ЭВМ. Схемы замещения линий связи

Для сравнительно медленно работающих устройств связи выполняются в виде печатных или навесных проводников. Для быстродействующих - в виде печатных полосковых линий, витых пар. В качестве обратных проводников используются земляные шины. Связи делятся на электрически-короткие и электрически-длинные. Линии характеризуются эффектом отражения, ухудшения фронта импульса, появлением паразитных наводок на плоской части импульса.

25. Наводки по цепям питания и методы их снижения

Паразитная наводка - не предусмотренная электрической схемой и конструкцией передача напряжения, тока или мощности от одного элемента к другому или из одной части устройства в другую. Возникают вследствие паразитных связей между элементами, кот невозможно указать на принцип электр. схеме. Для снижения наводок по цепям питания используют индуктивно сглаженные конденсаторы (но если управление по питанию, то теряется частота), сокращается общая длина шины питания, Используются металлические листы в качестве экранов. Корпус ЭВМ, отдельных блоков желателен металлический экран.

26. Применение экранов для повышения помехозащищенности ЭВМ

Экранирование - локализация энергии в определенном пространстве за счет ограничения распространения ее всеми возможными способами.

27. Волоконно-оптические линии связи

Светодиод характеризуется парам:

- числовая апертура:

NA = v(nC2 - nO2)

- если NA мало, то дисперсия мала (мало уширение импульса), но растут потери и наоборот);

- затухание света в световоде (обусловлено наличием примесей);

- уширение импульса;

- изгибы световода;

- min радиус изгиба световода;

- прочность световода.

Конструктивно: световолокно и оболочки (ацетатные).

Оптический кабель, источник излучения и приемник излучения называются волоконно-оптической парой (волок-опт линией связи).

Источник излучения: диоды: светодиоды (скорость передачи - 50 Гбит), лазерные диоды.

Приемник: фотодиоды: без туннельного эффекта, с туннельным эф (больше чувствительность, но ниже частота).

Для передачи сигнала на большие расстояния необходимо ставить регенерирующие устройства.

Характеристики: допустимое отношение шум/полезный сигнал, длина общей линии.

Основное требование к соединителям: выдерживать соотношение.

28. Теплообмен в ЭВМ. Способы переноса тепловой энергии

Большинство элементов являются температурно-зависимыми. Температура влияет на надежность. Температурный режим называется нормальным, если темпер каждого отдельного элемента конструкции не превышает допустимого значения. При разработке устанавливаются допустимая рабочая температура. Теплоотвод может обеспечиваться: теплопроводностью, конвекцией, излучением.

Кондукция - передача тепла за счет взаимодействия атомов/молекул, при этом д., обеспечиваться контакт. Конвекция - перенос энергии частицами газа или жидкости (действует в условиях силы тяжести); кроме воды у всех жидкостей при нагревании уменьшается масса. Излучение - за счет превращения тепловой энергии в лучевую.

Величина теплового потока:

Ф = бS * Дt

Где:

S - площадь;

Дt - разность температур.

29. Способы охлаждения, используемые для стационарных и нестационарных ЭВМ

Охлаждение ЭВМ:

1) тепловыми трубами;

2) жидкостной системой;

3) испарительной системой;

4) использование эффекта Пельтье.

30. Расчет систем охлаждения теплопроводностью

Ф = -лS * (dt / dx)

- закон Фурье.

Плоскость (стенка):

Q = (л / b) * S * (tСТ1 * tСТ2) = (tСТ1 * tСТ2) / RСТ = разность потенциалов / сопротивление RT = b / лS

Выделяет тепло источник, поглощает сток.

tСТ1 = tСТ2 + Q * (RСТ1 + RСТ2 + RСТ3)

31. Расчет систем естественного и принудительного воздушного охлаждения

Естественное воздействие:

1) эффективность зависит от площади поперечного сечения;

2) коэффициент теплоотдачи зависит от плотности воздуха (плотнее воздух - эффективнее). электронный компьютерный микросхема

Важно правильно расположить элементы:

- нельзя располагать горизонтально;

- лучше, если есть в корпусе отверстия.

Размещено на Allbest.ru

...