Реферат: ЭВМ
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.)
3 Классификация ЭВМ
Сферы применения ЭВМ непрерывно расширяются. Современные ЭВМ используются практически во всех отраслях народного хозяйства.
Многообразие сфер применения и видов ЭВМ порождает и большое количество признаков, по которым осуществляется классификация ЭВМ. К таким признакам можно отнести: принцип действия; назначение ЭВМ; технические характеристики; объект установки; условия эксплуатации и обслуживания; применяемую элементную и конструктивную базу; экономические факторы и др. Возможное влияние этих факторов должно учитываться при проектировании и производстве ЭВМ.
Наиболее целесообразны укрупнённая классификация по ограниченному числу признаков, поскольку только такая классификация позволяет выделять основные отличительные признаки ЭВМ различных классов, групп, видов и категорий.
По принципу действия различают цифровые, аналоговые, аналогово-цифровые ЭВМ. Цифровые ЭВМ оперируют с сигналами, представленными в цифровой форме, аналоговые используют аналоговые сигналы, аналогово-цифровые – комбинацию этих принципов. Естественно, что основным отличительным признаком данных ЭВМ является вид элементной базы.
По назначению подразделяют ЭВМ общего назначения, специализированные, персональные. Управляющие и контрольные.
ЭВМ общего назначения (универсальные) ориентированы на выполнение широкого круга задач (математических, инженерных и экономических), выполняемых по любому алгоритму. В связи с этим ЭВМ общего назначения имеют, как правило, архитектуру, позволяющую подключать разнообразные периферийные устройства. Изменяя их количество и технические параметры, можно обеспечить разнообразие видов систем обработки данных и режимов взаимодействия с пользователем. В силу указанных обстоятельств такие ЭВМ должны иметь высокую производительность вычислений при низкой стоимости. Обеспечение минимальных габаритных размеров, массы и энергопотребления при проектировании является особенно критичным.
Специализированные ЭВМ предназначены для решения узкого круга специальных задач наиболее эффективным способом. Как правило, такие ЭВМ имеют меньше электронного оборудования, содержат определённые ограничения на обработку информации, а значит, в большинстве случаев проще и дешевле универсальных.
Персональные ЭВМ предназначены для эксплуатации их пользователем самостоятельно, без помощи профессионального программиста. К ним в настоящее время относят ЭВМ, обладающие полным набором соответствующих признаков:
· развитым человеко-машинным интерфейсом, обеспечивающим простое управление ЭВМ непрофессиональным пользователем;
· большим числом готовых программных средств прикладного характера, избавляющих пользователя от необходимости разрабатывать программы самостоятельно;
· наличием малогабаритных накопителей информации значительной ёмкости на сменных носителях, обеспечивающих взаимозаменяемость и эксплуатацию новых программных средств;
· малыми габаритными размерами и массой, позволяющими устанавливать ЭВМ на любом рабочем месте, а также малым энергопотреблением;
· низкой стоимостью и широкой доступностью;
· эргономичностью конструкции, привлекательностью формы, цвета и т.д.
Управляющие ЭВМ используются для управления различными объектами и технологическими процессами. Характерная особенность этих ЭВМ состоит в получении информации о действительном состоянии управляемого объекта от датчиков, установленных непосредственно на объекте. При этом важное значение для управляющих ЭВМ имеют высокая надёжность функционирования.
Контрольные ЭВМ применяются при построении контрольно-измерительной аппаратуры.
По области применения различают общетехнические, профессиональные, бытовые и другие ЭВМ.
Если общетехнические ЭВМ применяются для решения общетехнических, научных, инженерных и экономических задач, то профессиональные ЭВМ ориентированны на применение специалистами в конкретных областях и научными сотрудниками. Профессиональные ЭВМ обычно отличаются большой вычислительной мощностью и оснащается комплектом производительного периферийного оборудования.
Бытовые ЭВМ используются в повседневной жизни людей, например для управления бытовой техникой, для игр и т.д.
По совокупности технических характеристик (производительности, объёму памяти, принципу реализации, характеру применения, стоимости, габаритным размерам, и др.) различают высокопроизводительные, сверхвысокопроизводительные, средние, малые (мини-) и микроЭВМ.
Высокопроизводительные ЭВМ предназначены для решения задач комплексного проектирования и использования в системах управления высшего звена. Они условно характеризуются производительностью свыше 1 млн. оп/с, имеют предельный объём оперативной памяти и расширенную конфигурацию подсистемы ввода-вывода. Взаимодействие пользователей с ЭВМ осуществляется, как правило, с помощью индивидуальных средств общения человека с машиной (терминалов). Высокопроизводительные ЭВМ имеют обычно значительные габаритные размеры составляющих их технических средств, в силу чего их иногда называют большими.
Сверхвысокопроизводительные модели ЭВМ получили за рубежом название суперЭВМ, что в первую очередь означает широкие возможности, предоставляемые пользователю, а также способность системы проводить по сложности обработку данных. Такие ЭВМ, имеющие высокие технические характеристики (производительность сотни миллионов и даже миллиардов операций в секунду), применяются при решении теоретических задач, требующих значительных вычислительных ресурсов (например, при трёхмерной обработке данных геофизической разведки нефти, моделировании процессов атомной и молекулярной физики и др.). При создании таких ЭВМ применяется особо быстродействующая элементная база (заказные и матричные БИС и СБИС), а также достаточно сложные в техническом отношении конструкции.
Средние ЭВМ имеют производительность ниже 1 млн. оп/с, развитую конфигурацию ввода-вывода и служат для применения в системах обработки информации коллективного пользования, отраслевых системах автоматизированного проектирования и системах управления.
К малым (мини-ЭВМ) относят ЭВМ с производительностью процессора порядка сотен тысяч операций в секунду, ограниченным объёмом оперативной памяти, упрощённой организацией ввода-вывода. Такие ЭВМ применяются для обслуживания небольшого числа абонентов, решения информационных и вычислительных задач в системах проектирования и управления нижнего звена, в частности для включения в состав управляющего либо контрольно-измерительного комплекса.
МикроЭВМ – это обычно ЭВМ с малой ёмкостью оперативной памяти, низкой разрядностью и познаковым вводом-выводом. Они используются в составе управляющего или измерительного комплекса (встроенные микроЭВМ). Данные ЭВМ имеют относительно простые конструкции (типичны многоплатные, однопалатные и реже однокристальные микроЭВМ) и низкую стоимость. На основе микроЭВМ иногда реализуются и персональные ЭВМ.
По объекту установки ЭВМ делятся на стационарные и подвижные (транспортируемые, переносимые, носимые). Стационарные ЭВМ предназначены для эксплуатации в стационарных помещениях или на открытом воздухе, а подвижные (главным образом транспортируемые) – на автомобильном, железнодорожном, гусеничном или другом транспорте. К группе переносных ЭВМ относятся ЭВМ, обычно устанавливаемые на поверхность стола (настольные ЭВМ) либо пол и имеющие малые габаритные размеры и массу. Переносные ЭВМ всегда работают в комнатных условиях и не предназначены для работы во время переноски с места на место. Носимые ЭВМ могут работать и при переноске.
По трём глобальным зонам эксплуатации на объектах установки различают следующие классы ЭВМ: наземные (использование на суше), морские (использование на воде), бортовые (использование в воздушном и космическом пространстве). Наземные ЭВМ могут эксплуатироваться как стационарно, так и на подвижных (транспортируемых) объектах. Морские (судовые) ЭВМ эксплуатируются на всех видах судов, а бортовые – на всех видах летательных аппаратов, совершающих полёты в пределах тропосферы (до 17 км над уровнем моря) и стратосферы (до 85 км над уровнем моря). Разновидностью бортовых являются и космические ЭВМ, эксплуатируемые в условиях ионосферы на искусственных спутниках Земли, космических кораблях и станциях.
По используемой элементной базе (вернее, её основной части) современные ЭВМ подразделяются на ЭВМ на ИМС и БИС широкого применения, на матричных БИС, на заказных специализированных БИС, на микропроцессорных БИС и т.п.
Приведённая классификация является достаточно условной, однако она позволяет сделать сообщение и уделить внимание тем классификационным признакам, которые оказывают существенное влияние на конструирование и технологии производства ЭВМ. Среди таких признаков прежде всего необходимо отметить условия эксплуатации, объект размещения, элементную и, как следствие, конструктивную базу.
4 Группы показателей качества конструкции ЭВМ
Важнейшим направлением при конструировании и производстве ЭВМ является обеспечение качества конструкции. Качество изделий ЭВМ – это не только результат производственного процесса, оно формируется также на всех этапах проектирования (в том числе и конструирования) и эксплуатации ЭВМ.
Показатели качества конструкции ЭВМ можно условно разделить на несколько групп, основными из которых являются следующие: назначения, надёжности, технологичности, стандартизации и унификации, эргономические, эстетические, патентно-правовые, экологические и показатели техники безопасности, транспортируемости и экономические.
Показатели назначения характеризуют полезный эффект от использования ЭВМ по назначению и область её применения. Они показывают функциональные возможности, техническое совершенство и назначение ЭВМ, её состав и структуру. Обычно такими показателями являются технические характеристики ЭВМ, например: количество одновременно выполняемых команд, принцип управления, система команд, система счисления, производительность, способ представления данных, разрядность, тип вводимой информации, вид памяти и её характеристики (ёмкость, цикл обращения, время выборки и др.), характеристики и количество периферийных устройств, виды и количество каналов ввода-вывода информации и её характеристики (скорость передачи данных и т.д.), потребляемая мощность, массогабаритные характеристики и т.д.
Показатели надёжности характеризуют возможность ЭВМ выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в необходимых пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования. Наиболее важным для ЭВМ являются показатели безотказности, долговечности, сохраняемости и ремонтопригодности, характеризующие противодействие конструкции внешним воздействиям и создание благоприятных условий для предупреждения и обнаружения причин повреждений и их устранения.
Безотказность означает требование к ЭВМ непрерывно сохранять работоспособность (соответствие всем требованиям в отношении основных параметров в данный момент времени) в течение некоторого времени. Долговечность – свойство ЭВМ сохранять работоспособность при выполнении технического обслуживания и ремонтов до наступления предельного состояния, связанного с дальнейшей невозможностью по различным причинам использования ЭВМ по назначению. Сохраняемость – это возможность ЭВМ непрерывно сохранять работоспособное (исправное) состояние в течение и после хранения и (или) транспортирования в определённых заданных условиях. Ремонтопригодность – приспособляемость ЭВМ к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путём проведения технического обслуживания и ремонтов. Наиболее часто применяемыми показателями надёжности ЭВМ являются вероятность безотказной работы, интенсивность отказов, наработка на отказ, время восстановления и т.д.
Показатели технологичности характеризуют эффективность конструкторско-технологических решений для обеспечения высокой производительности труда при изготовлении, эксплуатации и ремонте изделий ЭВМ. Технологичность конструкции в принципе определяет экономическую целесообразность запуска изделий в производство. Её оценка является обязательным этапом, предшествующим разработке технологических процессов производства ЭВМ. В общем случае под технологичностью конструкции понимается совокупность её свойств, гарантирующая в заданных условиях производства и эксплуатации оптимальные затраты труда, средств, материалов и времени при технологической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте по сравнению с соответствующими показателями однотипных конструкций при обеспечении установленных показателей качества.
Обработка конструкции на технологичность ведётся конструкторами и технологами на всех стадиях проектирования и изготовления. В случае необходимости в разработанную ранее конструкторскую документацию вносят требуемые изменения. Критериями оценки технологичности конструкции изделия являются показатели уровня технологичности по всему комплексу базовых показателей, указанных в техническом задании.
Согласно стандартам Единой системы технологической подготовки производства (ЕСТПП), различают два вида технологичности продукции: производственную, которая обеспечивается сокращением затрат средств и времени на конструкторскую и технологическую подготовку производства и процессы изготовления изделия, и эксплуатационную, которая проявляется в сокращении затрат средств и времени на техническое обслуживание и ремонт изделия.
Главными факторами, определяющими требования к технологичности конструкции, являются: вид изделия (деталь, сборочная единица, комплекс, комплект), тип производства и уровень развития науки и техники. Оценка технологичности может быть количественной и качественной. Качественная оценка предшествует количественной, определяет её целесообразность и характеризует обобщённо достоинство конструкции на основе опыта исполнителя. Количественная оценка выражается системой показателей, которые используются для сравнения различных вариантов конструкции в процессе проектирования изделий, определения уровня технологичности необходимых для прогнозирования и расчёта базовых показателей технологичности.
Производственная технологичность оценивается показателями трудоёмкости, материалоёмкости и себестоимости конструкции, эксплуатационная технологичность – показателями контролепригодности, взаимозаменяемости, доступности, легкосъёмности с объекта и др. С показателями технологичности тесно связаны показатели стандартизации и унификации, характеризующие степень использования в конкретной разработке ЭВМ стандартизованных деталей, узлов, блоков и других компонентов, а также уровень унификации составных частей конструкции ЭВМ.
