ЭВМ

Введение
Человеческоеобщество характеризуется как непрерывным ростом своих потребностей, так ииспользованием для их удовлетворения орудий производства – изделий, подкоторыми обычно понимаются машины, оборудование, устройства и т.п. Ростпотребностей обусловливает производство всё новых изделий, определяющих связьчеловека с человеком и с окружающей средой, в том числе и таких изделий, какЭВМ. В свою очередь изделия также прямо или косвенно влияют на жизнь человека.Модель удовлетворения общественной потребности в изделиях можно представить ввиде спирали, где каждый виток развития включает определённуюпоследовательность действий общества (рис. 1).
Формальное описание потребностисоставляет основу проектирования как устройства изделия, так и описания егофункционирования. Под проектированием обычно понимается разработкаосновных показателей того конечного изделия, для которого оно проводится, ипутей их практической реализации. В результате проектирования реализуется конструкция(от лат. constructio –построение) – искусственно создаваемая человеком совокупность физических тел ивеществ, имеющая законченные формы, характеризующаяся определёнными параметрамии предназначенная для выполнения необходимых функций в заданных условиях.
Понятие «конструкция» всегдасвязывалось с активной деятельностью человека. Целесообразно говорить оконструкции, например, ЭВМ, но не говорят, скажем, о конструкции камня.
Конструкция изделия определяется егосвойствами и параметрами. Основные свойства и параметры конструкции зависят отвзаимосвязей составных частей изделия, а также от связей изделия с окружающейсредой и человеком. Свойства и параметры конструкции постоянно изменяются иопределяют существенные воздействия на конструкцию.
Запись конструкции (по сутиконструкторская часть проектирования, или конструирование) с установлениемразмеров, видов, форм, обработок и некоторых других параметров осуществляется спомощью технических чертежей, фотографий, макетов или в машинной форме сиспользованием ЭВМ, т.е. в конструкторской документации. Независимо отвида записи конструкция, переданная для изготовления на производство,характеризует свойства, структуру и состав будущего изделия.
ГОСТ 2.101 – 68 определяет изделиекак любой предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению напредприятии. Он также устанавливает следующие виды изделий:
1)        деталь – изделие, изготовленное из однородного по наименованиюи марке материала без применения сборочных операций;
2)        сборочная единица – изделие, составные части, которого подлежат соединениюмежду собой на предприятии-изготовителе сборочными операциями;
3)        комплекс – два и более изделия (состоящие в свою очередь издвух и более частей), не соединённых на предприятии-изготовителе сборочнымиоперациями, но предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационныхфункций;
4)        комплект — два и более изделия, не соединённые между собой напредприятии-изготовителе сборочными операциями и представляющих собой наборизделий, имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера.
Знаниевидов изделий необходимо для правильного оформления конструкторскойдокументации на них и разработки технологии производства
Подтехнологией (от греч. technё – искусство, мастерство, умение и logos– учение, наука, т.е. наука о мастерстве) понимают совокупностьпроизводственных процессов и документов при изготовлении изделия, а такженаучные описания способов производства. Технология производства изделийбазируется на способах изменения формы, размеров, физико-химических свойств,структуры и состава исходных материалов и полуфабрикатов. При выполненииопределённого ряда технологических обработок из исходных материалов получаютготовые изделия.
Любоепроизводство имеет свои особенности, которые предоставляют возможностивыполнения норм, задаваемых в технической документации, разработанной припроектировании. Чтобы производство было экономичным, а его результаты даваливысокие количественные и качественные показатели изделия, нужно, чтобы егоконструкция была технологичной, т.е. изготавливалась с минимальными затратамиматериалов, энергии и труда. Поэтому существенны связи конструкции спроизводственным процессом, приводящие к влиянию на технологические свойства ипараметры изделия.
Воздействияокружающей среды на изделия зависят от места, времени и обстоятельств ихфункционирования. Поэтому все проявления окружающей среды в отношении основныхсвойств и параметров конструкции обязательно следует учитывать приконструировании, а готовые изделия перед эксплуатацией должны быть испытаны,т.е. необходимо экспериментально определить количественные и качественныехарактеристики их свойств.
Износ,моральное старение и некоторые другие факторы, проявляющиеся при эксплуатацииили хранении изделий, приводят к необходимости их утилизации.
Такимобразом, этапы «рождения», «жизни» и «смерти» изделия взаимосвязаны (см. рис.1) и решение задач по их оптимальному проектированию и производству должноосуществляться комплексно на основе учёта этих этапов. Необходимо целостноевсестороннее рассмотрение всех вопросов проектирования и производства изделий сучётом их развития на других этапах в процессе взаимодействия с окружающейсредой и человеческим обществом. Такой подход к проектированию и производствуназывается системным.
1Определение ЭВМ как объекта конструирования
ПодЭВМ понимают совокупность электронно-вычислительных средств, соединённыхнеобходимым образом, способных получать, запоминать, преобразовывать и выдаватьинформацию с помощью вычислительных и логических операций по определённомуалгоритму или программе.
Историческинаибольшее распространение (в силу своих преимуществ) получили цифровые ЭВМ,оперирующие с дискретной (цифровой) информацией. Поэтому при использованиитермина «ЭВМ» обычно подразумевают класс цифровых ЭВМ как наиболее важный.
ОсновуЭВМ составляют их технические средства (ТС), под которыми понимаетсяфизическое оборудование, участвующее в автоматизированной обработке данных.
Известно,что для выполнения автоматизированной обработки данных в состав ЭВМ включаютряд центральных и периферийных устройств, каждое из которых выполняет вполнезаконченные функции, т.е. является функционально законченной частьютехнического средства (рис. 2).
Кцентральным относят, как правило, следующие основные устройства:арифметико-логическое (АЛУ), центрального управления (ЦУУ) и пульт управления исигнализации (ПУиС), образующие в совокупности процессор, а также основную(оперативную) память, реализуемую в виде оперативного запоминающего устройства(ОЗУ). Схемотехнически центральные устройства обычно представляют собой болееили менее однородные повторяющиеся структуры и реализуются в основном наэлектронных элементах (микросхемах, транзисторах и т.п.) в виде определённыхконструктивов (электронных узлов).
Кпериферийным относятся внешние запоминающие устройства (ВЗУ),представляющие собой накопители информации, работающие на различных физическихпринципах, например с использованием магнитных, оптических, бумажных и другихносителей информации, а также устройства ввода (УВв) и вывода (УВ) информации.Номенклатура периферийных устройств, используемых в составе современных ЭВМ,достаточно широка: накопители, дисплеи, печатающие устройства, клавиатуры,сканеры, графопостроители и т.п. Значительная часть периферийных устройствнаряду с электронными схемами содержит электромеханические и механические узлы,достаточно сложные в конструктивном отношении.
Всовокупности с программным обеспечением, процедурами, документацией,обслуживающим персоналом и другими компонентами современные техническиесредства ЭВМ позволяют создавать мощные вычислительные системы различногоназначения: автоматизированной обработки данных, управления, автоматизациипроектирования и производства, обучения и др.
Внастоящее время развиваются два основных направления повышенияпроизводительности вычислений. Первое направление – создание многомашинныхвычислительных комплексов, в основе которых лежит либо использование ЭВМ содинаковыми характеристиками, либо ЭВМ, имеющих различные быстродействие,структуру и состав, но технически и программно совместимых друг с другом.Второе направление – создание многопроцессорных вычислительных систем, основукоторых составляет единая ЭВМ с расширенной сетью центральных и периферийныхпроцессоров.
Указанныевыше обстоятельства требуют введения новых дополнительных понятий.
Различиефункций и специфичность подключения центральных и периферийных устройств ввычислительной системе позволяют выделить внутри неё функциональные подсистемы(части). Так, центральную вычислительной системы ГОСТ 15971 – 84 определяет какчасть технических средств, в состав которых входят объединённые единымуправлением центральные процессоры, основная память и каналы. Центральная частьдолжна содержать, по крайней мере, один центральный процессор, но можетсодержать более одного. В последнем случае она называется мультипроцессорной.
Взависимости от количества центральных частей по ГОСТ 15971 – 84 различаютвычислительные машины и вычислительные комплексы. При этом ГОСТ электронно-вычислительнуюмашину как часть цифровой вычислительной системы (представляющую еётехнические средства), включающую одну центральную часть и предназначенную дляобработки данных под управлением программы, находящейся в памяти. Вычислительныйкомплекс – это совокупность технических средств вычислительной системы,имеющая не менее двух центральных частей. Иногда вычислительный комплексрассматривают как объединение нескольких ЭВМ.
2Структура конструкций и поколения ЭВМ
КонструкциюЭВМ можно представить в общем случае как изделие, представляющее собой системуразличных 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 надёжностьюв условиях внешних воздействий.
Детали,входящие в конструкцию ЭВМ либо в конструкции её основных частей, можно условноразделить на две основные группы. Различающиеся по функциональному назначению.
Первуюгруппу деталей образуют электрорадиоизделия; набор последних можносчитать элементной базой ЭВМ. Именно эти электрорадиоизделия вконструкции ЭВМ соединяются электрически в соответствии с принципиальной схемойи выполняют необходимые полезные функции преобразования сигналов.
Втораягруппа деталей, входящих в конструкцию, имеет в некотором смысле второстепенноезначение. Она предназначена в основном для обеспечения работоспособностиэлектрорадиоизделий: механического закрепления, защиты от внешнихдестабилизирующих воздействий, отвода теплоты и т.д. Эту группу деталей,соединённых между собой механически и выполняющих, как правило, вспомогательныефункции, можно считать конструктивной базой.
Следует,однако, указать, что некоторые детали и состоящие из них изделия зачастуювыполняют одновременно как основные, так и вспомогательные функции. К такимизделиям 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 икрышки корпусов интегральных микросхем (ИМС), микроплаты для закреплениябескорпусных кристаллов ИМС и др.
Относительнаяусловность деления изделий (сборочных единиц, деталей) по принадлежности кэлементной либо к конструктивной базе приводит к отсутствию четкого критерия,по которому те либо иные первичные конструкции ЭВМ могут быть отнесены кконкретной группе. В ряде случаев в основу такого деления может быть положенорганизационно – производственный принцип сборки конструкции. По этому принципукомплектующие электрорадиоизделия, включаемые в перечень элементовэлектрической принципиальной схеме, могут быть отнесены к элементной базе.
Элементнуюбазу 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, электромагнитныелинии задержки и др.)и т.п.;
-   изделия электропривода и автоматики (датчики, реле идр.);
-   контрольно-измерительные приборы;
-   коммутационные изделия (соединители, переключатели ит.д.).
Оставшаясясовокупность механических деталей конструкции, обеспечивающих механическуюпрочность, защиту от дестабилизирующих внешних воздействий, внешнее оформлениеи внутреннюю компоновку, а также механическое управление ЭВМ, может бытьотнесена к конструктивной базе.
Основуконструктивной базы составляют несущие конструкции и отдельные монтажныедетали. Несущие конструкции предназначены для механического закрепления, защитыот внешних воздействий и обеспечения доступа к электрорадиоизделиям приизготовлении и эксплуатации ЭВМ. К их числу можно отнести платы, панели, рамы,стойки, каркасы и т.д. К конструктивной базе относят также различныеисполнительные механизмы, предназначенные для механического перемещенияносителей информации, нанесения информации на носители и др. Такие механизмыобычно используются в конструкциях периферийных устройств ЭВМ.
Широкоевнедрение ЭВМ в различные области народного хозяйства и науки вызываетнеобходимость постоянного развития и совершенствования как их программных, таки технических средств.
Вразвитии вычислительной техники с момента её зарождения принято условновыделять несколько этапов, или поколений. К характерным признакам, находящимсяв тесной взаимосвязи и определяющим то либо иное поколение ЭВМ, обычноотносятся: элементную базу и особенности конструкций, архитектуру  и логическуюструктуру; математическое обеспечение; методы общения пользователей ЭВМ;технико-экономические показатели и др. Наиболее важным является первый признак,поскольку элементная база и конструкция определяют не толькотехнико-экономические показатели отдельных устройств, но и возможностивычислительного процесса, построения и развития ЭВМ в целом. Прогресс в областиэлементной 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 потребляемойэнергии.
Так,применяемая в ЭВМпервого поколенияэлементная база (лампы, дискретные ЭРЭ, электромагнитные реле, шаговыеискатели, коммутаторы, ферритовые ячейки памяти и др.) и мелкоблочныеконструкции ячеек позволяли создать достаточно простые по современным понятиямЭВМ. Например, наиболее быстродействующая ЭВМ первого поколения ЭНИАК (США,1943),выполнявшая примерно 5000 операций сложения в секунду и запоминавшая лишь 20десятиразрядных слов, содержала около 18 тыс. электронных ламп и нуждалась вовспомогательной холодильной установке. Эта ЭВМ весила порядка 30 т и занималапри установке более 200 м2.
Заменаэлектронных ламп транзисторами, применение печатного монтажа в ЭВМ второго поколения привела к тому, чтонаряду с улучшением показателей надёжности, технологичности, массогабаритныххарактеристик ЭВМ значительно повысились их операционные возможности ипроизводительность, возросло количество используемого периферийногооборудования.
Сразвитием микроэлектроники в начале 60-х годов ЭВМ получили новую, болеесовершенную элементную базу, основу которой составили ИМС. Их применение всочетании с многослойным печатным монтажом позволило создать ЭВМ третьего поколения с характеристиками,превосходящими на несколько порядков соответствующие характеристики ЭВМ второгопоколения. В частности, резко увеличились быстродействие ЭВМ и надёжность вследствиеперераспределения электрических соединений и выполнения их определённой части всамих ИМС, упростилась наладка ЭВМ, повысилась точность обработки информации,уменьшились габариты и потребляемая мощность. Совершенствование ИМС позволилосоздать сложные вычислительные машины и системы, количество электронногооборудования в которых в десятки раз стало превышать количество оборудования,используемого в машинах второго поколения.
Дальнейшееразвитие технологии ИМС, методов автоматизированного проектирования привело ксозданию кристаллов больших (БИС), сверхбольших (СБИС) и сверхскоростных ИМС, вкоторых плотность упаковки достигла 106 компонентов в 1 см3, ауровень интеграции – около 105… 107 компонентов вкристалле. Ожидается, что в ближайшие годы степень интеграции логических БИСдостигнет 107… 108 и более логических элементов вкристалле. Такие интегральные микросхемы стали выполнять функции целых блоков иустройств ЭВМ третьего поколения
Реализацияфункциональных 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 этапеприменения БИС позволяет значительно повышать быстродействие ЭВМ, увеличиватьплотность компоновки и, что особенно важно, уменьшать трудовые и материальныезатраты на их производство. Вместе с тем возникла необходимость в устранениидиспропорций между возможностями и размерами БИС, с одной стороны, и остальнойэлементной и конструктивной базой ЭВМ, с другой. Поэтому основополагающим вразвитии конструкций ЭВМ стал принцип комплексной микроминиатюризации,позволяющей преодолеть это противоречие. Важность создания и использования вЭВМ современных и перспективных элементной базы, конструкций и технологии ещёболее усилилась.
В1979 году в Японии был создан Комитет научных исследований в области ЭВМ пятого поколения. Программы разработки ЭВМпятого поколения были приняты и в других странах, в том числе и в нашей.Возможности разработки таких ЭВМ тесно связаны с созданием СБИС напринципиально новых компонентах (например, переходы Джозефсона, транзисторы свысокой мобильностью носителей и др.), с использованием перспективныхполупроводниковых материалов (арсенида галлия и т.д.)
3Классификация ЭВМ
Сферыприменения ЭВМ непрерывно расширяются. Современные ЭВМ используются практическиво всех отраслях народного хозяйства.
Многообразиесфер применения и видов ЭВМ порождает и большое количество признаков, покоторым осуществляется классификация ЭВМ. К таким признакам можно отнести:принцип действия; назначение ЭВМ; технические характеристики; объект установки;условия эксплуатации и обслуживания; применяемую элементную и конструктивнуюбазу; экономические факторы и др. Возможное влияние этих факторов должноучитываться при проектировании и производстве ЭВМ.
Наиболеецелесообразны укрупнённая классификация по ограниченному числу признаков,поскольку только такая классификация позволяет выделять основные отличительныепризнаки ЭВМ различных классов, групп, видов и категорий.
Попринципу действия различают цифровые,аналоговые, аналогово-цифровые ЭВМ.Цифровые ЭВМ оперируют с сигналами,представленными в цифровой форме, аналоговые используют аналоговыесигналы, аналогово-цифровые – комбинацию этих принципов. Естественно,что основным отличительным признаком данных ЭВМ является вид элементной базы.
Поназначению подразделяют ЭВМ общегоназначения, специализированные, персональные. Управляющие и контрольные.
ЭВМобщего назначения (универсальные) ориентированы на выполнение широкогокруга задач (математических, инженерных и экономических), выполняемых по любомуалгоритму. В связи с этим ЭВМ общего назначения имеют, как правило,архитектуру, позволяющую подключать разнообразные периферийные устройства.Изменяя их количество и технические параметры, можно обеспечить разнообразиевидов систем обработки данных и режимов взаимодействия с пользователем. В силууказанных обстоятельств такие ЭВМ должны иметь высокую производительностьвычислений при низкой стоимости. Обеспечение минимальных габаритных размеров,массы и энергопотребления при проектировании является особенно критичным.
Специализированные ЭВМпредназначены для решения узкого круга специальных задач наиболее эффективнымспособом. Как правило, такие ЭВМ имеют меньше электронного оборудования,содержат определённые ограничения на обработку информации, а значит, вбольшинстве случаев проще и дешевле универсальных.
Персональные ЭВМпредназначены для эксплуатации их пользователем самостоятельно, без помощипрофессионального программиста. К ним в настоящее время относят ЭВМ, обладающиеполным набором соответствующих признаков:
·    развитым человеко-машинныминтерфейсом, обеспечивающим простое управление ЭВМ непрофессиональнымпользователем;
·    большим числом готовых программныхсредств прикладного характера, избавляющих пользователя от необходимостиразрабатывать программы самостоятельно;
·    наличием малогабаритныхнакопителей информации значительной ёмкости на сменных носителях,обеспечивающих взаимозаменяемость и эксплуатацию новых программных средств;
·    малыми габаритными размерами имассой, позволяющими устанавливать ЭВМ на любом рабочем месте, а также малымэнергопотреблением;
·    низкой стоимостью и широкойдоступностью;
·    эргономичностью конструкции,привлекательностью формы, цвета и т.д.
Управляющие ЭВМ используютсядля управления различными объектами и технологическими процессами. Характернаяособенность этих ЭВМ состоит в получении информации о действительном состоянииуправляемого объекта от датчиков, установленных непосредственно на объекте. Приэтом важное значение для управляющих ЭВМ имеют высокая надёжностьфункционирования.
Контрольные ЭВМ применяютсяпри построении контрольно-измерительной аппаратуры.
Пообласти применения различаютобщетехнические, профессиональные, бытовые и другие ЭВМ.
Еслиобщетехнические ЭВМ применяются для решения общетехнических, научных,инженерных и экономических задач, то профессиональные ЭВМ ориентированнына применение специалистами в конкретных областях и научными сотрудниками.Профессиональные ЭВМ обычно отличаются большой вычислительной мощностью иоснащается комплектом производительного периферийного оборудования.
Бытовые ЭВМ используются вповседневной жизни людей, например для управления бытовой техникой, для игр ит.д.
Посовокупности технических характеристик(производительности, объёму памяти, принципу реализации, характеру применения,стоимости, габаритным размерам, и др.) различают высокопроизводительные,сверхвысокопроизводительные, средние, малые (мини-) и микроЭВМ.
Высокопроизводительные ЭВМпредназначены для решения задач комплексного проектирования и использования всистемах управления высшего звена. Они условно характеризуютсяпроизводительностью свыше 1 млн. оп/с, имеют предельный объём оперативнойпамяти и расширенную конфигурацию подсистемы ввода-вывода. Взаимодействиепользователей с ЭВМ осуществляется, как правило, с помощью индивидуальныхсредств общения человека с машиной (терминалов). Высокопроизводительные ЭВМимеют обычно значительные габаритные размеры составляющих их техническихсредств, в силу чего их иногда называют большими.
Сверхвысокопроизводительные моделиЭВМ получили за рубежом название суперЭВМ, что в первую очередь означаетширокие возможности, предоставляемые пользователю, а также способность системыпроводить по сложности обработку данных. Такие ЭВМ, имеющие высокие техническиехарактеристики (производительность сотни миллионов и даже миллиардов операций всекунду), применяются при решении теоретических задач, требующих значительныхвычислительных ресурсов (например, при трёхмерной обработке данныхгеофизической разведки нефти, моделировании процессов атомной и молекулярнойфизики и др.). При создании таких ЭВМ применяется особо быстродействующаяэлементная база (заказные и матричные БИС и СБИС), а также достаточно сложные втехническом отношении конструкции.
Средние ЭВМ имеютпроизводительность ниже 1 млн. оп/с, развитую конфигурацию ввода-вывода ислужат для применения в системах обработки информации коллективногопользования, отраслевых системах автоматизированного проектирования и системахуправления.
К малым (мини-ЭВМ) относятЭВМ 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, решенияинформационных и вычислительных задач в системах проектирования и управлениянижнего звена, в частности для включения в состав управляющего либоконтрольно-измерительного комплекса.
МикроЭВМ – это обычно ЭВМ смалой ёмкостью оперативной памяти, низкой разрядностью и познаковымвводом-выводом. Они используются в составе управляющего или измерительногокомплекса (встроенные микроЭВМ). Данные ЭВМ имеют относительно простыеконструкции (типичны многоплатные, однопалатные и реже однокристальныемикроЭВМ) и низкую стоимость. На основе микроЭВМ иногда реализуются иперсональные ЭВМ.
Пообъекту установки ЭВМ делятся настационарные и подвижные (транспортируемые, переносимые, носимые). СтационарныеЭВМ предназначены для эксплуатации в стационарных помещениях или наоткрытом воздухе, а подвижные (главным образом транспортируемые)– на автомобильном, железнодорожном, гусеничном или другом транспорте. К группепереносных ЭВМ относятся ЭВМ, обычно устанавливаемые на поверхностьстола (настольные ЭВМ) либо пол и имеющие малые габаритные размеры и массу.Переносные ЭВМ всегда работают в комнатных условиях и не предназначены дляработы во время переноски с места на место. Носимые ЭВМ могут работать ипри переноске.
Потрём глобальным зонам эксплуатации наобъектах установки различают следующие классы ЭВМ: наземные(использование на суше), морские (использование на воде), бортовые(использование в воздушном и космическом пространстве). Наземные ЭВМмогут 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 вусловиях ионосферы на искусственных спутниках Земли, космических кораблях истанциях.
Поиспользуемой элементной базе (вернее,её основной части) современные ЭВМ подразделяются на ЭВМ на ИМС и БИС широкогоприменения, на матричных БИС, на заказных специализированных БИС, намикропроцессорных БИС и т.п.
Приведённаяклассификация является достаточно условной, однако она позволяет сделатьсообщение и уделить внимание тем классификационным признакам, которые оказываютсущественное влияние на конструирование и технологии производства ЭВМ. Средитаких признаков прежде всего необходимо отметить условия эксплуатации, объектразмещения, элементную и, как следствие, конструктивную базу.
4 Группыпоказателей качества конструкции ЭВМ
Важнейшимнаправлением при конструировании и производстве ЭВМ является обеспечениекачества конструкции. Качество изделий ЭВМ – это не только результатпроизводственного процесса, оно формируется также на всех этапах проектирования(в том числе и конструирования) и эксплуатации ЭВМ.
Показатели качестваконструкции ЭВМ можно условно разделить на несколько групп, основными изкоторых являются следующие: назначения, надёжности, технологичности,стандартизации и унификации, эргономические, эстетические, патентно-правовые,экологические и показатели техники безопасности, транспортируемости иэкономические.
Показатели назначенияхарактеризуют полезный эффект от использования ЭВМ по назначению и область еёприменения. Они показывают функциональные возможности, техническое совершенствои назначение ЭВМ, её состав и структуру. Обычно такими показателями являютсятехнические характеристики ЭВМ, например: количество одновременно выполняемыхкоманд, принцип управления, система команд, система счисления,производительность, способ представления данных, разрядность, тип вводимойинформации, вид памяти и её характеристики (ёмкость, цикл обращения, времявыборки и др.), характеристики и количество периферийных устройств, виды иколичество каналов ввода-вывода информации и её характеристики (скоростьпередачи данных и т.д.), потребляемая мощность, массогабаритные характеристикии т.д.
Показатели надёжности характеризуютвозможность ЭВМ выполнять заданные функции, сохраняя во времени значенияустановленных эксплуатационных показателей в необходимых пределах,соответствующих заданным режимам и условиям использования, техническогообслуживания, ремонта, хранения и транспортирования. Наиболее важным для ЭВМявляются показатели безотказности, долговечности, сохраняемости иремонтопригодности, характеризующие противодействие конструкции внешнимвоздействиям и создание благоприятных условий для предупреждения и обнаруженияпричин повреждений и их устранения.
Безотказность означаеттребование к ЭВМ непрерывно сохранять работоспособность (соответствие всемтребованиям в отношении основных параметров в данный момент времени) в течениенекоторого времени. Долговечность – свойство ЭВМ сохранятьработоспособность при выполнении технического обслуживания и ремонтов донаступления предельного состояния, связанного с дальнейшей невозможностью поразличным причинам использования ЭВМ по назначению. Сохраняемость – этовозможность ЭВМ непрерывно сохранять работоспособное (исправное) состояние втечение и после хранения и (или) транспортирования в определённых заданныхусловиях. Ремонтопригодность – приспособляемость ЭВМ к предупреждению,обнаружению и устранению отказов и неисправностей путём проведения техническогообслуживания и ремонтов. Наиболее часто применяемыми показателями надёжностиЭВМ являются вероятность безотказной работы, интенсивность отказов, наработкана отказ, время восстановления и т.д.
Показатели технологичности характеризуютэффективность конструкторско-технологических решений для обеспечения высокойпроизводительности труда при изготовлении, эксплуатации и ремонте изделий ЭВМ.Технологичность конструкции в принципе определяет экономическуюцелесообразность запуска изделий в производство. Её оценка являетсяобязательным этапом, предшествующим разработке технологических процессовпроизводства ЭВМ. В общем случае под технологичностью конструкциипонимается совокупность её свойств, гарантирующая в заданных условияхпроизводства и эксплуатации оптимальные затраты труда, средств, материалов ивремени при технологической подготовке производства, изготовлении, эксплуатациии ремонте по сравнению с соответствующими показателями однотипных конструкцийпри обеспечении установленных показателей качества.
Обработкаконструкции на технологичность ведётся конструкторами и технологами на всехстадиях проектирования и изготовления. В случае необходимости в разработаннуюранее конструкторскую документацию вносят требуемые изменения. Критериямиоценки технологичности конструкции изделия являются показатели уровнятехнологичности по всему комплексу базовых показателей, указанных в техническомзадании.
Согласностандартам Единой системы технологической подготовки производства (ЕСТПП),различают два вида технологичности продукции: производственную, котораяобеспечивается сокращением затрат средств и времени на конструкторскую итехнологическую подготовку производства и процессы изготовления изделия, и эксплуатационную,которая проявляется в сокращении затрат средств и времени на техническоеобслуживание и ремонт изделия.
Главнымифакторами, определяющими требования к технологичности конструкции, являются:вид изделия (деталь, сборочная единица, комплекс, комплект), тип производства иуровень развития науки и техники. Оценка технологичности может быть количественнойи качественной. Качественная оценка предшествует количественной, определяет еёцелесообразность и характеризует обобщённо достоинство конструкции на основеопыта исполнителя. Количественная оценка выражается системой показателей,которые используются для сравнения различных вариантов конструкции в процессепроектирования изделий, определения уровня технологичности необходимых дляпрогнозирования и расчёта базовых показателей технологичности.
Производственнаятехнологичность оценивается показателями трудоёмкости, материалоёмкости исебестоимости конструкции, эксплуатационная технологичность – показателямиконтролепригодности, взаимозаменяемости, доступности, легкосъёмности с объектаи др. С показателями технологичности тесно связаны показатели стандартизациии унификации, характеризующие степень использования в конкретной разработкеЭВМ стандартизованных деталей, узлов, блоков и других компонентов, а такжеуровень унификации составных частей конструкции ЭВМ.
Необходимостьзамены в производстве конструкций ЭВМ на более современные, повышение ихнадёжности и качества требует унификации большинства технических итехнологических решений по обеспечению совместимости и взаимозаменяемостиконструкций как в процессе создания новых, так и при модернизации уже выпускаемыхпромышленностью.
Унификация (низшая ступеньстандартизации) заключается в уменьшении многообразия конструкций, выполняющихв ЭВМ одинаковые или сходные функции. Унификации подвергаются как механическиедетали, сборочные единицы и несущие конструкции, так и элементная база.
Стандартизация какзавершающая стадия унификации является необходимой предпосылкой для созданияЭВМ современного технического уровня. Высокие показатели разработок невозможныбез опережающего характера стандартизации по отношению к производствуразрабатываемых изделий, без базирования её на лучших достижениях отечественнойи мировой техники.
Особыйсмысл при создании ЭВМ имеет широкая унификация и стандартизация систем базовых(типовых) конструкций (конструкционных систем). Важное значение при унификациии стандартизации конструкции ЭВМ имеют также показатели применяемости,характеризующие значимость, повторяемость и преемственность конструкции.
Эргономические показателихарактеризуют систему «человек – ЭВМ – среда». Для многих электронновычислительных изделий эти показатели могут быть одними из важнейших.
Всвою очередь эргономические показатели подразделяются на гигиенические,антропометрические, физиологические и психологические.
Эстетические показателихарактеризуют художественность, выразительность и оригинальность формы ЭВМ,гармоничность и целостность конструкции, соответствие формы и конструкции ЭВМстилю, цветовое и декоративное решение ЭВМ и т.п.
Патентно-правовые показателислужат для оценки степени патентной чистоты и патентной защиты конструкции ЭВМ.
Экологические показатели и показатели техники безопасности характеризуют уровень вредных воздействий наокружающую среду, возникающих при изготовлении и эксплуатации изделия(экологические показатели), а также особенности конструкции, обусловливающиепри её изготовлении и эксплуатации безопасность человека (показатели техникибезопасности).
Показатели транспортируемости отражаютприспособленность конструкции ЭВМ к транспортированию, а также подготовительными заключительным технологическим операциям, связанным с транспортированием.
Экономические показателихарактеризуют затраты на проведение научно-исследовательских иопытно-конструкторских работ по разработке конструкции ЭВМ, на производство иэксплуатацию, а также экономическую эффективность при эксплуатации ЭВМ. Этоособый вид показателей, позволяющих оценивать технологичность иремонтопригодность конструкции, уровень стандартизации, патентную чистоту ит.д.
Отметим,что между показателями различных групп существуют взаимосвязи, которыенеобходимо учитывать при проектировании ЭВМ. Например эргономические иэстетические показатели влияют на производительность ЭВМ, создавая определённыеудобства для операторов и позволяя им при том же психологическом напряжениивводить больше информации в единицу времени, снижают вероятность ошибочныхдействий оператора и т.д. Показатели стандартизации наряду с непосредственнойсвязью со стоимостью изделий влияют на возможность их серийного производства,рыночный спрос, моральный износ и т.п. Аналогичное влияние оказывает ипоказатель использования новых конструктивных решений, например связанных спатентной чистотой.
5 Требования,предъявляемые к техническим средствам ЭВМ
ЭВМсоздаются на базе конструкций с учётом предъявляемых к ним техническихтребований. Многообразие применений и классов ЭВМ обуславливает большоеколичество и различие технических требований: к габаритным размерам,потребляемой мощности, стоимости, защите от внешних воздействий и т.д. Каждоеиз требований определённым образом должно учитываться при разработкеконструкций. От выполнения всего комплекса технических требований зависиткачество конструкций.
Техническиетребования принято делить на частные, относящиеся только к конкретнойЭВМ и её составным частям, и общие.
Общиетехнические требования к ЭВМ и их техническим средствам определяются ГОСТ 16325– 76,   ГОСТ 21552 – 84,   ГОСТ 20397 – 82 и др. Общие технические требованияподразделяются на несколько взаимосвязанных групп: 1) к функциональнымхарактеристикам; 2) по устойчивости к внешним воздействующим факторам; 3) крадиопомехам; 4) к электропитанию, электрической прочности, сопротивлениюизоляции и безопасности; 5) по обеспечению удобства эксплуатации; 6) поиспользованию комплектующих элементов; 7) к конструкции; 8) к маркировке,упаковке, транспортированию и хранению; 9) к патентной чистоте.
Взависимости от особенностей разрабатываемых изделий содержание и номенклатурагрупп требований могут уточняться. Наибольшее влияние на конструкцию ЭВМоказывают следующие группы требований.
—  Требования к функциональнымхарактеристикам. В эту группу входят требования по показателям назначения ипараметрам, характеризующим основные функции (например, производительность ЭВМ,время выполнения операции, разрядность, объём оперативной памяти, точность идр.). Конструкции технических средств, предназначенных для построениякомплексов, сетей ЭВМ, должны также обладать технической, программной,информационной и эксплуатационной совместимостью, что определяетсоответствующей элементной и конструктивной базы.
—  Требования по устойчивости квнешним факторам. Влияние внешних факторов во многом определяет возможностинормального функционирования ЭВМ. Так, изменение температуры влияет напараметры ИМС и ЭРЭ: при определённых граничных значениях температуры (плюсовоми минусовом) работоспособность ЭВМ может быть нарушена. Кроме того, повышениерабочей температуры снижает их надёжность. Колебания температуры могут привестив механических узлах конструкции к изменению типа посадок, вызвать ослаблениекрепления, температурные напряжения. Воздействие низких температур ухудшаетпрочностные характеристики материалов, эластичность упругих элементов.
Понижениеатмосферного давления отрицательно влияет на условия теплоотвода в конструкцияхЭВМ, что связано со многими нарушениями нормального функционирования ЭВМ, ккоторым приводит рост температуры. Повышенная влажность может вызвать коррозиюдеталей и несущих конструкций, которой особо способствуют наличие активныхвеществ в атмосфере, солнечная радиация, пыль и песок. Снижается сопротивлениеизоляции между гальванически не связанными цепями вследствие чего такженарушается работоспособность ЭВМ.
Посколькусуществует опасность выхода из строя аппаратуры при воздействиивышеперечисленных факторов, процесс разработки ЭВМ направлен на выбор такойэлементной базы, материалов и конструкций, которые в совокупности обеспечили быустойчивость технических средств ЭВМ к внешним воздействиям заданнойинтенсивности.
Обычнопо устойчивости к внешним воздействующим факторам технические средства ЭВМделятся на группы или категории. Так, по устойчивости к воздействиюклиматических факторов в процессе эксплуатации технические средствастационарных ЭВМ общего назначения (например, изделия Единой системы ЭВМ)подразделяют на группы в соответствии с данными, указанными в табл. 1.
Техническиесредства вычислительной техники, предназначенные для создания системавтоматизированного управления, а также встраиваемые в машины, оборудование иприборы (например, изделия вычислительной техники Системы малых ЭВМ), обычнодолжны работать в более жёстких условиях эксплуатации, чем стационарныеконструкции. В связи с этим здесь устанавливается большее число групп(категории) по устойчивости к воздействию климатических факторов (табл. 2).
Нормальнымиклиматическими условиями эксплуатации технических средств в ЭВМ считаются:температура окружающего воздуха (293±5)К, относительнаявлажность (60±15)%, атмосферное давление от 84 до 107 кПа (от 630 до800 мм рт. ст.). Допустимый перегрев воздуха внутри изделий не должен превышатьболее чем на 20 К верхнее значение температуры воздуха, поступающего дляохлаждения.
Изделиявычислительной техники предназначены для эксплуатации на различных объектах,используемых в одном или нескольких макроклиматических районах. Климатическиевоздействия в таких районах различны, поэтому климатическое исполнение изделийосуществляют в соответствии с ГОСТ 15150 – 69.
Различаютдесять основных климатических исполнений изделий :
-    У – для умеренного климата сосреднегодовым максимумом и минимумом рабочих температур 313 и 228 К;
-    УХЛ – для умеренного и холодногоклимата, 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 непрерывныйпериод от 2 до 12 месяцев в году;
-    ТС – для районов сухоготропического климата, в которых средняя ежегодная абсолютная максимальнаятемпература воздуха выше 313 К и которые не отнесены к макроклиматическомурайону с влажным тропическим климатом;
-    Т – как для сухого, так и длявлажного тропического климата;
-    О – для любого климата (общеклиматическая);
-    М – для умеренно холодного климата(в районах морей, океанов или непосредственно на морском берегу, если этирайоны расположены севернее 30° северной широты и южнее 30° южной широты);
-    ТМ – для тропического морскогоклимата при нахождении изделия в морях и океанах между 30° северной широты и 30° южной широты;
-    ОМ – общеклиматическое морскоеисполнение для кораблей с неограниченным районом плаванием;
-    В – всеклиматическое исполнениедля суши и моря (кроме Антарктиды).
Применениеклиматического исполнения для технических средств ЭВМ даёт возможностьколичественно оценить весь комплекс требований к конструкциям ЭВМ по устойчивостик внешним климатическим воздействиям. Изделия вычислительной техники различныхклиматических исполнений в зависимости от места размещения при эксплуатации ввоздушной среде до высоты 4,3 км, а также под землёй и водой изготавливают посоответствующим категориям размещения (табл. 3). Данные категории размещения нераспространяются на летательные и космические аппараты.
Крометребований по устойчивости к климатическим воздействиям, к конструкциитехнических средств ЭВМ предъявляются также требования по устойчивостивоздействия механическим, радиационным и др. Численные значения этих требованийустанавливаются стандарты либо в технических условиях на конкретные изделияЭВМ. Например, нормирование факторов может быть произведено по ГОСТ 16962 – 71с указанием степени жёсткости. Воздействие большинства механических и некоторыхклиматических факторов (тепловые удары, пыль, песок, насекомые и др.) можетпривести к механическим нарушениям отдельных ЭРЭ и деталей, резьбовыхсоединений, а следовательно, к нарушению работоспособности аппаратуры. В связис этим изделия ЭВМ в упакованном виде должны сохранять работоспособность ивнешний вид после ударных нагрузок многократного действия с пиковым ударнымускорением не более 15 g при длительности ударного импульса 10...15 мс.
—  Требования по использованиюкомплектующих элементов. В конструкциях ЭВМ необходимо, например, использоватьэлементную базу (ИМС, ЭРЭ и др.), материалы и покрытия, разрешённые кприменению соответствующими перечнями. Элементная база не должнаэксплуатироваться в режимах и условиях, более тяжёлых по сравнению соговорёнными в технической документации на эти элементы
—  Требования к конструкции. Этагруппа требований определяет наиболее рациональные решения конструктивной базы.Основные из них заключаются в следующем.
Техническиесредства ЭВМ желательно выполнять на основе определённых систем базовыхконструкций с учётом заданного конструктивного исполнения основныхтипоразмеров, применяя модульный либо блочно агрегатный принцип. Следуетмаксимально использовать унифицированные конструкции.
Конструктивнаябаза призвана обеспечивать: единство внешнего оформления изделий ЭВМ с учётомтребований эргономики и технической эстетики, единство конструкции разъёмныхсоединений; надёжность в работе. Конструкция изделия ЭВМ должна гарантировать:удобство эксплуатации, доступ ко всем сменным и регулируемым элементам,возможность ремонта.
Количественныезначения показателей надёжности технических средств ЭВМ устанавливаются длянормальных климатических условий эксплуатации в соответствии с табл. 4. Среднийсрок службы современных изделий ЭВМ должен быть не менее 10 лет.
Вгруппу требований конструкции включаются также требования: по способамкрепления монтажных деталей, несущих конструкций и сборочных единиц, поконструкциям органов управления, к массе изделий и др. В частности, конструкциии расположение разъёмных резьбовых соединений обязаны допускать возможностьудобного пользования слесарно-монтажным инструментам. Номенклатура применяемыхрезьб должна быть минимальной, а резьбовые соединения предохранены отсамоотвинчивания. Не рекомендуется разрабатывать отдельные сменные блоки массойсвыше 30 кг.
Необходимо,чтобы конструктивное исполнение ЭВМ обеспечивало также организацию серийногопроизводства, а их элементная и конструктивная база была технологичной. Особыетребования предъявляются к показателям, характеризующим технологическуюрациональность конструктивных решений, а также к показателям преемственностиконструкции.
6 Виды работ припроектировании. Этапы и стадии разработки ЭВМ
Высокаясложность конструкции ЭВМ приводит к тому, что создание новой ЭВМ обусловленосильно взаимосвязанными и многофакторными длительными процессами.
Действительно,при проектировании и производстве изделий ЭВМ, определяемые составомвыполняемых работ: структурное, функциональное, схемотехническое иконструкторское. Данные виды проектирования обычно и выполняются в указаннойпоследовательности.
Приструктурном проектировании наосновании технического задания разрабатывается структурная схема, определяющаяосновные структурные части ЭВМ (устройства, блоки и т.п.), их назначение ивзаимосвязи. Выбирается системы команд, диагностики и контроля, решаютсявопросы обмена информацией между ЭВМ и внешними устройствами и абонентами.
Прифункциональном проектированииразрабатываются подробные функциональные схемы устройств проектируемой ЭВМ,которые разъясняют определённые процессы, протекающие в отдельныхфункциональных цепях или устройствах в целом и детализировать обмен информациеймежду ними.
Вструктурном и функциональном проектировании принимает участие сравнительнонемного специалистов, но высшей квалификации. Большая часть решаемых ими задачоказывает огромное влияние на разработку и главные показатели будущей ЭВМ.
Присхемотехническом(логическом)проектировании разрабатываются подробные принципиальные схемы устройств,ориентированные на определённые системы элементов. Схемотехническоепроектирование ЭВМ характеризуется большой трудоёмкостью и, следовательно,требует большого количества разработчиков. Основные задачи схемотехническогопроектирования хорошо формализуется и позволяют использовать машинные методырешения (автоматизация проектирования).
Приконструкторском проектировании (или,иначе, конструировании) выбирается структура пространственных, энергетических ивременных взаимосвязей частей конструкции, связей с окружающей средой иобъектами, определяются материалы и виды обработки; устанавливаютсяколичественные нормы (для связей, материалов и обработок), по которым можно изготовитьизделие, соответствующее заданным требованиям.
Взаимосвязив конструкциях ЭВМ могут иметь различную природу, чаще всего электрическую,оптическую, тепловую и механическую.
Конечнымитогом процесса конструирования является комплект технических (конструкторских)документов, отображающий всю совокупность задаваемых норм на вновьразрабатываемое изделие.
Процессразработки ЭВМ (как и любого другого изделия) обычно состоит из несколькихвзаимосвязанных этапов. Работа, выполненная на этих этапах подразделяется на научно-исследовательскую(НИР) и опытно-конструкторскую (ОКР).
Последовательностьэтапов разработки ЭВМ, выполнения работ и стадий выпуска конструкторской итехнологической документации на этих этапах устанавливается государственнымистандартами.
Припроведении НИР выявляется принципиальная возможность создания ЭВМ,прорабатываются теоретическое и экспериментальная части разработки. Вчастности, осуществляется выбор и формулировка цели проектирования,обосновываются исходные данные, определяются принципы построения ЭВМ. По сутиосновной целью НИР является выяснение принципиальной возможности реализациивыбранных принципов и решений. Объём конструкторской работы при выполнении НИР,как правило, не слишком велик, так как в этот период ведётся исследование иразработка лишь принципиально новых конструкций отдельных составных частейизделия.
ЕслиНИР завершается отрицательным результатом, то это свидетельствует либо онеперспективности данной разработки, либо о том, что постановка её насовременном уровне развития науки и техники преждевременна.
НИРвообще может не проводиться, если разработка новой ЭВМ не связана спринципиально новыми техническими решениями, а базируется на достигнутых ранееитогах.
Врезультате проведения НИР выполняется научно-технический отчёт с рекомендациями(или нерекомендациями) на проведение ОКР и составляется техническое задание.
Собственноразработка новой ЭВМ проводится в рамках ОКР. Основываясь на результатах НИР,ОКР имеет целью оптимальное инженерное её воплощение.
Техническое задание являетсяосновным документом на проведение ОКР. Оно составляется исполнителем наосновании требований, предъявляемых к изделию заказчиком, и устанавливаетосновное назначение и показатели качества изделия, технические,технико-экономические, производственные и специальные требования, предъявляемыек разрабатываемому изделию, объёмом, срокам и стадиям разработки, комплектностии составу технической документации, порядку испытаний и ввода изделия впромышленную эксплуатацию, объёмам финансирования и др.
Технические требования являютсяважнейшей частью технического задания, поскольку ориентировочно определяютхарактеристики будущей ЭВМ.
Отдельныестадии разработки могут не планироваться, если разрабатывается несложнаяконструкция или проводится модернизация изделия, не связанная с принципиальнымиизменениями.
Приразработке такого сложного изделия, как ЭВМ на основании общего техническогозадания составляются частные технические задания на отдельные составные части(устройства, блоки, узлы), разработка которых может выполняться различнымисубподрядными организациями, подразделениями, службами. Объём производственныхи экономических требований в частном техническом задании меньше, однакотехнические требования излагаются более подробно и содержат дополнительныеданные.
Впроцессе выполнения ОКР проводятся все конструкторские и технологическиерасчёты, а также необходимые экспериментальные исследования. ОКР заканчиваетсяразработкой полного комплекта конструкторской и технологической документации наизделие и предъявление заказчиком опытного образца или опытной партии изделия,выполненного по этой документации.
ГОСТ2.103 – 68 устанавливает стадии разработки изделий и выпуска конструкторскойдокументации при ОКР, а также определяет основные этапы выполнения работ наэтих стадиях (табл. 5).
Техническоепредложение, эскизный проект, технический проект относятся к проектным стадиям.Соответственно и документацию на изделие, выпускаемую на этих стадиях, называютпроектной .
Техническое предложение –совокупность конструкторских документов, которые содержат технические итехнико-экономические обоснования целесообразности разработки документацииизделия на основании анализа технического задания и различных вариантоввозможной реализации изделий, сравнительной оценки решений с учётомконструктивных и эксплуатационных особенностей разрабатываемого и существующихизделий, а также патентные исследования.
Приразработке ЭВМ на стадии технического предложения прорабатываются следующиеосновные вопросы: обзор научно-технической литературы, патентов инормативно-технических документов по рассматриваемой тематике; определениепринципиальной возможности создания заказываемой ЭВМ; предварительныепредложения по структуре ЭВМ и её элементной базе; формулировка общих рекомендацийпо разработке нескольких возможных вариантов конструкций ЭВМ; предварительноеопределение состава математического обеспечения; составление перечняорганизации-соисполнителей ОКР, уточнение объёмов, стоимости и сроковразработки, выработка предложений по уточнению технического задания.
Послеуточнения, согласования и утверждения заказчиком технического задания и приёмкитехнического предложения приступают к разработке эскизного проекта.
Эскизный проект –совокупность конструкторских документов, содержащих принципиальныеконструктивные решения, дающие общие представления об устройстве и принципеработы изделия, а также данные, определяющие назначение, основные параметры игабариты изделия. На этой стадии выбранный вариант конструкции подвергаетсядетальной проработке для выявления возможности наиболее полного удовлетворениявсех предъявляемых к нему требований. Прорабатываются в основном следующиевопросы: теоретико-экспериментальные исследования по направлениям, намеченнымна стадии технического предложения; выбор оптимального по ряду признаковварианта, подлежащего дальнейшей разработке, т.е. осуществляется выбор главногонаправления конструирования ЭВМ и её составных частей; разработка техническихрешений, направленных на обеспечение показателей надёжности ЭВМ,технологичности, стандартизации и унификации конструкции, эргономикитехнической эстетики, техники безопасности и конкурентоспособности и др.;обоснование и выбор схемной реализации; составления технического задания наразработку новых компонентов, а также контрольно-измерительной аппаратуры;описание ЭВМ в целом и по устройствам; макетирование для отработкиэлектрических схем, тепловых режимов, электромагнитной совместимости;предложения по уточнению технического задания.
Послесогласования, защиты и утверждения эскизный проект служит основанием дляследующей проектной стадии – технического проекта.
Технический проект –совокупность конструкторских документов, содержащих окончательные техническиерешения, дающие полное представление об устройстве разрабатываемого изделия иисходные данные для разработки рабочей документации. Здесь проводится детальнаяотработка схемных и конструкторских решений (на уровне чертежей на все важныеузлы, блоки, устройства), отрабатывается система математического обеспечения;разрабатываются технология изготовления составных частей ЭВМ и средстваавтоматизации её проектирования и изготовления; выполняются пространственныекомпоновочные эскизы и макеты, позволяющие оценивать паразитные связи тепловыережимы, удобство монтажа, ремонта, эксплуатации и защиту от внешнихвоздействий, изготавливаются узлы и блоки, которые проходят необходимыеконтрольные испытания; проверяются и оцениваются технологичность конструкций,степень соответствия их современному уровню микроэлектроники и комплексноймикроминиатюризации, степень унификации и стандартизации и т.д.
Послесогласования, защиты и утверждения технического проекта переходят крабочему проектированию ЭВМ.
Рабочий проект – этосовокупность рабочей конструкторской и технологической документации,предназначенной для изготовления и испытания опытного образца, опытной партии,серийного (массового) производства. Рабочий проект является завершающей,наиболее ответственной стадией разработки ЭВМ.
Настадии рабочего проекта разрабатывается полный комплект конструкторскихдокументов, необходимых для изготовления, проверки, изучения и эксплуатацииЭВМ, технология изготовления отдельных узлов и ЭВМ в целом, изготовляютсяопытные образцы основных узлов и ЭВМ, составляются программы предварительных(заводских) испытаний основных узлов и ЭВМ, проводятся эти испытания,корректируются по результатам испытаний документация. При этом под опытнымобразцом понимают обычно ЭВМ, изготовленную по вновь разработанной рабочейдокументации для проверки его соответствия техническому заданию, проверкиконструкторских решений, определение объёма и характера последующей инеобходимой корректировки конструкторских документов и подготовкитехнологического оснащения производства.
Дляоценки качеств опытного образца ЭВМ создаётся государственная илимежведомственная комиссия. Она оценивает степень соответствия разработки всемтребованиям технического задания, полноту и качество выполнения конструкторскойи технологической документации, даёт рекомендации по целесообразности передачиновых ЭВМ в серийное производство. При необходимости определяется переченьнужных доработок и проводится дополнительные испытания ЭВМ. Приёмкой опытногообразца ОКР практически завершается, и комплекты конструкторской итехнологической документации передаются на производство для организациисерийного или массового выпуска ЭВМ.
Всерийном или массовом производстве выполняется также ряд этапов конструкторскихи технологических работ: изготовление и испытание опытной (установочной) серииизделий; корректировка конструкторских и технологических документов порезультатам изготовления и испытания составных частей ЭВМ опытной серии;изготовление головной (контрольной) серии ЭВМ по полностью оснащённомутехнологическому процессу; корректировка конструкторских и технологическихдокументов по результатам изготовления и испытания головной серии;непосредственно производство ЭВМ.
Взаключение необходимо отметить, что в ходе выполнения работ постоянно уточняютпринимаемые решения на различных стадиях разработки и находят оптимальные.Спецификой разработки ЭВМ является также то, что с самого начала разработки навсех её стадиях и этапах взаимодействуют специалисты различного профиля:схемотехники, конструкторы, технологи и др. Обобщённый перечень решаемых имизадач представлен на рис. 3
7Производственный и технологический процессы
ИзготовлениеЭВМ происходит во время производственного процесса, который представляетсобой совокупность действий в результате которых сырьё, материалы,полуфабрикаты и комплектующие изделия, поступающие на предприятие, превращаютсяв готовую продукцию. Производственный процесс включает не только изготовлениеизделий, но и подготовку производства, планирование, материально-техническоеснабжение, ремонт оборудования, транспортирование, финансирование и т.д.Принято делить его на основной, во время которого изготовляютзапланированную предприятием основную продукцию, и вспомогательный, вовремя которого изготавливают технологическую оснастку и товары народногопотребления, производят ремонт оборудования и прокладку коммуникаций,осуществляют охрану окружающей среды, хранение и транспортирование изделий ит.п.
Технологический процесс – эточасть производственного процесса, содержащее действия по изменению ипоследующему определению состояния предмета производства. Основными элементамитехнологического процесса служат технологическая операция, технологический ивспомогательный переходы, позиция.
Технологическая операция –законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем местенепрерывно. Она является основной единицей производственного планирования иучёта.
Всеиспользуемые в производстве ЭВМ технологические процессы можно разделить наследующие основные группы.
Первую группусоставляют технологические процессы производства ЭРЭ, ИМС, микросборок,электронно-функциональных элементов, которые характеризуют массовым выпуском,тщательностью обработки конструкции, высоким уровнем технологичности иавтоматизации производства высокой надёжностью и низкой стоимостью.
Вовторую группу входят технологическиепроцессы изготовления элементов несущих конструкций, видов изащитно-декоративных изделий (штамповка, литьё, прессование, точение,фрезерование, электрофизические методы обработки и т.п.), которые заимствованыиз других, в основном машиностроительных, отраслей и приспособлены дляпроизводства ЭВМ.
Втретью группу входят технологическиепроцессы сборки и монтажа ЭВМ, которые занимают в общем объёме производства от50 до 70%. Для снижение длительности производственного цикла осуществляетсяпараллельная сборка модулей различных уровней и комплексная автоматизация.Основные направления их совершенствования: повышение плотности компоновкинавесных элементов на печатные платы и плотность печатного монтажа за счётприменения многослойных печатных плат на керамических и полиимидных основаниях;широкое использование бескорпусных ИМС и ЭРЭ, перспективных технологий ихмонтажа, в частности монтажа «на поверхность» и автоматизированногооборудования; разработка новых методов сборки и монтажа модулей второго ипоследующих уровней; оптимизация количества операций промежуточного контроля поэкономическим критериям; разработка мер по технологическому обеспечениюнадёжности электрических соединений.
Четвёртую группусоставляют технологические процессы контроля, регулировки и испытаний ЭВМ,которые характеризуются применением высококвалифицированной рабочей силы,специальной измерительной аппаратуры. От качества выполнения этих процессов вомногом зависит надёжность выпускаемых машин. Предварительный контроль ирегулировка функциональных параметров отдельных модулей позволяют сокращатьвремя настройки аппаратуры в целом. Перспективно широкое использованиеконтролирующей и диагностирующей аппаратуры, реализованной на микропроцессорах.
Взависимости от типа производства разработанный технологический процесс можетбыть представлен с различной степенью детализации: маршрутный,маршрутно-операционный, операционный.
Маршрутный технологический процесс – процесс, выполняемый по документации, в которой содержание операцийизлагается без указания переходов и режимов обработки. В маршрутно-операционноми операционном технологических процессах содержание отдельных,наиболее сложных и важных, или всех операций соответственно детализируется суказанием содержания переходов и режимов обработки.
Изделиявычислительной техники могут изготавливаться на предприятиях в различномколичестве, т.е. в производстве определённого типа. Под типом производствапонимается квалифицированная категория, определяемая по признакам широтыноменклатуры, регулярности, стабильности и объёма выпуска изделий. Различаюттри типа производства: единичное, серийное имассовое. Например,такие функционально и конструктивно сложные ЭВМ, как супер-ЭВМ, могутизготавливаться в единичном производстве, а такие ЭВМ, как микро- иперсональные, а также различные периферийные устройства требуют серийного илимассового производства.
Изделияспециального назначения выпускаются, как правило, в малом объёме, т.е.практически единичными экземплярами, разными по конструкции широкойноменклатуры. Оснащение единичного производства обычно универсальное,предназначенное для изготовления разнообразной продукции. Рабочие основногопроизводства имеют при этом высокую квалификацию, закрепления рабочих мест, какправило, отсутствуют.
Присерийном производстве изделия, одинаковые или различные по конструкции, нодостаточно ограниченной номенклатурой, выпускаются чередующимися сериями(партиями). Объём выпуска изделий сравнительно большой, возможна различнаявеличина партий (мелкосерийное(МС), среднесерийное(СС) или крупносерийное (КС)производство). При этом требуется рабочие средней квалификации, посколькунаряду с универсальным оснащением в производстве используется также специальноетехнологическое оборудование. За каждым рабочим местом закреплено несколькотехнологических операций, выполняемых периодически.
Массовоепроизводство предусматривает, что изготовление изделий установившихсяконструкций узкой номенклатуры идёт непрерывно в больших количествах в теченииопределённого длительного интервала времени. Обычно требуется полнаявзаимозаменяемость деталей и узлов выпускаемых изделий, но расчленение сложныхтехнологических операций на более простые позволяет закреплять за рабочимместом одну операцию и использовать на производстве рабочих более низкойквалификации.
Дляпроизводства ЭВМ характерно изменение в серийности: изготовление элементов ифункциональных электронных модулей следует рассматривать как крупносерийное илимассовое производство, а окончательную сборку и настройку всего изделия – какмелкосерийное, что необходимо учитывать при проектировании технологическихпроцессов и организации производства. Чем больше серия выпускаемых изделий именьших их номенклатура, тем больше число операций включает разрабатываемыйтехнологический процесс. При более высокой серийности производства егоподготовка занимает больше времени, чем при мелких сериях, однако увеличениеобъёма выпуска изделий существенно снижает стоимость их изготовления.
8Нормативно-техническая документация
Впроцессе проектирования, производства, а также для обеспечения эксплуатации иремонта ЭВМ выпускают различные технические документы. Всю эту документациюможно разделить на три основные группы: конструкторскую, технологическую инормативно-технологическую.
Конструкторская документация  наЭВМ – это совокупность документов, которые полностью и однозначно определяютвсе необходимые и достаточные данные для изготовления, наладки, приёмки,эксплуатации и ремонта как ЭВМ в целом, так и всех её составных частей.
Выполнениеконструкторской документации на изделия ЭВМ имеет ряд особенностей, связанныхкак с особенностями ЭВМ, так и с методами выполнения документов.
Во-первых,к изделиям ЭВМ относятся устройства, работающие на различных принципах:электронные (арифметико-логические устройства, устройства оперативной памяти идр.); электромеханические (накопители на магнитных дисках, устройства печати ит.п.); механические (стойки, рамы и т.д.). Данное обстоятельство усложняетвыполнение конструкторской документации.
Во-вторых,при проектировании стационарных ЭВМ, как правило, используется модульныйпринцип конструирования, т.е. применяется конкретное конструкционная система смодульной структурой. При этом все несущие конструкции (стойки, рамы, панели,типовые элементы замены и т.п.) создаются типовыми в виде базовых конструкций.Базовые конструкции имеют полные комплекты конструкторских документов, проходятнеобходимые испытания и могут быть номенклатурными изделиями. В этом случаевозможно заимствование конструкторской документации из предшествующих илипараллельных разработок и сокращение срока проектирования.
В-третьих,особенности изделий ЭВМ и методов их проектирования (автоматизированноеконструирование, использование САПР и т.п.) привели к созданию ряда специфическихконструкторских документов. К ним относятся схемы алгоритмов, временныедиаграммы, таблицы сигналов, таблицы проверки параметров и др.
Приавтоматизированном конструировании изделий ЭВМ основной комплектконструкторских документов, как правило, не изменяется. Однако для обеспеченияавтоматизированного изготовления и контроля изделий могут создаваться документыкак в традиционном виде (на бумаге, кальке), так и в нетрадиционном – намагнитных носителях (перфоленте, магнитной ленте и т.п.).
Технологические документы вотдельности или в совокупности определяют технологический процесс изготовления(сборки), ремонта изделия и его составных частей, а также содержат необходимыедостаточные данные для организации производства.
Разнообразиетехнологических процессов, используемых при производстве ЭВМ (от изготовленияэлектронных элементов до печатных плат, электромонтажа и сборки изделий ЭВМ),приводит к необходимости учёта этого обстоятельства при разработке техническойдокументации.
Оченьважной группой технических документов, используемых при проектировании ипроизводстве ЭВМ, является группа нормативно-технических документов. Ониобеспечивают: единство подхода к разработке, изготовлению и эксплуатацииизделий ЭВМ; техническую, информационную и программную совместимость;необходимые качественные показатели изделий и удешевление последних; сокращениясроков проектирования и производства и т.п.
Группанормативно-технических документов, используемая в пределах одной разработки,представляет собой комплекс взаимосвязанных стандартов различного уровня(государственных, республиканских, отраслевых, предприятия), а такжеруководящих материалов.
Припроектировании и производстве ЭВМ используются как стандарты относящиесянепосредственно к вычислительной технике, так и стандарты устанавливающие вовсех организациях и предприятиях независимо от объёма проектирования ипроизводства единые правила оформления документации, подготовки производства ит.п.
Внастоящее время система стандартов по вычислительной технике включает несколькосотен стандартов различных категорий (ГОСТы, ОСТы, СТП). Они периодическипересматриваются, с тем чтобы их параметры находились на современном уровнеразвития техники.
Основнымиобъектами стандартизации в ЭВМ обычно являются: общие вопросы проектирования(терминология, технические требования, технические условия, методы испытаний идр.); элементная база; конструктивная и технологическая база и нормыпроектирования; система сопряжения устройств и обеспечение единства ихинтерфейсов; показатель надёжности ЭВМ и их составных частей, методыопределения показателей; номенклатура и правила выполнения конструкторскойдокументации; кодирование информации на носителях и устройствах передачиданных, в документации; системы математического обеспечения и программнойдокументации и др.
Особоезначение имеют: стандартизация элементной и конструктивно-технологической базы,в частности установления конструктивной модульности; унификация элементовконструкции; сокращение номенклатуры применяемых ЭРЭ, материалов и др.;установление единых требований эргономики, технической эстетики к монтажнымдеталям и связанным с ними конструктивным элементам для придания конструкциямЭВМ и их устройствам современного вида, способствующего конкурентоспособностиЭВМ на внешнем рынке. Именно стандарты на эти объекты определяют техническуюсовместимость конструкций ЭВМ.
Элементнаябаза определяется стандартами, устанавливающими: единую номенклатуру ИМС имикросборок с их электрическими и эксплуатационными характеристиками; маркировкуи обозначение схем, ЭРЭ и приборов; правила построения устройств ифункциональных узлов на микросхемах; перечни ЭРЭ и приборов разрешённых кприменению.
Конструктивно-технологическаябаза и нормы проектирования определяются стандартами, регламентирующими системуи структуру базовых конструкций и их типоразмеры, типовые унифицированныеконструкции модулей всех уровней, единые унифицированные элементы органовуправления и индикации, единые требования к стилевому оформлению техническихсредств ЭВМ и т.д.
Особуюроль в группе нормативно-технических документов при конструировании ипроизводстве ЭВМ играют государственные стандарты, входящие в Единую системуконструкторской документации (ЕСКД), Единую систему технологическойдокументации (ЕСТД),Единую систему программной документации (ЕСПД).Их основное назначение заключается в установлении во всех организациях и навсех предприятиях единых правил выполнения документации. Они дают возможностьобмена документами между организациями и предприятиями без их переоформления, атакже обеспечивают стабильность комплектности, исключающую повторную разработкуи выпуск дополнительных документов.
ЕСКДпредставляет собой комплекс государственных стандартов устанавливающихвзаимосвязанные правила и положения по порядку разработки, оформления иобращения конструкторских документов (табл. 6). В ГОСТах ЕСКД изложены:основные положения; комплектность и формы конструкторских документов; правилавыполнения и оформления схем, чертежей, и текстовых документов; графические ибуквенные условные обозначения; обозначения конструкторских документов; правилаучёта, хранения, обращения и изменения конструкторских документов.
ЕСТДпредставляет собой комплекс государственных стандартов и руководящихнормативных документов, устанавливающих взаимосвязанные правила и положения попорядку разработки, комплектации, оформления и обращения технологическихдокументов, применяемый при изготовлении и ремонте изделий (включая контроль,испытания и перемещения). В ГОСТах ЕСТД изложены: единая системе обозначениятехнологических документов; положения обеспечения единства оформлениядокументов; положения обеспечения унификации последовательности размещенияоднородной информации в формах документации на различные виды работ (табл. 7).
Правиласоставления и оформления программных документов на ЭВМ устанавливаются ЕСПД.
Всеотраслевые стандарты, стандарты предприятий руководящие материалы строятся наоснове действующих государственных стандартов и являются их развитием илиограничением. Они, как правило, устанавливают единство схемотехнических иконструктивно-технологических решений и математического обеспечения ЭВМ ираспространяются на схемную конструкторскую документацию, условные графическиеобозначения, специфические документы вычислительной техники, выполняемые как вручную, так и автоматизированным способом.
Впроцессе проектирования и производства ЭВМ используются различные видыконструкторских и технологических документов.
Графическиеи текстовые конструкторские документы подразделяются на виды согласно ГОСТ2.102 – 68.
Кграфическим конструкторским документам относятся следующие виды чертежей:
1)  чертёж детали, содержащийизображение детали и другие данные, необходимые для её изготовления и контроля;
2)  сборочный чертёж, содержащийизображение детали и другие данные, необходимые для её сборки (изготовления) иконтроля;
3)  чертёж общего вида, определяющийконструкцию изделия, взаимодействие его составных частей и поясняющий принципработы изделия;
4)  теоретический чертёж определяющийгеометрическую форму (обводы) изделия и координаты расположения составныхчастей;
5)  габаритный чертёж, содержащийконтурное (упрощённое) изображение изделия с габаритными, установочными иприсоединительными размерами;
6)  электромонтажный чертёж,содержащий данные, необходимые для выполнения электрического монтажа изделия;
7)  монтажный чертёж, содержащийконтурное (упрощённое) изображение изделия, а также данные, необходимые для егоустановки (монтажа) на месте применения;
8)  схема – документ, на которомпоказаны в виде условных изображений или обозначений составные части изделия исвязи между ними;
9)  спецификация – документопределяющий состав сборочной единицы комплекса или комплекта.
Кромеуказанных выше в состав конструкторской документации входят также текстовые документации:различные ведомости, например ведомости спецификаций ссылочных документов,покупных изделий, разрешения применения покупных изделий, держателейподлинников и др. Важными документами, входящими в состав конструкторскойдокументации являются также:
1)  пояснительная записка – документ,содержащий описание устройства и принципа действия разрабатываемого изделия, атакже обоснование принятых при его разработке технических итехнико-экономических решений;
2)  технические условия – документ,содержащий требования (совокупность всех показателей, норм, правил и положений)к изделию, его изготовлению, контролю, приёмке и поставке, которыенецелесообразно указывать в других конструкторских документах;
3)  программа и методика испытания –документ, содержащий технические данные, подлежащие проверке при испытанииизделий, а также порядок и методы их контроля;
4)  таблица – документ, содержащий взависимости от его назначения соответствующие данные, сведённые в таблицу;
5)  расчёт – документ, содержащий расчётыпараметров и величин, например расчёт размерных цепей, расчёт на прочность идр.;
6)  эксплуатационные документы –документы, предназначенные для использования при эксплуатации, обслуживании иремонте изделия в процессе эксплуатации;
7)  ремонтные документы – документы,содержащие данные для приготовления ремонтных работ на специализированныхпредприятиях;
8)  инструкция – документ, содержащийуказания и правила, используемые при изготовлении изделия (сборка, регулировка,контроль, приёмка и т.п.).
Разработанныетехнологические процессы изготовления изделий оформляются в виде специальныхтехнологических документов, обусловливающих их правильное планирование ивыполнение. Состав технологических документов и правила их заполненияопределяются ЕСТД.
Взависимости от назначения технологические документы подразделяют на основные ивспомогательные. К основным относятся документы, полностью и однозначноопределяющие технологический процесс (операцию) изготовления или ремонта, атакже содержащие сводную информацию, необходимую для решенияинженерно-технических, планово-экономических и организационных задач. Вспомогательныедокументы применяются при разработке, внедрении и функционированиитехнологических процессов и операций.
Составприменяемых видов документов определяется предприятием – разработчиком ЭВМ взависимости от стадий разработки технологической документации, типа и характерапроизводства. ГОСТ 3.1102–81 предусматривает следующие виды графических итекстовых технологических документов: карты технологического процесса(маршрутная, операционная, комплектовочная, эскизов и др.); технологическуюинструкцию; различные ведомости (например, ведомости материалов, оборудования,оснастки и т.п.).
Маршрутнаякарта (МК) предназначена для описания технологического процесса изготовления иконтроля изделий по всем операциям в технологической последовательности суказанием соответствующих данных об оборудовании, технологической оснастке,материальных нормативах и трудовых затратах и без разделения операций напереходы.
Операционнаякарта (ОК) содержит описание одной из операций технологического процессаизготовления изделий с расчленением операций на последовательные переходы и суказанием данных о средствах технологического оснащения, материальных итрудовых затратах. В зависимости от характера производства и выполняемых работГОСТы ЕСТД устанавливают различные виды операционных карт; процессамеханической обработки, сборочных и электромонтажных работ, слесарно-сборочныхработ, технического контроля и т.д.
Комплектовочнаякарта (КК) – документ, содержащий сведения о деталях, сборочных единицах иматериалах, входящих в комплект сборочной единицы более высокого уровня. Вседанные заносятся в карту в технологической последовательности выполненияопераций.
Картаэскизов (КЭ) – графический документ, содержащий эскизы, схемы и таблицы. Онпредназначен для пояснения и выполнения технологического процесса, операции илиперехода.
Технологическаяинструкция (ТИ) – документ, применяемый в целях сокращения объёмаразрабатываемой технологической документации. Он описывает специфические приёмыработ или методики контроля технологического процесса, правила пользованияоборудованием и приборами, а также содержит описание физико-химических явлений,происходящих при отдельных операциях технологического процесса.
Различногорода ведомости, например ведомости оснастки (ВО), оборудования (ВОБ),материалов (ВМ) и др., предназначены для указания применяемости втехнологическом процессе необходимой оснастки, оборудования, материалов и нормих расхода.
Правилаоформления вышеназванных технологических документов устанавливаютсясоответствующими ГОСТами ЕСТД.
Наосновании технологических документов определяется трудоёмкость работы,оснащаются рабочие места материалами, заготовками, сборочными комплектами,осуществляется контроль над ведением работ.
Настадиях предварительного проекта и опытного образца предприятием-разработчикомобязательно разрабатываются и выпускаются маршрутные карты, технологическиеинструкции и карты наладки. Для установившегося серийного и массовогопроизводства к числу обязательных относят практически все виды вышеназванныхтехнологических документов.