Примеры организации иерархии в конструкциях ЭВМ

На рис.5.1 представлен один из наиболее распространенных вариантов конструктивной иерархии универсальных ЭВМ со сложной структурой. В нем уровень I конструктивной иерархии включает в себя типовой элемент замены (ТЭЗ) - конструктивно законченную единицу, которая самостоятельна по технологии производства и служит исходной конструктивной единицей всей машины и взаимозаменяема с однотипными ТЭЗ.

Число типов ТЭЗ (их номенклатуру) следует делать как можно меньшим. Это достигается рациональным разбиением функциональной схемы машины на отдельные повторяющиеся участки.

Рис. 5.1. Конструктивная иерархия больших универсальных ЭВМ

В качестве ТЭЗ в рассматриваемом варианте конструктивной иерархии используются ячейк и - прямоугольные печатные платы с разъемом (печатным или штыревым) и (возможно) ручкой, объединяющие до нескольких десятков микросхем. Ячейки монтируют в панели - металлическую конструкцию, имеющую в своем составе ответные части разъемов для ячеек, ответный монтаж, разводку питания и шины заземления. Несколько панелей монтируются в стойке, имеющей дверцы, закрывающие внутренний объем. Кроме панелей в состав стойки могут входить блоки питания, устройства вентиляции, блокировки и т. д. Несколько стоек (шкафов), объединенных электрически с помощью кабелей, образуют ЭВМ. Иерархию микросхема - ячейка - панель - стойка - ЭВМ (система) широко использовали в серии машин «System-360» фирмы «IBM» (США), многопроцессорной машине «Illiac-IV», в машинах ЕС ЭВМ и др.

Недостаток конструкций, применяющих в качестве ТЭЗ ячейки с постоянными габаритными размерами, - наличие неиспользованного объема, так как не все типы ячеек оказываются насыщенными микросхемами.

Этого недостатка лишены конструкции, где в качестве ТЭЗ берется модуль - структурная единица уровня I, унифицированная по конструктивным размерам (геометрическим и присоединительным) и имеющая два размера (толщину или высоту и ширину) постоянными, а третий размер (длину) - изменяющийся от одного типа модуля к другому. На рис. 5.2 представлена конструктивная иерархия ЭВМ, использующая в качестве ТЭЗ модули различной длины. Модуль представляет собой прямоугольную печатную плату, на которой с одной или с обеих сторон в 2-3 ряда располагаются микросхемы. Закрепление модуля на субблоке осуществляют с помощью штырей, перпендикулярных плоскости платы модуля и монтируемых или на самом модуле, как показано на рисунке, или на базовой плате субблока.

Рис. 5.2. Модульный вариант конструктивной иерархии больших ЭВМ

Субблок - плоская конструкция, служащая для объединения модулей и имеющая в своем составе раму, базовую плату, разъем и механизм фиксации в стойке (шкафу). Монтаж стойки ЭВМ осуществляют непосредственно из субблоков без промежуточных конструктивных единиц.

Уменьшение функционального состава ЭВМ приводит к упрощению ее конструкции. На рис. 5.3 представлена конструктивная иерархия небольшой управляющей ЭВМ (микросхема - ячейка - блок - стойка), отличие которой от предыдущих примеров иерархии - использование блоков - конструктивных единиц, объединяющих ячейки и функционально включающих в себя целиком устройства машины (арифметическое, запоминающее, управления и др.). Примером блочного построения ЭВМ могут служить машины, выпускавшиеся фирмой «Stein Associates» (США), CM ЭВМ и др.

Рис. 5.3. Блочный вариант конструктивной иерархии средних и малых ЭВМ

Для небольших настольных и бортовых ЭВМ необходимость в использовании конструктивных единиц уровня II (субблоков, панелей, блоков) отпадает - ЭВМ монтируют непосредственно из ячеек. При этом размеры ячеек и число монтируемых на них микросхем, как правило, больше, чем в больших и средних ЭВМ. Это связано с тем, что разбиение функциональной схемы сравнительно небольших вычислительных машин на повторяющиеся мелкие узлы приводит к необходимости изготовления ячеек (или модулей) небольшого размера, а отсюда к появлению большого числа проводных и разъемных соединений.

Рис. 5.4. Конструктивная иерархия настольных ЭВМ

На рис. 5.4 представлены структурные уровни конструктивной иерархии настольной, а на рис. 5.5 - бортовой ЭВМ. В обоих случаях ячейки вместе со смонтированными на них микросхемами устанавливаются непосредственно на базовую плату, образуя блок, который затем помещают в кожух с пультом управления (настольный вариант) или с разъемом (бортовой вариант).

Рис. 3.5. Конструктивная иерархия бортовых ЭВМ

Примером двухуровневой конструктивной иерархии может служить конструкция одноплатной управляющей микро-ЭВМ, встраиваемой непосредственно в объект управления (рис. 5.6). В такой конструкции БИС устанавливается на печатную плату с внешними разъемами, элементами крепления ее в объекте управления и элементами индикации (при необходимости) с лицевой стороны. Управление и электропитание осуществляются от управляемого объекта.