Схема решения проектно-конструкторских задач с помощью средств вычислительной техники

                                         СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………2

1)  Этапы развития вычислительной техники……………………………..3

2)  Этапы конструирования СВТ…………………………………………..9

2.1 Конструктивные модули первого уровня……………………………9

2.2 Конструирование и технология модулей второго уровня…………..9

2.3 Конструктивные модули третьего и четвёртого уровней УПК…....10

2.4 Конструкторско-технологическое обеспечение технологичности

и надёжности СВТ………………………………………………………….11

2.5 Обеспечение тепловых режимов СВТ………………………………..12

2.6 Обеспечение работоспособности СВТ в условиях силовых

 воздействий…………………………………………………………………12

2.7 Оформление технической документации при разработке СВТ……13

3)  Схема   решения проектно-конструкторских задач с помощью средств вычислительной техники…………………………………………………..14

Заключение……………………………………………………………….....20

Список используемых информационных источников…………………..21

 

 

 

 

                                          ВВЕДЕНИЕ

 

          Развитие средств вычислительной техники обеспечило для создания и широкого использования систем обработки данных разнообразного назначения. Разрабатываются информационные системы для обслуживания различных систем деятельности, систем управления хозяйственными и техническими объектами, модельные комплексы для научных исследований, системы автоматизации проектирования и производства, всевозможные тренажеры и обучающие системы.

Одной из важных предпосылок создания таких систем стала возможность оснащения  их «памятью» для накопления, хранения и систематизация больших объемов данных. Другой существенной предпосылкой нужно признать разработку подходов, а также создание программных и технических средств конструирования систем, предназначенных для коллективного пользования. В этой связи потребовалось разработать специальные методы и механизмы управления такого рода совместно используемыми ресурсами данных, которые стали называться базами данных. Исследования и разработки, связанные с проектированием, созданием и эксплуатации баз данных, а также необходимых для этих целей языковых и программных инструментальных средств привели к появлению самостоятельной ветви информатики, получившей название системы управления данными.

 

1. ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ.

 

Первое поколение  ЭВМ. Вторая мировая война, как ни чудовищно это звучит, способствовала ускорению разработки новых автоматических вычислительных машин. Конструируемое современное вооружение требовало проведения быстрых вычислений, например, для систем наведения при управлении зенитным огнем. Механические системы не могли дать достаточной точности. Военные настаивали на скорейшем проведении исследований и немедленной постройке электронных вычислительных машин.

В 1942 году Джей Пр. Экерт и Джон Маучли вместе со своими сотрудниками-единомышленниками  в школе электрических разработок университета штата Пенсильвания задумывают постройку быстродействующей электронно-вычислительной машины. Эта машина предназначалась для проведения математических расчетов в военном деле и получила название "ЭНИАК" (ENIAC, аббревиатура от Electronic Numeral Integrator and Computer – электронный числовой интегратор и вычислитель). Машинное слово у этого компьютера содержало всего 10 десятичных цифр (у компьютера "Марк-1" – 23), однако выполнял он 300 операций умножения за одну секунду! Такой производительности удалось достичь за счет хранения в памяти машины готовых результатов таблиц умножения (вспомогательных таблиц умножения).

Управлять процессом  вычислений стала программа, хранящаяся в выделенной области памяти. Программа  представляла собой набор двоичных чисел, и поскольку была плохо понятна неспециалисту, то ее назвали машинной программой. Каждая команда машинной программы соответствовала определенной функции, то есть определенному кабельному соединению в блоке соединений. Теперь для загрузки новой программы не требовалось делать новые соединения или убирать старые, как при программировании с помощью кабельных соединений. Оставалось только поместить новую программу в память.

В 1946 году в журнале "Nature" вышла статья Дж. Фон Неймана, Г. Голдстайна и А. Беркса "Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства". В этой статье фон Нейман с соавторами обосновал следующие необходимые для построения любой ЭВМ принципы, лежащие в основе функционирования современных вычислительных машин:

- логика работы вычислительного устройства достаточно однозначно определяет его основные компоненты (компьютер должен иметь следующие устройства: арифметико-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции; устройство управления, которое организует процесс выполнения программ; запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных; внешние устройства для ввода-вывода информации);

- принцип двоичного кодирования всей информации (любая информация (числовая, графическая, текстовая, звуковая) представляется в двоичной системе счисления);

- принцип хранимой программы (команды программы и данные по форме представления одинаковы, следовательно, могут храниться в единой памяти);

принцип программного управления (суть этого принципа сводится к трем положениям: 1) любая работа выполняется компьютером по программе; 2) исполняемая программа находится в оперативной памяти; 3) программа выполняется автоматически);

- принцип адресации памяти (считывание из памяти и запись в память производится только ячейками ("порциями") из определенного количества бит, все ячейки памяти пронумерованы, номер ячейки принято называть адресом);

- принцип иерархической организации различных видов памяти (поскольку требования к объему и скорости считывания из памяти находятся в обратной зависимости, создать единую память, которая была бы достаточной и по объему и по быстродействию, невозможно – необходима иерархия нескольких разновидностей памяти, такая, что чем быстрее она работает, тем меньше ее объем);

- принципы реализации машинной арифметики (заложены основы двоичной арифметики для ЭВМ; в качестве базовой операции используется сложение, остальные операции так или иначе сводятся к нему; описано, как реализовывать разветвляющиеся и циклические программы с помощью инструкций перехода и др.).

Принципиальное  описание устройства и работы компьютера принято называть архитектурой ЭВМ. Идеи, изложенные в упомянутой выше статье, получили название "архитектура  ЭВМ Дж. Фон Неймана".

После второй мировой  войны Джон фон Нейман приступил  к разработке собственного компьютера, основанного на современных ему  идеях. Компьютер получил название IAS (Institute for Advanced Studies – компьютер Института перспективных исследований).

Впервые машина была представлена в 1952 году в Принстоне (США).

В компьютере IAS нашли применение следующие основные принципы, которые были реализованы во всех последующих цифровых машинах:

- наличие арифметического устройства для выполнения арифметических действий;

- расположение программы и данных в общей памяти;

- цикл выполнения программы;

- последовательное расположение программы в памяти;

- наличие регистров (маленькой, быстрой и большой, медленной памяти) и т.д.

Компьютер IAS работал вполне эффективно, в частности, он производил умножение за 100 микросекунд, а доступ к памяти (чтение из памяти и запись в память) осуществлялся за 50 микросекунд. Для того времени эти результаты были весьма впечатляющими.

Второе  поколение (период от конца 50-х до конца 60-х годов). В 1949 году в США был создан первый полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу. Он получил название транзистор. Транзисторы быстро внедрялись в радиотехнику. В 60-х годах транзисторы стали элементной базой для ЭВМ второго поколения.

Большое развитие получили устройства внешней (магнитной) памяти: магнитные барабаны, накопители на магнитных лентах. Благодаря этому  появилась возможность создавать  на ЭВМ информационно-справочные, поисковые  системы. Такие системы связаны  с необходимостью длительно хранить на магнитных носителях большие объемы информации.

Третье  поколение (период от конца 60-х до конца 70-х годов). Элементная база: интегральные схемы (ИС), которые вставляются в специальные гнезда на печатной плате.

ЭВМ третьего поколения  начали производиться во второй половине 60-х годов, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM-360. Это были машины на ИС. Немного позднее стали выпускаться машины серии IBM-370, построенные на БИС. В нашей стране в 70-х годах начался выпуск машин серии ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ) по образцу IBM 360/370.

 

На машинах  третьего поколения появился новый  тип внешних запоминающих устройств  – магнитные диски. Накопители на магнитных дисках (НМД) работают гораздо  быстрее, чем накопители на магнитных лентах (НМЛ). Широко используются новые типы устройств ввода-вывода: дисплеи, графопостроители.

Четвертое поколение (от конца 70-х годов по настоящее время). Очередное революционное событие в электронике произошло в 1971 году, когда американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора.

Современные ЭВМ  превосходят компьютеры предыдущих поколений компактностью, огромными  возможностями и доступностью для  разных категорий пользователей. Основные технические характеристики современного персонального компьютера: процессор (быстродействие – тактовая частота, разрядность), оперативная и внешняя память (объем памяти, скорость доступа к памяти и др.), видеопамять, средства ввода-вывода, средства коммуникации и др.

Очень важно  правильно выбрать конфигурацию компьютера:

- тип основного микропроцессора и материнской платы;

- объем основной и внешней памяти;

- номенклатуру устройств внешней памяти;

- виды системного и локального интерфейсов;

- тип видеоадаптера и видеомонитора;

- типы клавиатуры, принтера, манипулятора, модема и др.

ЭВМ пятого поколения – это машины недалекого будущего. Основным их качеством должен быть высокий интеллектуальный уровень. Машины пятого поколения – это реализованный искусственный интеллект.

ЭВМ пятого поколения  должны удовлетворять следующим качественно новым функциональным требованиям:

1.        Обеспечивать простоту применения  ЭВМ путем эффективных систем  ввода-вывода информации, диалоговой  обработки информации с использованием  естественных языков, возможности  обучаемости, ассоциативных построений и логических выводов (интеллектуализация ЭВМ);

2.        Упростить процесс создания программных  средств путем автоматизации  синтеза программ по спецификациям  исходных требований на естественных  языках; усовершенствовать инструментальные средства разработчиков;

3.        Улучшить основные характеристики  и эксплуатационные качества  ЭВМ, обеспечить их разнообразие  и высокую адаптируемость к  приложениям.

 

                           2. ЭТАПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ СВТ.

             2.1 Конструктивные модули первого уровня.

Классификация элементной базы СВТ по технологии изготовления, принципу работы и уровню интеграции.

Интегральные  микросхемы:

- полупроводниковые (МОП, биполярные, комплиментарные),

- плёночные (тонкие и толстые плёнки),

- поликерамические.

Конструкции: основные технологические процессы и операции при изготовлении микросхем.

Экономические и технологические проблемы больших (БИС) и сверхбольших (СБИС) микросхем. Применение в составе элементной базы СВТ приборов функциональной электроники (оптоэлектронных, акустоэлектронных и иных) как возможный путь решения проблемы 0тирании количеств0.

Сборка микросхем:

- технология сборки корпусных и безкорпусных приборов;

- много-кристальные структуры БИС и СБИС, проблемы герметизации.

                2.2 Конструирование и технология модулей второго уровня.

Универсальные типовые конструкции (ТЭЗ) модулей  второго уровня. Монтажные платы:

- печатный и печатнопроводный монтаж;

- многослойные керамические платы.

Технология  печатного монтажа:

методы создания защитного рисунка и формирования проводников на изоляционном основании.

Конструктивно-технологические  особенности:

- аддитивных;

-Субтрактивных;

-  комбинированных;

- многослойные печатные платы( изготовленные способами металлизации сквозных отверстий, попарного прессования);