Продолжение таблицы 8.9

Уровень компоновки i	Вариант 2 (МКМ)	Вариант 3 (МПП ФБ)
, мм	, нс	, нс	, нс	, нс	, ГГц	, мм	, нс	, нс	, нс	, нс	, ГГц
i = 1	0,19	0,07	0,07	0,20	0,27	3,70	0,19	0,07	0,07	0,20	0,27	3,70
i = 2	1,9	0,70	0,36	0,20	0,56	1,79	1,9	0,70	0,36	0,20	0,56	1,79
i = 3	3,6	1,34	0,49	0,20	0,69	1,45	3,6	1,34	0,49	0,20	0,69	1,45
i = 4	29,4	10,7	0,88	0,20	1,08	0,93		18,6	1,17	0,20	1,37	0,73

Так, например, результаты расчетов, приведенные в таблице 8.9, показывают, что в варианте 1 устройства (СБИС) при эффективной интеграции на третьем уровне (i = 3), составляющей N ₃ = 5000 ЭЛЭ, системное быстродействие составляет f_{с 3} = 4,55 ГГц. Это означает, что, если машинный такт в устройстве будет содержать 10 каскадов ЭЛЭ, то тактовое быстродействие его составит F _т3 = 455 МГц, что примерно соответствует тактовому быстродействию современных персональных компьютеров. Другие варианты конструкции устройства этого не обеспечивают.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данное учебное пособие представляет собой сочетание теоретических и прикладных основ компоновки элементов и устройств ЭВМ, составляющих важную составную часть электронного конструирования СВТ. Теоретическая часть основана на принципе функциональной структуризации логической схемы устройства (т.е. на представлении ее в виде нескольких структурных компоновочных уровней) и использовании новой иерархической компоновочной модели схемы устройства.

Основным элементом теоретической части является система взаимосвязанных компоновочных соотношений, предназначенная для расчета первичных компоновочных параметров устройства. Эта система учитывает методы и принципы компоновки элементов в устройстве, а также степень функциональной законченности на каждом компоновочном уровне.

Первичные компоновочные параметры представляют собой основные и производные характеристики логической схемы устройства и одновременно являются схемными параметрами его конструкции. К ним относятся компоновочные характеристики логической схемы по числу внешних контактов (внешних связей), нагрузочной способности цепей, общему числу связей и цепей в схеме и среднему числу связей в одной цепи, числу каскадов элементов в тракте обработки информации и др.

Прикладная часть основ базируется на теоретической части и основана на использовании ряда компоновочных моделей конструкции устройства. Основным элементом прикладной части является набор универсальных инженерных методик, предназначенных для расчета широкого спектра вторичных компоновочных параметров устройства. Этот набор методик учитывает как параметры логической схемы, реализуемой в конструкции, так и новые характеристики самой конструкции (принцип построения: плоскостной или объемный, размеры коммутационного основания, способы вывода внешних связей, расположение внешних контактов, типы линий связи по активным потерям и др.).

Вторичные компоновочные параметры представляют собой в основном спектр характеристик коммутационного элемента устройства и являются, в отличие от логической схемы, непосредственно компоновочными параметрами его конструкции. К ним относятся такие параметры как: средняя и суммарная длина связей и цепей, число трасс и слойность, время задержки сигнала в логических цепях, конструктивная и системная задержка ЛЭ, системное быстродействие устройства и др.

В целом теоретические и прикладные основы, изложенные в пособии, представляют собой единый аппарат конструкторских расчетов СВТ на начальных этапах компоновки устройств и проектирования их конструкции.

Большое внимание в пособии удалено вопросам практического применения как системных компоновочных соотношений, так и инженерных методик. Количество и разнообразие приведенных примеров охватывает по существу весь спектр первичных и вторичных параметров конструкции. При этом в достаточно полной мере формулируются основные условия задачи, а также цели, которые ставятся перед конструктором, производящим расчеты. Решение задач сопровождается краткими комментариями, а результаты решений представляются в виде таблиц, содержащих как значения конечных параметров, так и значения исходных параметров, используемых при расчетах и полученных на более ранних этапах.

Примеры практических расчетов знакомят читателя с количественными характеристиками многих параметров конструкции устройства. Для студентов технических вузов, впервые выполняющие аналогичные расчеты, это очень важно, т.к. помогает более уверенно ориентироваться в диапазоне возможных значений параметров, получаемых при собственных расчетах по приведенным методикам.

Данная работа является очень полезным пособием при выполнении студенческих курсовых и дипломных проектов в части конструкторско-технологического проектирования СВТ. Вместе с тем, она особенно может быть полезна для молодых ученых, аспирантов и инженерно-технических работников при проведении научно-исследовательских работ по созданию современных и перспективных ЭВМ, связанных с прогнозированием и оптимальным выбором конструктивно-технологических решений.

ЛИТЕРАТУРА

1. Основы построения технических средств ЕС ЭВМ на интегральных микросхемах /В.В. Саморуков, В.М. Микитин, В.А. Павлычев и др. Под общей ред. Б.Н. Файзулаева. - М.: Радио и связь, 1981.- 286с.

2. Применение интегральных микросхем в электронной вычислительной технике: Справочник /Р.В. Данилов, С.А. Ельцова, Ю.П. Иванов, В.М. Микитин и др.; Под ред. Б.Н. Файзулаева, Б.В. Тарабрина.- М.: Радио и связь, 1987. - 384с.

3. Пронин Е.Г., Шохат В.С. Проектирование технических средств ЭВА. - М.: Радио и связь, 1986. - 192 с.

4. Файзулаев Б.Н., Барсегян П.Л. Фундаментальные соотношения в базовых конструкциях ЭВМ. - ЭВТ. - 1988. ‑ Вып. 2. - С.92-102.

5. Преснухин Л.Н., Шахнов В.А. Конструирование электронных вычислительных машин и систем. Учеб. для втузов по спец. “ЭВМ” и “Конструирование и производство ЭВА”.-М.: Высш.шк., 1986.- 512 с.

6. Савельев А.Я., Овчинников В.А. Конструирование ЭВМ и систем: Учеб. для вузов по спец. “Выч. маш., компл., сист. и сети”. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш.шк., 1989. - 321 с.

7. Файзулаев Б.Н., Куксенко С.В., Скобелев В.А., Елисеева И.А. Оценка влияния библиотеки вентильных БМК на параметры узлов ЭВМ.- Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЭВТ, 1985, вып. 7, с.111-118.

8. Микитин В.М. “Основы электронного конструирования (компоновки) элементов и устройств ЭВМ”. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. ‑ М.: 1997.

9. Landman B.S. and Russo R.L. On a Pin Versus Block Relation Ship for Partitionings of Logic Graphs. - IEEE Trans. Comput. - Dec. 1971. - Vol. C-20. - p. 1469-1479.

10. David J.Pedder. Interconnection and Packaging of Solid-State Circuit. - IEEE Journal of solid-state circuit.- june 1989. ‑ Vol.24. - N 3.- p.698-703.

11. Многочипные модули для высокопроизводительных систем. - Hybrid circuit. - 1990. - N 21. - p.28-32.

12. Микитин В.М. “Исследование вопросов электронного конструирования устройств высокопроизводительных моделей ЕС ЭВМ”. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - М.: 1980.

13. Файзулаев Б.Н. Теория матричных БИС и СБИС ЭВМ. ‑ ЭВТ. - 1987. - Вып. 1. - С. 67-88.

14. “Исследование принципов электронного конструирования высокопроизводительных ЭВМ на основе КМОП СБИС”. Научно-технический отчет по теме 8680 НИР /Б.Н. Файзулаев, В.М. Микитин и др. - НИЦЭВТ, 1987. ‑ 251с. Инв. 1199. - Госучет Е64268.

15. Коваленко С.М., Тювин Ю.Д. Элементная и конструктивная база высокопроизводительных ЭВМ: Учеб. пособие / Моск. гос. ин-т радиотехники, электроники и автоматики (технический университет).- М.: 1997. - 44 с.

16. Микитин В.М. Абстрактная модель и система взаимосвязи компоновочных параметров в многоуровневых конструкциях устройств ЭВМ. Труды международного научно-технического семинара “Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации”. Алушта, 1998, с.207-209.

17. Микитин В.М. Методика расчета средней длины связи в конструкциях узлов и элементов ЭВМ. - Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЭВТ, вып. 5, 1988, с.115-125.

18. Микитин В.М., Ванцов С.В. Аналитические методы расчета параметров быстродействия элементов и устройств ЭВМ. Труды международного научно-технического семинара “Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации”. Алушта, 1998, с.174-175.

19. Файзулаев Б.Н., Микитин В.М., Каменский В.В. Проблемы конструирования быстродействующих процессорных модулей. - Вычислительная техника социалистических стран, 1989, вып.26, с.95-103.

20. Микитин В.М., Штыканов С.Е., Усов В.Э. Анализ и оптимизация задержек сигнала в линиях связи многокристальных модулей. - Вопросы радиоэлектроники. Сер. ‑ ЭВТ, 1989, вып.7, с.30-42.

21. Файзулаев Б.Н., Кастрюлев А.Н., Микитин В.М. Разработка конструктивно-технологических методов создания высококачественных изделий кремниевой микроэлектроники. Сборник “Электронная промышленность”, № 4/5, 1994. с.

22. Патент РФ RU 2091906 C1, 6 H 01 L 23/02. Многокристальный модуль / Файзулаев Б.Н., Микитин В.М. / Б.И. N 27, 1997г.

23. Микитин В.М., Макаров В.Ю., Юшин Ю.Ф. Метод компоновки элементов и его применение при проектировании узлов ЭВМ.- Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЭВТ, 1984, вып.7, с.106-115.

24. Ломов Ю.С., Файзулаев Б.Н. Прогноз развития технической базы высокопроизводительных ЭВМ. - Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЭВТ, 1981, вып.5, с.37-45.

25. Левин В.К. Структурно-технические характеристики и направления развития высокопроизводительных систем. ‑ ЭВТ. - 1988. - Вып.2. - С.4-16.

26. Новиков А.А. Состояние и основные направления развития технической базы суперЭВМ. - ЭВТ. - 1989.- Вып.3. ‑ С.66-96.

27. Файзулаев Б.Н. Проблемы и прогноз развития сверхскоростных сверх-БИС ЭВМ. - Микроэлектроника. - 1986. ‑ Т.15. - Вып.2.- С.114-125.

28. Контарев В.Я., Панов Е.Н., Богданов Д.П. Проблемы электронного конструирования корпусов БИС и СБИС наносекундного диапазона. - Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЭВТ, 1989, вып.7, с.20-29.

29. Кармазинский А.Н., Файзулаев Б.Н. Сверхскоростная элементная база на основе КМОП схемотехники. - ЭВТ. ‑ 1987. - Вып.1. - С.134-143.

30. Файзулаев Б.Н. Функциональное быстродействие интегральных схем. - Микроэлектроника. - 1988. - Т.17. ‑ Вып.2.- С.92-102.

31. Самсонов Н.С. Проблемы повышения функциональной производительности и интеграции СБИС. - ЭВТ.- 1989. ‑ Вып.3.- С.90-96.

32. Файзулаев Б.Н., Драбкин В.А., Богданов Д.П. Быстродействие межсоединений БИС и СБИС. - ЭВТ. - 1989. ‑ Вып.3.- С.96-103.

33. Князев А.Д., Кечиев Л.Н., Петров Б.В. Конструирование радиоэлектронной и электронно-вычислительной аппаратуры с учетом электромагнитной совместимости. - М.: Радио и связь, 1989.- 224с.

34. Барнс Дж. Электронное конструирование: Методы борьбы с помехами: Пер. с англ. /Под ред. проф. Б.Н. Файзулаева. - М.: Мир, 1990. - 238 с.

35. Конструирование радиоэлектронных средств: Учеб.для вузов / В.Б.Пестряков, Г.Я. Аболтинь-Аболинь, В.Г. Гаврилов, В.В. Шерстнев; Под ред. В.Б. Пестрякова. - М.: Радио и связь, 1992. - 432 с.

36. Конструирование аппаратуры на БИС и СБИС / В.Ф. Борисов, Ю.И. Боченков, Б.Ф. Высоцкий и др. Под ред. Б.Ф. Высоцкого, В.Н. Сретенского. - М.: Радио и связь, 1989. - 272 с.

37. Куземин А.Я. Конструирование и микроминиатюризация электронной вычислительной аппаратуры: Учеб. пособие для вузов.- М.: Радио и связь, 1985. - 280 с.

38. Шерстнев В.В. Конструирование и микроминиатюризация ЭВА: Учеб. для вузов. - М.: Радио и связь, 1984. ‑ 272с.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................ 3

Глава 1. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ ВТ........................ 9

1.1. Поколения средств ВТ и их связь со степенью интеграции и уровнем развития микроэлектронной технологии.......... 9

1.2. Классификация функциональной структуры средств ВТ. Уровни компоновки и конструкции................................................ 15

Глава 2. ОСНОВНЫЕ КОМПОНОВОЧНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ И КОНСТРУКЦИИ УСТРОЙСТВА............... 21

2.1. Общая характеристика компоновочных параметров.... 21

2.2. Функциональный объем и степень интеграции.............. 22

2.3. Число внешних контактов.................................................. 26

2.4. Соотношение между числом входных и числом выходных внешних контактов............................................................................... 27

2.5. Число каскадов элементов в логической схеме............. 29

2.6. Нагрузочная способность логических цепей................. 30

2.7. Индексация компоновочных параметров по уровням.. 33

Глава 3. СООТНОШЕНИЯ ВЗАИМОСВЯЗИ КОМПОНОВОЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ В ЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЕ УСТРОЙСТВА ЭВМ 34

3.1. Исходные соотношения. Правило Рента......................... 34

3.2. Системные аналитические соотношения......................... 38

3.2.1. Компоновочная модель логической схемы устройства. Описание модели, параметры и частные соотношения................... 39

3.2.2. Методика анализа логических цепей............................... 45

3.2.3. Системные соотношения статической модели............... 46

3.2.4. Системные соотношения динамической модели........... 50

Глава 4. ОСНОВЫ КОМПОНОВКИ ЭЛЕМЕНТОВ В ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМАХ И ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМНЫХ СООТНОШЕНИЙ............................................................... 52

4.1. Методы компоновки элементов в логической схеме.... 53

4.2. Базовый критерий компоновки......................................... 55

4.3. Принципы, критерии и законы системной взаимосвязи при матричных (классических) методах компоновки.......... 58

4.4. Сводная система соотношений, используемая для расчета компоновочных параметров элементов и устройств ЭВМ при матричных (классических) методах компоновки.......... 64

Глава 5. ПРАВИЛА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗНАЧЕНИЙ ПРОИЗВОДНЫХ КОМПОНОВОЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ 67

5.1. Правило определения числа логических цепей............. 67

5.2. Правило определения числа логических связей............ 68

5.3. Правило определения среднего числа связей в цепи.... 70

Глава 6. КОММУТАЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ МНОГОУРОВНЕВЫХ КОНСТРУКЦИЙ УСТРОЙСТВ ЭВМ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА ИХ ПАРАМЕТРОВ.................................................................... 71

6.1. Характеристика основных положений по конструкции 71

6.2. Методика расчета средней длины связи.......................... 72

6.3. Правило расчета средней длины логической цепи и суммарной длины связей......................................................................... 75

6.4. Правило расчета плотности связей и трасс..................... 75

6.5. Методика расчета трассировочной способности и числа логических слоев....................................................................................... 76

Глава 7. СИСТЕМНОЕ БЫСТРОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕМЕНТОВ И УСТРОЙСТВ ЭВМ И МЕТОДИКА РАСЧЕТА ЕГО ПАРАМЕТРОВ................................................................................................. 83

7.1. Параметры системного быстродействия......................... 83

7.2. Методика расчета параметров системного быстродействия 89

Глава 8. ПРИМЕРЫ ПРАКТИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ КОМПОНОВОЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ И КОНСТРУКЦИЙ ЭВМ................................................................................................. 90

8.1. Пример расчета основных компоновочных параметров логической схемы обрабатывающего устройства ЭВМ.................... 90

8.2. Пример расчета производных компоновочных параметров логических схем обрабатывающего устройства ЭВМ. 94

8.3. Пример расчета средней длины связи и средней длины цепи в конструкциях коммутационных элементов обрабатывающих устройств ЭВМ.................................................................... 95

8.4. Пример расчета суммарной длины связей и плотности трасс в конструкциях коммутационных элементов устройств ЭВМ 97

8.5. Пример расчета трассировочной способности и слойности коммутационных элементов устройств ЭВМ.............. 100

8.6. Пример расчета параметров системного быстродействия элементов и устройств ЭВМ............................................................... 104

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................... 108

ЛИТЕРАТУРА...................................................................................... 111

Владимир Михайлович Микитин

Н А Смирнов

Ю Д Тювин

ЭЛЕКТРОННОЕ
КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭВМ

Основы компоновки и расчета
параметров конструкций

Учебное пособие

Под общей редакцией Б.Н. Файзулаева

Оригинал-макет и иллюстрирование выполнил

А.В. Калабушев

Поиск по сайту: