Принципы иерархического конструирования

Рассмотрим, как приведенные варианты конструктивной иерархии ЭВМ согласуются с общими принципами конструирования радиоэлектронной аппаратуры на печатных платах. В настоящее время получили широкое распространение такие принципы конструирования, как моносхемный, схемно-узловой, каскадно-узловой, функционально-узловой и модульный.

Моносхемный принцип конструирования. Этот принцип конструирования заключается в том, что полная принципиальная схема радиоэлектронного аппарата располагается на одной печатной плате и поэтому выход из строя одного элемента приводит к сбою всей системы. Оперативная замена вышедшего из строя элемента затруднена из-за сложности его обнаружения. ЭВМ, построенная по моносхемному принципу, должна быть смонтирована из нескольких БИС, в которых предусмотрены меры увеличения надежности путем введения аппаратурной и информационной избыточности. Нахождение неисправностей при этом должно производиться программными методами.

Схемно-узловой принцип конструирования. При этом принципе конструирования на каждой из печатных плат располагают часть полной принципиальной схемы радиоаппарата, имеющую четко выраженные входные и выходные характеристики. По такому принципу сконструированы настольные и бортовые ЭВМ, где различные устройства ЭВМ выполняют на одной или нескольких (небольшом числе) платах, а объединение их между собой производят с помощью коммутационной платы и проводных жгутов.

Каскадно-узловой принцип конструирования. Этот принцип конструирования заключается в том, что принципиальную схему радиоаппарата делят на отдельные каскады, которые не могут выполнять самостоятельных функций. Вариант конструктивной иерархии, представленный на рис. 5.3, занимает промежуточное положение между схемно-узловым и каскадно-узловым принципами. ЭВМ с относительно сложной и большой структурой строится по каскадно-узловому принципу, а ЭВМ с более простой структурой - по схемно-узловому принципу.

Функционально-узловой принцип конструирования. Этот принцип конструирования нашел широкое распространение при разработке больших ЭВМ (см. рис. 5.1 и 5.2). Базовым элементом конструкции здесь является ТЭЗ. Имея необходимый набор ТЭЗ, можно построить целый ряд вычислительных машин с различными техническими характеристиками.

Модульный принцип конструирования. Под модулем в данном случае подразумевается функционально-структурная, а не конструктивная единица машины, так как он может выполнять как функции отдельного устройства ЭВМ (устройства управления, процессор, оперативная память и т. д.), так и целой вычислительной машины. Конструктивная же организация каждого модуля может быть основана на одном из вышерассмотренных вариантов конструктивной иерархии. Этот принцип конструирования предполагает, что основные функциональные узлы вычислительной машины взаимосвязаны с помощью одного канала. Чтобы установить связь с модулем- приемником, модуль-передатчик посылает нужный сигнал вместе с адресом по одной (или более) шине. Сигналы поступают на входы всех подключенных к каналу модулей, но отвечает только запрашиваемый. Применяя этот принцип, можно построить вычислительную машину с практически неограниченной производительностью и сложностью, сохраняя при этом гибкость в ее организации, так как разработчик использует ровно столько модулей, сколько ему требуется. Разработчик ЭВМ может также легко модернизировать конструкцию, меняя или добавляя отдельные модули и получая при этом необходимые параметры.