Файл: Дроздов Е.А. Многопрограммные цифровые вычислительные машины.pdf

пластинах площади, в среднем равные 0,01—0,06 мм2, то униполяр­ ные имеют на порядок меньшие размеры (0,001—0,002 мм2).

Структура МДП-транзистора показана на рис. 4.3, а. В кристал­ ле кремния имеются две диффузионные области проводимости типа р. Одна из этих областей называется истоком, другая — сто­ ком. К каждой из них подведен металлический контакт. Между этими областями над слоем диэлектрика располагается металличе­ ский контакт затвора. Емкость между этим контактом и пластиной полупроводника около 1 пф. Сопротивление току утечки через ди­ электрик к затвору превышает 1015 ом.

Рис. 4.3. МДП-транзистор:

а — структура в разрезе; б — условное изображение; в — резисторное включение транзистора

Принцип действия МДП-транзистора основывается на управле­ нии с помощью потенциала затвора проводимостью в поверхност­ ной области кристалла, расположенной между истоком и стоком. Эта область называется каналом. При отрицательном потенциале на затворе электроны будут отталкиваться от поверхности кри­ сталла и в канале будут преобладать дырки, при положительном, наоборот, электроны будут притягиваться к поверхности. Когда имеется избыток дырок, исток и сток оказываются связанными «открытым» каналом проводимости типа р. При положительном потенциале на затворе электроны «перекрывают» канал (аналогич­ но включению диода в обратном направлении).

Условное изображение МДП-транзистора с проводящим кана­ лом p-типа дано на рис. 4.3,6. Там же схема в иллюстрирует, как можно включить МДП-транзистор, чтобы использовать его в каче­ стве резистора. Схема с замкнутым накоротко затвором и стоком имеет сопротивление 100—200 ком.

У существующих МДП-транзисторов средняя задержка распро­ странения сигналов в лучшем случае пока составляет 200—300 нсек, средняя рассеиваемая мощность при переключениях меньше 0,1 мет, а в статике может не превышать 0,01 мет. Напряжения пи­ тания от 10 до 27 в. При питающем напряжении 10—12 в порого­ вое напряжение составляет 2,5—4 в. В схемах же на биполярных транзисторах достигнуто время переключения 1 нсек, но средние мощности рассеяния у них доходят до 100 мет. Малые размеры и

98

рассеиваемая мощность делают МДП-структуры заманчивыми для построения элементов и узлов ЭЦВМ с очень высокими плотностя­ ми компоновки. Промышленностью уже выпускаются серийно не­ которые типы схем на таких транзисторах.

Кремниевые пластины с выполненными на них микросхемами помещаются в герметические корпуса (рис. 4.4). Широкое распро­ странение получили корпуса прямоугольной конфигурации. Для одностороннего монтажа иа печатных платах удобны корпуса та-

пусе

кого типа, как указано на рис. 4.5, б. Их выводы вставляются в монтажные отверстия печатной платы, выполненные методом сквозной металлизации, и соединяются с печатным монтажом груп­ повой пайкой, например, волной припоя. В электронной аппарату­ ре, где желательна более высокая плотность размещения интеграль­ ных схем на печатных платах, применяются схемы в корпусах типа указанных на рис. 4.5, а. Такие корпуса могут монтироваться на платах с двух сторон. Плоские выводы схем припаиваются к спе­ циальным контактным площадкам печатного монтажа плат.

Применение интегральных схем наложило отпечаток на кон­ структивное оформление электронной аппаратуры цифровых вы­ числительных машин. Простейшей составной частью машин теперь стал модуль интегральной схемы (рис. 4.6, а). Модули монтируются на платах с печатным монтажом (рис. 4.6, б). В ремонтируемых машинах эти платы делаются сменными. Они являются простей­ шими типовыми элементами замены (ТЭЗ). Для удобства смены ТЭЗ снабжаются разъемами, с помощью которых они соединяются в блоки.

Несущей конструкцией блока служит шасси. Наиболее простым его видом, применяемым в стационарных и возимых машинах, яв­ ляется плоская панель, представляющая собой печатную плату с

99

СО

9.8

0.45

л л л л л л л

Is

У V V V V V i г

и

6

Рис. 4.5. Варианты плоских прямоугольных корпусов интегральных схем:

а — металлокерамическнй; б — полимерный

укрепленными на ней в определенном порядке разъемами и на­ правляющими для ТЭЗ (рис. 4.6, в). Блок панели с разъемами, на­ правляющими и коммутационной печатной платой представляет собой законченную конструктивно-монтажную часть конструкции машины. Габариты блока зависят от размеров ТЭЗ, разъемов, с по­ мощью которых ТЭЗ соединяются с панелями, допустимых длин печатных проводников, которыми соединяются максимально уда­ ленные в блоке интегральные схемы, требований к температурным режимам работы схем, возможных способов охлаждения машины и т. п.

Блоки панелей крепятся в рамах. Обычно это прямоугольные каркасы сварного типа из нормализованных профилей с перемыч­ ками и направляющими для установки блоков. В рамах крепятся также блоки питания.

Рамы помещаются в защитные кожухи. Если машины предна­ значаются для эксплуатации в стационарных условиях в закрытых, хорошо вентилируемых, отапливаемых и защищенных от пыли по­ мещениях, то в конструкциях кожухов не предусматриваются спе­ циальные меры защиты от внешних воздействий. Рама с кожухом в зависимости от размеров и назначения устройства или машины в целом оформляются в виде шкафа, тумбы или стола.

Для повышения плотности компоновки электронного оборудо­ вания цифровой машины в шкафу (стойке) может быть размещено несколько рам. Рамы могут быть откидные, выдвижные или пово­ ротные. На рис. 4.6 показан пример компоновки стойки с тремя ра­ мами: двумя поворотными (Л и С) и неподвижной (В). Жесткость конструкции стойки, оформляемой в виде шкафа (рис. 4.6, д), обес­ печивается с помощью неподвижной средней рамы.

Электрические соединения между панелями в раме и между ра­ мами выполняются навесными проводами и кабелями. Соединения между далеко удаленными панелями в раме и межрамные соедине­ ния монтируются в виде жгутов.Внешние, в том числе и межрам­ ные, кабели соединяются с внутрирамным монтажом через разъемы, устанавливаемые в нижних частях рам.

Рассмотренные выше составляющие части конструкций ЭЦВМ обладают конструктивной завершенностью и могут изготавливаться независимо друг от друга. Это дает возможность унифицировать составляющие части — элементы конструкции, снабженные сред­ ствами механического и электрического сопряжения с другими эле­

количеством типов объединенных в его составе более простых мо­ дулей. Например, рассмотренные выше конструктивные модули в порядке возрастания старшинства можно расположить по уровням так, как дано в табл. 4.1.

Унификация конструктивных модулей различных уровней спо­ собствует созданию лучших условий для организации их серийного производства на основе применения прогрессивных технологиче­ ских процессов. Широкое распространение хорошо отработанных

101

Рис. 4.6. Вариант конструкции типовой стоики ЦВМ?

стандартных унифицированных конструкций желательно с точки зрения удобства наладки при изготовлении и технического обслу­ живания в процессе эксплуатации аппаратуры цифровых вычисли­ тельных машин.

§4.3. Основные характеристики и параметры элементов

Вобщем случае логические устройства цифровых машин можно рассматривать состоящими из множества элементарных цепей, по­ добных изображенной на рис. 4.7. Элементарная цепь содержит запоминающую схему, на вход которой информация поступает по­

сле прохождения одной или нескольких ступеней логического пре-

Рис. 4.7. Составляющие элементарной цепи логического преобразования и запоминания информации в ЦВМ

образования. Такими ступенями могут быть либо просто схемы совпадения, собирательные схемы, инверторы и т. п., либо один или несколько последовательно включенных более сложных эле­ ментов типа И—НЕ, ИЛИ—НЕ, И—ИЛИ—НЕ и т. д., реализую­ щих универсальные логические функции. Информация, принятая запоминающей схемой, в необходимый момент времени выдается в следующие каскады логического преобразования.

Необходимым условием физической реализации схем преобра­ зования цифровой информации является надежное распознавание передаваемых сигналов принимающими элементами. Для этого вхо­ ды и выходы элементов должны быть согласованы. Согласование должно выполняться таким образом, чтобы в сложных схемах эле­ менты можно было соединять в различных комбинациях без инди­ видуальных подборов и регулировок. Это достигается построением элементов с надлежащими характеристиками.

103

Влияние параметров входных сигналов и нагрузки на работу элементов, возможность совместной работы различных элементов без специальных согласующих цепей оцениваются по их пусковым и нагрузочным характеристикам. К пусковым характеристикам от­ носятся: зависимость выходного напряжения £УВЫХ от амплитуды входного Uих и зависимость длительности фронта (спада) выходно­ го сигнала от фронта (спада) входного сигнала. В качестве нагру­ зочных характеристик обычно рассматривают зависимость длитель­

чивает две области. Одна из них, ближайшая к началу коор­ динат, соответствует уровням сигналов U<UP, которые при

ваемые сигналы кодов 1 и 0 разграничивают не по уровню Up, а по некоторым значениям U lmm и 0 0макс- Между этими значениями располагается зона переключения элемента, а вне их будут поме­ хоустойчивые зоны соответственно сигналов кода 1 и 0.

Уровни U0 и U1 соответствуют номинальным значениям сигна­ лов кодов 0 и 1. Зоны, соответствующие разностям UmaKC—U0 и 0 \ —t/lMnF) определяют з а п а с п о м е х о у с т о й ч и в о с т и эле­ мента. Номинальные значения сигналов кодов 0 и 1, а также допу­ стимые значения максимального сигнала «0» и минимального сиг­ нала «1» находят по реальным передаточным характеристикам, по­ строенным с учетом разбросов параметров компонентов схем, пи­ тающих напряжений, нагрузки, температуры окружающей среды.

Аналогично передаточной формируются остальные перечислен­ ные выше характеристики, и по ним определяются допустимые вре­ менные параметры и пределы изменения нагрузки. В соответствии

сэтими характеристиками испытывают и контролируют элементы

впроцессе производства.

104