МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Алтайский государственный университет»
Рубцовский институт (филиал)
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ
Специальность - 230101.65 Вычислительные машины, комплексы, системы и сети
Форма обучения – очная
Кафедра – математики и прикладной информатики
Рубцовск - 2011
СОДЕРЖАНИЕ
1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА.. 4
2. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН.. 6
3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ.. 8
4. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОСВОЕНИЮ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ 14
5. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ.. 17
6. СПИСОК ОСНОВНОЙ И ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ, ДРУГИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ.. 18
1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Учебно-методический комплекс учебной дисциплины «Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ» предназначен для реализации государственных требований к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальности: 230101.65 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», очной формы обучения.
Программа рассчитана на 200 часов, из них половина отводится на самостоятельные занятия.
Дисциплина «Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ» базируется на знаниях, умениях и навыках, полученных студентами при изучении таких дисциплин, как «Математика», «Физика», «Электротехника», «Информатика», «Электроника», «Базы данных», «Алгоритмические Языки и программирование», «Цифровая и микропроцессорная техника».
Знания, полученные при изучении данной дисциплины, будут использованы при прохождении производственной практики, а также при дипломном проектировании.
Дисциплина «Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ» имеет целью изучение студентами общих принципов и методики конструирования ЭВМ и систем, получение навыков анализа и разработки конструктивных модулей ЭВМ и выбора технологических процессов её производства, методов решения основных конструкторских задач, типовых технологических процессов и методики их проектирования.
Основными задачами изучения дисциплины «Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ» являются:
ü овладение принципами организации и функционирования аппаратных средств ВТ, включая ЭВМ, комплексы, системы и сети различного назначения;
ü изучение методов расчета и конструирования основных подсистем, входящих в состав современных средств вычислительной техники;
ü приобретение практических навыков работы с методами и средствами тестирования, отладки и испытаний аппаратно-программных комплексов.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
Иметь представление: об основных этапах проектирования и производства ЭВМ, задачах автоматизированного конструкторского проектирования, методах и средствах их решения.
Знать: состав конструкторской документации, методы обеспечения помехозащищенности, нормального теплового режима, надежности РЭА, удовлетворяющих требованиям технического задания; методы и средства перехода от схемы устройства к его реализации в виде модуля заданного уровня.
Уметь: выбирать форму и размеры конструктивных модулей, осуществлять переход от схемы устройства к его реализации, рассчитывать конструкторские характеристики, определять и формулировать в соответствии с назначением ЭВМ испытания, пользоваться автоматизированными системами конструкторского проектирования, разрабатывать рабочую документацию.
2. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
(распределение часов курса по разделам и видам работ)
Очная форма обучения
Дидактические единицы (ДЕ) | Наименование тем | Максимальная нагрузка студентов, час. | Количество аудиторных часов при очной форме обучения | Самостоятельная работа студентов, час. | ||
Лекции | Семинары | Лабораторные работы | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
ДЕ 1 (100 баллов) | Тема 1. Требования к конструкции ЭВМ и систем | 26 | 4 | 10 | 12 | |
Тема 2. Этапы разработки ЭВМ и систем | 30 | 8 | 12 | 10 | ||
Тема 3. Защита конструкций от внешних воздействий | 20 | 2 | 2 | 16 | ||
Тема 4. Обеспечение помехоустойчивости в конструкциях СВТ | 16 | 6 | 4 | 6 | ||
Промежуточный контроль | Защита лабораторных работ | |||||
Семестровый контроль | Зачет – 40 баллов | |||||
ДЕ 2 (100 баллов) | Тема 5. Обеспечение тепловых режимов в конструкциях СВТ | 24 | 6 | 6 | 12 | |
Тема 6. Конструкторско-технологическое обеспечение надежности СВТ | 24 | 6 | 4 | 14 | ||
Тема 7. Проектирование и изготовление печатных плат | 22 | 4 | 8 | 10 | ||
Тема 8. Регулировка, настройка, контроль и испытания электронной аппаратуры | 28 | 6 | 12 | 10 | ||
Тема 9. Эргодизайн электронной аппаратуры | 10 | 10 | ||||
Промежуточный контроль | Защита лабораторных работ | |||||
Итоговый контроль | Экзамен – 40 баллов | |||||
Итого часов | 200 | 42 | 58 | 100 |
| |
3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
(дидактические единицы)
3.1 Обязательный минимум содержания образовательной программы (выписка из ГОС).
Процесс проектирования средств вычислительной техники (СВТ); основы модульного конструирования СВТ; конструктивные модули (КМ) первого уровня; интегральные схемы (ИС), основные технологические операции; конструирование и технология биполярных и МОП ИС; пленочные и гибридные ИС; большие и сверхбольшие ИС, организация процесса проектирования; сборка ИС; КМ второго уровня, основные типы плат, методы получения печатных проводников, конструирование печатных плат; КМ третьего и четвертого уровней; методы выполнения электрических соединений; обеспечение помехоустойчивости и тепловых режимов в конструкциях СВТ; обеспечение взаимодействия человека-оператора в системе человек-машина; производство СВТ, виды производственных процессов, прочность и технологичность конструкции; конструкторско-технологическое обеспечение надежности СВТ; стандартизация СВТ; оформление технической документации по ЕСКД и ЕСПД; автоматизация конструкторско-технологического этапа проектирования СВТ.
3.2 Содержание разделов учебной дисциплины
ДЕ I Процесс проектирования средств вычислительной техники (СВТ).
(92 часа)
Тема 1. Требования к конструкции ЭВМ и систем
Аудиторное изучение: Процесс проектирования средств вычислительной техники (СВТ). Понятие о конструкции и конструировании. Конструктивно-технологические требования. Эксплуатационные требования. Требования по надежности. Экономические требования. Показатели конструкции ЭВМ и систем: сложность конструкции, объём ЭВМ, коэффициент интеграции, общая масса. Общая площадь. Мощность потребления, собственная частота колебаний конструкции, степень герметичности и т. д. Конструктивные единицы: изделие, деталь, сборочная единица, комплекс, комплект и т. д.
Самостоятельное изучение: Стандартизация СВТ. Единая система конструкторской документации (ЕСКД). Единая система технологической документации (ЕСТД). Оформление технической документации по ЕСКД и ЕСПД. Единая система программной документации (ЕСПД). Схемная документация.
Тема 2. Этапы разработки ЭВМ и систем
Аудиторное изучение: Этапы разработки нового изделия. Научно-исследовательская разработка (НИР). Опытно-конструкторская разработка (ОКР). Изготовление, настройка и эксплуатация опытного образца, Выпуск установочной серии. Основы модульного конструирования СВТ. Конструктивные модули (КМ) первого уровня. Интегральные схемы (ИС), основные технологические операции. Конструирование и технология биполярных и МОП ИС. Пленочные и гибридные ИС. Большие и сверхбольшие ИС, организация процесса проектирования, сборка ИС. КМ второго уровня. КМ третьего и четвертого уровней. Методы выполнения электрических соединений.
Самостоятельное изучение: Техническое задание. Техническое предложение. Эскизный проект. Разработка проектной документации. Графические конструкторские документы: чертеж детали, сборочный чертеж, чертеж общего вида, теоретический чертеж, габаритный чертеж. Монтажный чертеж, схема, спецификация. Текстовые конструкторские документы: ведомость спецификаций, ведомость ссылочных документов, технические условия и т. д. Общие требования к выполнению текстовых и графических документов. Эксплуатационная конструкторская документация. Виды и типы схем.
Тема 3. Защита конструкций от внешних воздействий
Аудиторное изучение: Защита конструкций от механических воздействий. Методы расчета и анализа вибраций. Метод расчета на виброустойчивость. Амортизация ЭВМ.
Самостоятельное изучение: Защита ЭВМ от воздействия влажности. Защита от воздействия пыли. Герметизация ЭВМ.
Тема 4. Обеспечение помехоустойчивости в конструкциях СВТ
Аудиторное изучение: Причины возникновения помех. Электрические связи между элементами. Помехи при соединении элементов «короткими связями». Помехи при соединении элементов «длинными связями». Помехи в каналах связи. Помехи по цепям питания и методы их уменьшения. Конструирование линий электропитания. Конструирование заземления. Помехи при соединении элементов «длинными» связями. Отражение в линиях связи. Волновое сопротивление. Затухание сигналов. Паразитные наводки. Методы разводки «длинных» линий связи.
Самостоятельное изучение: Применения экранов в ЭВМ. Электростатическое экранирование. Магнитостатическое экранирование.
Тема 5. Обеспечение тепловых режимов в конструкциях СВТ
Аудиторное изучение: Передача теплоты в электронных устройствах. Основные теплофизические задачи, возникающие при конструировании ЭВМ. Теплопроводность. Конвекция, тепловое излучение. Естественное и принудительное воздушное охлаждение. Жидкостно-воздушная система охлаждения.
Самостоятельное изучение: Методы расчета теплового режима и выбор системы охлаждения ЭВМ.
Тема 6. Конструкторско-технологическое обеспечение надежности СВТ
Аудиторное изучение: Производство СВТ, виды производственных процессов, прочность и технологичность конструкции. Основные показатели надежности. Структурная надежность ЭВМ. Работоспособность. Отказ, классификация отказов. Основные эксплутационные свойства: безотказность, ремонтоспособность, долговечность, сохраняемость. Технологические аспекты надежности. Количественные характеристики оценки надежности. Показатели надежности ЭВМ: плотность распределения времени безотказной работы, вероятность отказа, интенсивность отказов, средняя наработка на отказ. Методы повышения надежности.
Самостоятельное изучение: Структурная надежность. Расчет надежности периферийного оборудования. Учет условий эксплуатации. Структурное резервирование, виды резервирование. Информационные методы повышения надежности.
ДЕ II Конструирование печатных плат (108 часов)
Тема 7. Проектирование и изготовление печатных плат
Аудиторное изучение: Основные типы плат, методы получения печатных проводников, конструирование печатных плат. Технологические процессы изготовления печатных плат. Автоматизация конструкторско-технологического этапа проектирования СВТ. Основы построения САПР вычислительных систем. Математическое обеспечение САПР. Математические модели функционально-логического этапа проектирования ЭВМ.
Самостоятельное изучение: Математические модели схем. Последовательные алгоритмы структурного синтеза. Алгоритм компоновки по критерию минимума межблочной связности. Задача размещения. Задача трассировки. Выбор критериев оптимальности.
Тема 8. Регулировка, настройка, контроль и испытания электронной аппаратуры
Аудиторное изучение: Технологические операции регулировки и настройки. Контроль, диагностика ЭА. Виды неисправностей ЭА и их устранение.
Самостоятельное изучение: Испытание ЭА.
Тема 9. Эргодизайн электронной аппаратуры
Самостоятельное изучение: Характеристика человека-оператора как звена в единой системе человек-машина. Обеспечение взаимодействия человека-оператора в системе человек-машина. Организация рабочего места. Проектирование эргономичных узлов и устройств ЭА. Основы художественного проектирования ЭА.
.
Содержание лабораторных занятий
Лабораторная работа №1. Изучение принципов конструирования на примере конкретного функционального узла. Разработка структурной и функциональной схемы узла, разработка конструкторской документации на эти схемы в соответствии с требованиями ЕСКД.
Лабораторная работа №2. Изучение методик выбора элементной базы на примере разработки принципиальной схемы конкретного функционального узла. Компоновка и размещение элементов принципиальной схемы на монтажной плате.
Лабораторная работа №3. Решение проектной задачи обеспечения нормального теплового режима работы блока.
Лабораторная работа №4. Изучение принципов и методики расчета количественных показателей надежности функциональных узлов с помощью структурных схем.
Лабораторная работа №5. Изучение структуры и возможностей системы автоматизированного проектирования печатных плат.
Лабораторная работа №6. Изучение программного комплекса автоматизированного решения задач схемно-топологического конструирования.
Материалы к итоговому контролю
Вопросы к зачету (7 семестр)
Показатели конструкции ЭВМ Общие принципы конструирования ЭВМ Виды конструкторской документации Требования, предъявляемые к текстовым документам Схемная документация. Виды и типы схем Эксплутационная конструкторская документация Модульный принцип конструирования Конструктивная иерархия элементов, узлов и устройств ЭВМ Основные правила конструирования элементов 2 и 3 уровней Типовые схемы геометрической компоновки конструкций ЭВМ Внешние факторы, влияющие на работоспособность ЭВМ и систем Причины возникновения помех в ЭВМ Наводки по цепям питания и методы их снижения Применение экранов для повышения помехозащищенности ЭВМ Связи между элементами в ЭВМ. Схемы замещения линий связи Виды электрических соединений элементов ЭВм, требования к их выполнению Расчет параметров электрически длинных и коротких связей в ЭВМ Защита конструкции от механических воздействийВопросы к экзамену (8 семестр)
Системный подход как основа современных методов проектирования ВС. Особенности основных подсистем. Основные этапы проектирования ВС. Проведение НИР. Проведение ОКР. Техническое задание и его состав. Выбор наилучшей версии конструкции. Виды конструкторской документации Требования, предъявляемые к текстовым документам Схемная документация. Виды и типы схем Эксплутационная конструкторская документация Модульный принцип конструирования Конструктивная иерархия элементов, узлов и устройств ЭВМ Дестабилизирующие факторы, влияющие на работоспособность ЭВМ и систем Причины возникновения помех в ЭВМ Наводки по цепям питания и методы их снижения Применение экранов для повышения помехозащищенности ЭВМ Виды электрических соединений элементов ЭВМ, требования к их выполнению Расчет параметров электрически длинных и коротких связей в ЭВМ Защита конструкции от механических воздействий. Расчет частот собственных колебаний. Защита конструкции от механических воздействий. Расчет ПП на виброустойчивость. Теплообмен в ЭВМ. Способы переноса тепловой энергии Системы естественного и принудительного охлаждения Способы охлаждения, используемые для стационарных и нестационарных ЭВМ Защита конструкции от воздействия влажности и пыли Герметизация конструкции Основные показатели надежности ЭВМ. Отказ. Классификация отказов. Основные эксплутационные свойства: безотказность, ремонтопригодность, долговечность, сохраняемость. Методы повышения надежности ЭВМ Расчет надежности ЭВМ. Вероятность безотказной работы. Резервирование Классификация печатных плат Материалы для печатных плат Технологические процессы изготовления печатных плат Основные технологические этапы в производстве печатных плат Изготовление оригиналов и фотошаблонов Контроль и диагностика ЭВМ.4. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОСВОЕНИЮ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Методика изучения дисциплины строится из следующих элементов:
· Теоретические аудиторные занятия;
· Практические аудиторные занятия;
· Самостоятельная работа.
Цель лекции – сообщение новых знаний, систематизация и обобщение накопленных, развитие познавательных и профессиональных интересов.
Лабораторные занятия – как обязательный элемент образовательного процесса по данной дисциплине, призван закрепить полученные теоретические знания и обеспечить формирование основных навыков и умений практической работы в области проектирования вычислительных систем. Они проводятся по мере изучения теоретического материала и выполняются индивидуально каждым студентом. Перечень и содержание лабораторных работ приводится в содержательной части данного учебно-методического комплекса. По каждой теме студент обязан подготовить и сдать отчет.
Основная работа по курсу выполняется студентами самостоятельно. Лекции и лабораторный практикум способны лишь более конкретно ориентировать студента, показать ключевые направления дисциплины, обеспечивать ознакомление с ключевыми понятиями, и магистральные пути развития знаний в области проектирования вычислительных систем.
Для закрепления теоретических знаний, ознакомления с литературой и приобретения навыков самостоятельного мышления в рамках самостоятельной работы предусматривается выполнение следующих видов заданий:
· Составление обзора публикаций по теме из предложенного преподавателем списка литературных источников.
· Подготовка каждым студентом устного сообщения на лабораторном занятии.
Оценочные средства для контроля успеваемости и результатов освоения учебной дисциплины
Семестровый контроль – зачет (к зачету допускаются студенты, успешно защитившие все лабораторные работы):
«Зачтено» – выставляется студенту, если он твердо знает материал, грамотно и по существу излагает его, умеет применять полученные знания на практике.
«Незачтено» – выставляется студенту, который не знает большей части основного содержания учебной программы дисциплины, допускает грубые ошибки в формулировках основных понятий дисциплины и не умеет использовать полученные знания при решении типовых практических задач.
В рамках балльно-рейтинговой технологии предполагается, что студенту для получения по данной дисциплине зачета автоматом необходимо набрать от 61 до 100 баллов.
Максимум 100 баллов студент может набрать в ходе семестра на аудиторных занятиях и промежуточном контроле. Зачет может дополнительно принести до 40 баллов.
За первый дидактический мод баллов за лабораторные работы и до 30 баллов за самостоятельную работу. Успешная защита каждой лабораторной работы оценивается в 10 баллов.
Итоговая оценка за дисциплину выставляется по результатам работы студента в течении семестра и результата сдачи экзамена. Допуск к экзамену осуществляется только после защиты отчетов по лабораторным работам. В экзаменационный билет входит два вопроса. При неполных ответах будут задаваться дополнительные вопросы.
Для получения на экзамене оценки «Отлично» необходимо полностью и без ошибок ответить на поставленные вопросы, уметь хорошо ориентироваться в предметной области, знать материал из основной и дополнительной литературы.
Оценка «Хорошо» ставится, если студент полно отвечает на оба вопроса, либо допускает небольшие неточности в ответе, но при этом хорошо ориентируется в материале.
Если студент не полностью отвечает на два вопроса, знание предметной области неплохое студент получает оценку «Удовлетворительно».
Во всех остальных случаях оценка «Неудовлетворительно».
Балльно-рейтинговая технология предполагает, что студенту для получения по данной дисциплине приемлемой оценки необходимо набрать от 61 до 100 баллов.
Максимум 100 баллов студент может набрать в ходе семестра на аудиторных занятиях и промежуточном контроле. Экзамен может дополнительно принести до 40 баллов.
За второй дидактический мод баллов за лабораторные работы и до 30 баллов за самостоятельную работу. Успешная защита каждой лабораторной работы оценивается в 10 баллов.
По результатам экзамена студент получает дополнительно баллы: за оценку «Отлично» – 40 баллов, «Хорошо» – 30 баллов, «Удовлетворительно» – 10 баллов.
Итоговая оценка выставляется по следующему принципу:
· от 61 до 75 баллов – удовлетворительно
· от 76 до 90 – хорошо
· от 91 до 100 - отлично
Студент, набравший менее 61 балла, получает оценку «Неудовлетворительно».
5. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Рубцовский институт (филиал) АлтГУ располагает материально-технической базой, соответствующей санитарно-техническим нормам и обеспечивающей проведение всех видов лабораторной, практической подготовки и научно-исследовательской работы студентов, предусмотренных ГОС.
Аудиторный фонд института, оснащенный СВТ, включает 7 компьютерных классов (4 класса по 15 ПК в каждом, 1 – по 17 ПК, 2 – по 18 ПК), и 4 мобильных класса на ноутбуках. 2 класса по 15 ПК используются в режиме свободного доступа студентов. Все компьютеры объединены в единую локальную вычислительную сеть и имеют доступ в Интернет.
Лекционные занятия по дисциплине проводятся в аудиториях, оснащенных мультимедийными проекторами.
Лабораторные работы выполняются в стационарных или мобильных компьютерных классах.
Мобильные классы на ноутбуках используются в учебно-образовательной деятельности, как для учебных занятий, так и для организации доступа к ресурсам корпоративной сети и Internet на всей территории РИ АлтГУ.
В учебном процессе используется лицензионное программное обеспечение. На различных ПК установлено системное программное обеспечение Windows XP Professional Service Pack 3, Windows 7 Enterprise Service Pack 1, Windows 7 Professional Service Pack 1, Windows 8 Enterprise, Windows 8 Pro.
Для оформления отчетов по лабораторным работам, подготовки докладов и презентаций используется пакет прикладных программ: Microsoft PowerPoint 2007, Microsoft PowerPoint 2010, Microsoft Word 2007, Microsoft Word 2010. Также для самостоятельной работы студенты могут по своему усмотрению использовать дополнительно свободно-распространяемое ПО или demo-версии. Для его развертывания на каждом ПК есть специальный раздел Public с необходимыми правами доступа.
6. СПИСОК ОСНОВНОЙ И ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ, ДРУГИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ
Основная литература
1. Савельев -технологическое обеспечение производства ЭВМ.- М. 2001.
Дополнительная литература
2. , Шахнов электронных вычислительных машин и систем.- М., 1986.
3. , Овчинников ЭВМ и систем.- М., 1989.
4. Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры: Учебник для вузов / , , и др. Под общ. Ред. .- М.: Изд-во МГТУ им. , 2002.
Базы данных, Интернет-ресурсы,
информационно-справочные и поисковые системы
Единое окно доступа к образовательным ресурсам. Электронная библиотека [Электронный ресурс]: инф. система. – М.: ФГАУ ГНИИ ИТТ "Информика", . – Режим доступа: //www. http://window. *****, свободный. – Загл. с экрана (дата обращения 11.04.2012) Поисковые системы: Google, Yandex. Университетская библиотека On-line [Электронный ресурс], М.: Издательство «Директ-Медиа», . Режим доступа: http://www. *****. – Загл. с экрана (дата обращения 27.10.2010). Электронно-библиотечная система Издательство «Лань» [Электронный ресурс], СПб.: Издательство Лань, 2010. Режим доступа: http://e. . – Загл. с экрана (дата обращения 27.10.2010)..
