Комплексная система стандартизации и унификации микропроцессоров и микро-ЭВМ

Обоснована необходимость разработки комплексной системы стандартов, определяющих основные стороны разработки, производства и эксплуатации средств вычислительной техники и РЭА на базе микропроцессорных БИС.

Появление БИС и микропроцессорных наборов, характеризующихся большой степенью интеграции и высокой функциональной сложностью, изменило не только конструкцию изделий ВТ и РЭА, но и характер требований, предъявляемых к разработчику ВТ и РЭА, привело к совмещению функций ранее независимых друг от друга участников создания изделий вычислительной техники и радиоэлектронной аппаратуры. Все это заставило по-новому рассматривать проблему стандартизации и унификации.

Ранее роль разработчика изделий электронной техники сводилась к созданию полупроводниковых приборов или логических элементов, т.е. элементной базы для различных классов изделий ВТ и РЭА. Поскольку проблему ограничения номенклатуры ИЭТ и обеспечения коммерчески выгодного объема их производства невозможно было решить без стандартизации и унификации ИЭТ, первыми к решению проблемы стандартизации и унификации подошли создатели ИЭТ.

В области ВТ и РЭА идеи стандартизации и унификации проникали значительно медленнее и, как правило, приобретали реальную основу уже после разработки того или иного вида изделия. Необходимость унификации и стандартизации появлялась прежде всего для тех изделий, трудоемкость и спрос на которые обеспечивали возможность массового производства.

Утверждение идей стандартизации и унификации и рост их роли можно проследить на примере развития ВТ.

На первом этапе (ЭВМ первого и второго поколений) вопрос о стандартизации и унификации технических и программных средств ВТ практически не ставился из-за новизны этой области техники, сложности, высокой стоимости и, как следствие, сравнительно малых объемов производства , разрабатываемых вычислительных средств.

Предприятиями и фирмами создавались оригинальные, не совместимые друг с другом ЭВМ с собственным математическим обеспечением и парком внешних устройств. Однако на этом этапе уже унифицировались составные части изделий ВТ (например, на уровне ячеек). Таким образом, производство изделий ВТ на этом этапе можно рассматривать как единичное на уровне ЭВМ и как массовое на уровне ячеек.

На втором этапе (ЭВМ второго и третьего поколений) создаются семейства модульных программно и аппаратно совместимых ЭВМ с широким спектром основных характеристик и парком унифицированных внешних устройств.

При этом с успехом используется отработанная на первом этапе унификация ячеек. Возникает потребность в стандартизации конструкторских решений всех технических средств семейств ЭВМ. Потребовалась стандартизация междумодульных соединений по электрическим, информационным, конструктивным и другим характеристикам , а также математического обеспечения.

Иными словами, встала новая проблема стандартизации и унификации в области ВТ. Сфера действия стандартизации выходит за рамки предприятия или фирмы, в некоторых случаях даже за рамки государства (ЕС ЭВМ и СМ ЭВМ), но еще не принимает массового характера в области ВТ и РЭА, не затрагивает области ИЭТ.

Положение коренным образом меняется на третьем этапе. Микро-ЭВМ становится общедоступным управляющим средством. Это в свою очередь породило проблему широкой, всеобъемлющей стандартизации и унификации всех видов изделий ВТ и РЭА по конструктивным, электрическим и информационным характеристикам. Исчезла граница между проблемами стандартизации и унификации ИЭТ, ВТ и РЭА. Таким образом, на повестку дня стала проблема комплексной стандартизации и унификации.

Однако, несмотря на важность и актуальность этой проблемы, она еще не получила должного решения. На несущие конструкции электронной измерительной аппаратуры, к примеру, действуют 9 государственных и более 100 отраслевых стандартов. Кроме того, существует множество несущих конструкций, стандартизованных в рамках предприятий или вообще не стандартизованных.

Разнообразие конструктивных решений может привести к несовместимости электронной аппаратуры, выпускаемой различными предприятиями и ведомствами, к несовместимости зачастую однородных изделий ВТ и РЭА, что исключает возможность кооперации между ними.

Важность и актуальность проблемы стандартизации и унификации средств ВТ и РЭА привели к развертыванию работ в этом направлении в самом широком масштабе, на различных уровнях: международном, региональном, национальном, отраслевом и фирменном.

Большинство стран разрабатывает свои национальные стандарты с учетом рекомендаций международной организации по стандартизации (ИСО). Страны социалистического содружества, в том числе СССР, участвуют в работе организаций ИСО и используют их рекомендации.

Примерами региональной стандартизации могут служить системы нормативно-технической документации ЕС ЭВМ и СМ ЭВМ, действующие в странах СЭВ. В рамках СЭВ создана "Межправительственная комиссия по сотрудничеству социалистических стран в области вычислительной техники" (МПК по ВТ), при которой образована "Временная рабочая группа по стандартизации" (ВРГС).

Задачей ВРГС и является комплексное решение проблемы стандартизации и унификации вычислительных средств в рамках СЭВ. План ВРГС предусматривает разработку около 80 стандартов СЭВ (СТ СЭВ) и методических материалов (ММ СЭВ), причем по заключенной конвенции методические материалы имеют рекомендательный характер, в то время как стандарты обязательны для прямого выполнения во всех подписавших конвенцию странах.

Разработка системы стандартов на региональном уровне в рамках СЭВ требует пересмотра национальных и отраслевых стандартов, что и без того является актуальной задачей, так как все существующие государственные и отраслевые стандарты создавались на втором этапе развития стандартизации и унификации средств ВТ и не могут быть в чистом виде применимы для создания комплексной системы стандартизации и унификации средств ВТ и РЭА.

Применение микро-ЭВМ может быть эффективным только при соблюдении ряда условий:

невысокой стоимости (достигается путем массового производства как самих ЭВМ, так и составляющих их элементов, т.е. стандартизации и унификации ИЭТ и ЭВМ); наличия возможности без доработок простым соединением компоновать их в различные системы (обеспечивается стандартизацией единой конструкционной системы для различных классов средств ВТ и РЭА, межмодульных средств сопряжения по электрическим, информационным и конструктивным параметрам, математического обеспечения);

наличия широкого спектра стандартных модулей разнообразных технических и программных средств ВТ и РЭА (выполнение этого условия требует самой широкой кооперации в отраслевом, государственном и международном масштабе).

Модули технических средств можно разделить на четыре основные группы:
- процессор, ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ и т.д.;
- внешние устройства общего применения;
- внешние устройства связи с объектом;
- аппаратура объекта.

Первые три группы составляют универсальный набор стандартных модулей, из которых можно построить вычислительную или управляющую систему произвольной конфигурации. Модули этих групп предназначены для массового применения и, следовательно, должны быть стандартными не только их внешние характеристики, но и характеристики их составных частей, тогда как для аппаратуры объекта важна в первую очередь стандартизация выходных и входных параметров и, в разумных пределах, конструктивных решений.

Различным пользователям требуются ЭВМ, отличающиеся как физическими, так и функциональными характеристиками. Требование стандартизации и унификации в этом случае предписывает единственный путь, который заключается в создании двумерного семейства ЭВМ - такого ряда совместимых ЭВМ, отличающихся функциональными характеристиками, в котором каждая модель имеет несколько модификаций, в зависимости от физических характеристик, определяемых условиями эксплуатации. Реализация такого подхода требует всесторонней стандартизации не только технических, но и программных средств.

Применение ВУ может быть эффективным лишь при стандартизации формы представления информации, носителей информации, интерфейсов, конструкции и т.п. Характерной особенностью таких устройств является то, что требования к их основным параметрам мало зависят от параметров ЭВМ - это обеспечивает возможность широкой унификации ВУ. Однако надо учитывать исторически сложившееся различие интерфейсов различных групп ЭВМ.

Так, системы ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ и АСВТ-М имеют три типа системных интерфейсов, что не позволяет применять для них полностью идентичные ВУ. В то же время наиболее сложными и дорогими в них являются исполнительные электромеханические узлы. Проблема их унификации может быть решена путем введения стандартных малых интерфейсов.

При этом в состав непосредственно ВУ вводится минимальное количество электронной аппаратуры, обеспечивающее лишь преобразование электрических сигналов к стандартизованному в малом интерфейсе виду. Организация управления работой ВУ и его сопряжение с системным интерфейсом возлагаются на контроллер, также унифицированный. Такой подход обеспечивает возможность использования единого парка ВУ для различных ЭВМ за счет применения ограниченного количества типов контроллеров.

В системах управления или контроля физических объектов применяются внешние устройства связи с объектом. К ним относятся преобразователи кодов, аналого-цифровые, цифроаналоговые преобразователи, коммутаторы сигналов, генераторы, регистры, счетчики и тому подобные модули, а также контроллеры для управления их работой.

ВУ этого класса создаются, как правило, либо в виде комплекта устройств для ЭВМ или системы ЭВМ, либо как система программно-управляемых модулей, например, таких, как КАМАК. Система КАМАК является хорошим примером практической реализации идей комплексной стандартизации и унификации и обеспечивает возможность широкой, даже международной кооперации в создании средств ВТ и РЭА.

Наиболее трудно поддается стандартизации и унификации аппаратура объекта. Однако в этом случае целесообразно стандартизировать основные конструктивные решения, а также форму и параметры телеметрической информации. Эго позволит стандартизировать датчики и исполнительные органы, а следовательно, приведет к сокращению номенклатуры ВУ сопряжения с объектом.

С появлением микропроцессоров и микро-ЭВМ возникла необходимость разработки опережающей комплексной системы стандартизации и унификации средств ВТ и РЭА. Суть опережающей стандартизации заключается в том, что нормализуются не результаты многолетней работы в определенной области техники, как это было раньше, а исходные предпосылки.

Это облегчает процесс разработки и, ограничивая "произвол" разработчика, обеспечивает возможность реализации системного подхода к проектированию ИЭТ, ВТ и РЭА, позволяет решить проблему комплексной унификации.

До сих пор имеющая место практика отслеживающей стандартизации по результатам разработок не оправдывает себя, так как не обеспечивает единства действий разработчиков на начальных этапах развития новых областей техники. Она в принципе исключает возможность широкой унификации, поскольку ее реализация требует отказа от всех исторически сложившихся направлений в данной области техники и приводит к неоправданным затратам творческих сил, времени и средств, мелкосерийности и большой номенклатуре однотипных несовместимых изделий.

Комплексная система стандартизации и унификации ИЭТ, ВТ и РЭА должна учесть все достижения предыдущих этапов стандартизации, нормализовать все стороны и этапы создания и эксплуатации ИЭТ, ВТ и РЭА.

Типовая комплексная система опережающих стандартов состоит из нескольких подсистем стандартизации:
- организационно-распорядительных документов;
- требований к документам;
- конструкторских и технологических норм;

- технологических процессов;
- требований к материалам и полуфабрикатам;
- требований к технологическому оборудованию;

- характеристик, параметров и требований к техническим и программным средствам ИЭТ, ВТ и РЭА;
- методов и средств автоматического проектирования ИЭТ, ВТ и РЭА;
- методов и средств контроля качества технических и программных средств;
- методов применения технических и программных средств.

Подсистема стандартизации организационно-распорядительных документов объединяет все нормативно-технические документы (НТД), определяющие организационный порядок всех этапов создания ИЭТ, ВТ и РЭА, а также номенклатуру, порядок построения, изложения и оформления всех необходимых для этого организационных, планово-экономических и других документов.

Например, в этой подсистеме должны быть НТД, нормализующие порядок открытия, выполнения и сдачи тем, согласования ТЗ, ТУ и т.п., регламентирующие взаимоотношения заказчика, исполнителя и соисполнителей и т. д.

Подсистема стандартизации требований к документам включает три группы НТД, определяющие порядок построения, изложения и оформления конструкторских, технологических документов и документов программного обеспечения. Первые две группы устанавливаются едиными системами конструкторских и технологических документов (ЕСКД и ЕСТД). В настоящее время ведется работа по созданию единой системы программных документов (ЕСПД).

Подсистема стандартизации конструкторских и технологических норм достаточно хорошо проработана для аппаратуростроитеяьных отраслей, где конструкторские и технологические нормы имеют достаточно стабильный характер. Совершенно иная ситуация сложилась в микроэлектронике, где развитие технологии идет столь быстрыми темпами, что стандартизация конструкторских и технологических норм затруднительна.

Подсистема стандартизации технологических процессов включает НТД, однозначно регламентирующие все технологические процессы, применяемые в серийном производстве.

Актуальность подсистемы стандартизации требований к материалам и полуфабрикатам бесспорна, так как от качества исходных материалов зависит качество продукции, в особенности в полупроводниковом производстве.

Наличие подсистемы стандартизации требований к технологическому оборудованию позволит провести унификацию технологического оборудования и тем самым снизить его номенклатуру и повысить качество как оборудования, так и продукции.

Подсистема стандартизации характеристик .параметров и требований к техническим и программным средствам ИЭТ, ВТ и РЭА - это основная подсистема документов, направленных непосредственно на стандартизацию и унификацию средств ВТ и РЭА. Она должна содержать НТД, обеспечивающие программную, информационную, электрическую и конструктивную совместимость всех изделий ВТ и РЭА. С этой целью следует заменить массу разрозненных НТД на общую для всех подсистему.

Подсистема стандартизации методов и средств автоматического проектирования ИЭТ, ВТ и РЭА направлена на создание единых методов и средств автоматизации проектирования определенных классов ИЭТ, ВТ и РЭА. Проблема с точки зрения стандартизации требует глубокого изучения.

Подсистема стандартизации методов и средств контроля качества технических и программных средств предусматривает создание единых методов и средств контроля качества для определенных классов ИЭТ, ВТ и РЭА. В этой подсистеме могут быть использованы многие из существующих НТД, однако проблема требует также серьезного изучения, особенно для ИЭТ высокой степени интеграции.

Подсистема стандартизации методов применения технических и программных средств должна содержать ряд руководящих материалов по применению унифицированных средств ИЭТ, ВТ и РЭА, особенно актуальных в связи с неподготовленностью массового потребителя к применению микропроцессоров и микро-ЭВМ. Кроме того, наличие таких НТД обеспечит правильное применение унифицированных средств и тем самым повысит коэффициент их унификации.

Анализ состояния и перспектив проблемы стандартизации и унификации средств ВТ и РЭА показал единственный, по мнению авторов, путь ее решения - на основе комплексной системы стандартизаций всех этапов их создания и применения.