2.3. Число внешних контактов.

Внешние цепи элемента или устройства СВТ целесообразно выделить из общего числа логических цепей и связей в особую категорию. Если общее число связей накладывает существенный отпечаток на параметры конструкций кристалла (БИС, СБИС), подложки многокристального модуля (МКМ) и многослойной печатной платы (МПП) функционального узла, блока или устройства, то число внешних связей m (или, что то же самое, число внешних контактов, или число внешних цепей) накладывает существенный отпечаток на параметры конструкций и технологию изготовления корпусов элементов (БИС, СБИС, в т.ч. на топологию и организацию внешних выводов в кристаллах), разъемных и неразъемных соединителей узлов и блоков, параметры печатных, проводных и кабельных линий связи.

Известно, что число внешних контактов элементов и устройств с ростом их степени интеграции способно существенно увеличиваться. Учитывая современный высокий уровень развития микроэлектронной технологии, степень интеграции БИС и СБИС оценивается в десятки и сотни тысяч ЭЛЭ, что влечет за собой значительный рост числа внешних связей. Поэтому число внешних контактов в элементах и устройствах m является одним из особо важных компоновочных параметров логической схемы, играющим одну из ведущую ролей при компоновке и конструировании СВТ.

В этом плане задача разработчиков и конструкторов СВТ заключается в том, чтобы найти такие принципы организации вычислительных процессов и компоновки устройств на всех уровнях конструкции, которые бы существенно снижали темпы роста числа внешних связей по сравнению с темпами роста степени интеграции. Примером такого снижения можно считать использование принципов микропроцессорной и шинной (параллельной) организации вычислительных процессов в устройствах, ЭВМ и системах в отличие от традиционных общепроцессорных принципов, наиболее характерных для устройств ЭВМ III‑го поколения.

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

Соотношение между числом входных и выходных внешних контактов в логической схеме “K” является важным параметром, характеризующем степень ее функциональной законченности (завершенности). Следует отметить, что понятие “функциональная законченность” (или “функциональная завершенность”) не вполне отражает свое название. Однако в конструировании электронных устройств ЭВМ это понятие и термин в целом довольно широко используется, в связи с чем автор решил его также применить. Речь идет о таком уровне интеграции элементов или, что вернее, интеграции устройства обработки в целом, при котором число внешних контактов достигает либо максимального значения, либо существенно замедляет свой рост при дальнейшем увеличении интеграции.

В представлении конструктора почему-то всегда считалось, что уровню интеграции ИС характерно свое минимальное число внешних контактов, БИС – свое, функциональному узлу или блоку – также соответственно свое. Казалось, что надо только найти значения этих уровней интеграции и вопрос может быть решен в пользу минимального числа внешних контактов. Однако, за время разработки двух поколений (III‑го и IV‑го) элементов и других СВТ эти уровни интеграции так и не были найдены и определены. И это не удивительно, т.к. функционально законченным (или завершенным) устройством можно считать, напр., процессор ЭВМ, или ЭВМ в целом, или даже вычислительный комплекс (ВК). Для элементов, узлов, блоков и ряда устройств, находящихся по уровню интеграции ниже процессора ЭВМ, можно говорить только о степени (или уровне) функциональной завершенности, которая в общем случае не отражает каких-то особых ситуаций, связанных с отклонениями (напр., замедлении или спаде) в росте числа внешних контактов при увеличении интеграции.

Вместе с тем, в распоряжении конструктора необходимо иметь некий схемный (компоновочный) параметр, который в определенной мере характеризовал бы элемент, узел или устройство по степени своей функциональной законченности и характеру происходящих в нем вычислительных процессов (напр., процесс обработки информации или процесс обмена информацией). Поэтому для оценки функциональной законченности логических схем элементов или устройств вполне обоснованным является использование в качестве компоновочного параметра коэффициента K, характеризующего собой соотношение между числом входных и выходных контактов, т.е.

При малых значениях уровня интеграции элемента число его входных внешних контактов m_вх, как правило, существенно превышает число его выходных внешних контактов m_вых, т.е. m_вх >> m_вых. С ростом степени интеграции устройства общее число внешних контактов m принципиально увеличивается, однако темпы увеличения числа входных и выходных внешних контактов различные: число входных с ростом степени интеграции увеличивается медленнее, чем число его выходных внешних контактов. Это значит, что при достижении устройством определенного уровня функциональной завершенности количество входных и выходных внешних контактов примерно равно друг другу, т.е. m_вх = m_вых, что можно представить соотношение K как минимальное и равное 1, или стремящееся к 1.

С другой стороны, нетрудно заметить, что максимальное значение параметра K будет при минимальной интеграции, т.е. при N = 1 ЭЛЭ, и составит для ЭЛЭ K_max = K₀ = 3.

Вместе с тем, уменьшение соотношения K с ростом интеграции устройства можно интерпретировать как уменьшение так называемого “компоновочного числа входов ЭЛЭ” от m_вх0 = K₀ = K_max до единицы (при K_min = 1), которое можно рассматривать как пропорционально убывающую зависимость от степени интеграции.

Таким образом, компоновочный параметр K характеризует, с одной стороны, диапазон изменения степени интеграции устройства, а с другой, – его функциональную законченность, при которой число внешних контактов является максимальным. Кроме того, условие K = 1 можно рассматривать также как своеобразное граничное условие для разных вычислительных процессов. Например, при K > 1 имеет место процесс преобразования и обработки информации в устройстве, а при K = 1 – процесс обмена информацией между устройствами. Такое разделение имеет важное значение при компоновке элементов и устройств и определении достоверных значений их компоновочных параметров и параметров конструкции.