自主可控計算機信息論文

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1自主可控計算機系統(tǒng)總體機構設計為滿足市場對CPU性能的現(xiàn)實需求，國產(chǎn)CPU廠家不斷推出新產(chǎn)品，在本文中選擇應用龍芯3A多核處理器進行自主可控計算機設計。龍芯3A多核處理器片內(nèi)共集成四片64位超標量處理器核，設置有內(nèi)存控制器兩個，并設置有高性能控制器，其頻率在1GHz時，單精度浮點運算速度可達到320億次每秒，雙精度浮點運算峰值達到160億次每秒。自主可控計算機硬件平臺，設計為ATX主板形式，設置橋芯片組，應用具備通用性的外圍接口控制芯片，其硬件整體框架如圖1所示。

2自主可控計算機硬件系統(tǒng)設計研究

2.1自主可控計算機關鍵電路設計

2.1.1開機及復位電路設計

自主可控計算機系統(tǒng)運行對每個芯片的開機次序，上電復位次序均存在著較為明確的要求，為此，需要合理設計計算機系統(tǒng)開機電路與復位電路，具體而言：啟動220VAC電源之后，計算機系統(tǒng)會輸出+5VSBY備用電源，電源經(jīng)過，32.768KHz晶體運轉并向電路傳輸時鐘信號，啟動電源，計算機硬件平臺開機電路作業(yè)。電源開關PWRBTN信號傳輸?shù)絊uperI/O后，會向南橋傳輸?shù)碗娖?，南橋接收后進行反饋，SuperI/O接收反饋后向ATX電源傳輸PSON信號，硬件系統(tǒng)輸出電源電壓，電壓輸出處于穩(wěn)定狀態(tài)后，ATX電源會向系統(tǒng)CUP及南北橋傳輸準備就緒信號，復位電路執(zhí)行動作，實現(xiàn)芯片初始化。

2.1.2時鐘設計

計算機系統(tǒng)，其芯片與接口運轉，均需要依托時鐘來提供工作頻率，如針對單一芯片及其接口設置獨立時鐘，則會出現(xiàn)設計冗余，占用電路面積等問題，為此，需要將單一時鐘設置為滿足多種應用需求的時鐘。在設計中，應用SLG8LP65TTR時鐘芯片，可以提供多種倍頻時鐘信號，如提供100MHz時鐘，為PCI插槽、互聯(lián)網(wǎng)控制芯片等提供支持，提供48MHz始終，為USB接口與SuperI/O芯片提供支持等。

2.1.3電源設計

在進行自主可控計算機設計過程中，其電源種類較多，需要設計如1.1V、1.2V、1.8V、3.3V等工作電源，系統(tǒng)供電應用ATX電源，考慮芯片工作所需電壓偏低，需要對ATX電源進行轉換，確保芯片正常作業(yè)。較為典型的系統(tǒng)電壓轉換方法主要為低壓差線性電源供電與DC/DC開關電源供電。

2.2自主可控計算機信號完整度設計

在自主可控計算機系統(tǒng)中，設置有種類較多的EMI信號，其信號敏感性較強，確保高速信號傳輸?shù)耐暾耘c可靠性是系統(tǒng)設計的關鍵，直接關系著整個計算機系統(tǒng)作業(yè)的可靠性與穩(wěn)定性。影響計算機信號完整度的因素較多，如系統(tǒng)布局、疊層設計、內(nèi)存信號布線、高速差分信號布線等。為此，在進行系統(tǒng)布局時，需要依托模塊化設計理念，依據(jù)電路功能進行模塊劃分，明確元器件布置區(qū)域，讓信號傳輸線盡量短，降低信號反射對信號完整性的影響，還應確保傳輸線路其阻抗匹配良好，復位電路與時鐘電路設置，應盡量與芯片位置距離較短，降低電磁輻射影響。在疊層設計過程中，需要依據(jù)系統(tǒng)布置狀況，采取PCB疊層設計方法，合理設置其層數(shù)，降低電路電磁所產(chǎn)生的干擾問題，為電路系統(tǒng)運行提供保障。在內(nèi)存信號布線時，應將同組信號于相同布線層中視線中走線，加強長度匹配控制，采取蛇形線進行布置；在差分信號布線中，應盡量將其傳輸線等長設置，其布線形式采取平行布線方式，綜合考慮耦合原則，確保信號完整度。

3自主可控計算機軟件系統(tǒng)設計

為實現(xiàn)自主可控計算機具備自主知識產(chǎn)權，系統(tǒng)在設計中，其軟件均采取國產(chǎn)化軟件，具體而言，包括計算機操作系統(tǒng)、計算機應用軟件、計算機固件系統(tǒng)等。針對操作系統(tǒng)而言，為確保操作系統(tǒng)運行能力，對系統(tǒng)底層硬件驅動進行分析，確保操作系統(tǒng)可以有效對底層硬件機構執(zhí)行有效驅動，確保系統(tǒng)可以運行穩(wěn)定可靠。因我國國產(chǎn)的軟件其時間較短，實踐應用仍需要進一步改善，其系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的兼容性有待深入研究，需要在實際運行應用中及時發(fā)現(xiàn)軟件系統(tǒng)中存在問題，并予以解決。

4自主可控計算機設計成果測試分析

通過對自主可控計算機的硬件設計與軟件設計，通過研制組裝，最終實現(xiàn)了國產(chǎn)自主可控計算機研制。在樣機設計完成后，采取針對性測試軟件，分別對自主可控計算機的CPU、內(nèi)容、硬盤及其他數(shù)據(jù)接口性能進行測試，并對其高低溫環(huán)境下運行狀況進行檢測。試驗檢測結果證明，該自主可控計算機U盤讀速度正常，硬盤讀速度正常，計算機主板與3A主板性能相當，該計算機在零下40℃-50℃環(huán)境中，均可以正常作業(yè)，此外，還對自主可控計算機進行了連續(xù)拷機檢測，充分證實了該自主可控計算機具備良好的穩(wěn)定性工作能力，其可控性高，安全性好，未來應用前景廣闊。

5結語

自主可控計算機未來發(fā)展前景廣闊，本文重點對自主可控計算機的硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)設計進行研究，通過應用國產(chǎn)化部件，實現(xiàn)了自主可控計算機設計。經(jīng)過試驗檢測發(fā)現(xiàn)，該設計成果具備良好性能，性能穩(wěn)定且可控性高。相信隨著科技進步，其發(fā)展前景會更為廣闊，應用效果更佳。

作者：王慧軍 單位：平頂山教育學院