特种计算机加固技术.pdf

特种计算机加固技术浅析 1 概述 为适应某种恶劣环境，在设计、制造计算机时对影响机器性能的各种因素， 诸如系统结构、 电气特性、机械结构等所采取的相应技术措施称为计算机加固技 术。经加固处理后的特种计算机称加固计算机。 它是随着计算机在军事领域的应 用而产生和发展起来的。 在复杂的环境中， 未经加固的普通商用计算机难以正常 稳定工作，直接影响和制约信息系统的作战效能，成为信息化系统的“软肋”。 因此，如何对计算机进行加固， 提高系统的稳定性和安全性显得至关重要。 这里 的复杂环境一般指计算机作业或存储设备所处的非常规环境， 主要包括以下几方 面： 1) 气候环境：风、雨雪、冰、霜、雾、高温、潮湿、低温、沙尘、高气压、 低气压、 盐雾、烟尘等有害因素； 2) 机械物理环境：冲击、振动、跌落、摇摆、应力和噪声等有害因素； 3) 电磁环境： 电磁场强度、 电磁脉冲密度、 雷电冲击强度、 静电火花等因素； 4) 生物环境：霉菌、昆虫等有害因素； 5) 空间环境：电磁场、辐射、单粒子等因素； 6) 特种环境：核爆炸引起的核电磁脉冲、核辐射等因素。 这里使用安全是指它工作时， 必须保证其内部的机密信息不向外泄露造成泄 密，由此可见，加固计算机的“加固”两字的确切含义是抗恶劣环境和防信息泄 露。 加固计算机主要军用领域有：地面固定、车载、舰载、机载、弹载、星载 及野外作业系统，战略和战术武器系统，以及军事通信、指挥和控制系统等。 2. 特种计算机主要加固技术 设计与制造一台性能良好、 功能优越、 可靠性高、 性价比适当的加固计算机 是相当复杂的， 它需要考虑很多问题， 利用许多设计技术和知识， 进行综合优化， 才能达到预期的目的。这里涉及到这些技术：可靠性技术、热设计技术、抗振动 与冲击设计技术、三防技术、电磁兼容技术等。 2.1 加固计算机的可靠性技术 可靠性是指产品在规定条件下和规定时间内， 完成规定功能的能力。 实现加 固计算机可靠性的技术途径很多，大致可分为以下两类。 1) 提高计算机元器件本身的靠性：关键是设计、工艺和制造过程的控制。 半导体器件， 特别是各类大规模集成电路、 超大规模集成电路本身的加固水 平，决定了加固计算机及的加固水平， 这些元器件的可靠性在极大程度上决定了 整机的可靠性。 元器件的降额使用是提高其可靠性的重要方法， 即降低元器件的 负荷来提高可靠性。 此外， 可靠性筛选能改善元器件的失效率， 最大限度的淘汰 元器件的早期失效， 保证产品的可靠性。 所谓筛选就是对电子元器件施加一种应 力或多种应力的试验，暴露元器件的固有缺陷而不破坏元器件的完整性。 2) 采用可靠元器件构成可靠系统的技术： 主要包括冗余技术； 可维修性技术； 可 靠性实验技术等。 冗余技术是采用备份的手段， 对故障进行防护的一种技术。 可维修性的含义 是可维修系统在规定条件下和规定时间内的修复能力。 可靠性预计是一个预测过程，根据所用元器件失效数据资料，来预测部件、 分系统、系统或设备可能达到的可靠度。 设备的可靠性指标不同于设备的电气性能指标， 它有时间性、 综合性和统计 性等特点， 它不能像电气性能指标那样直接用仪器仪表测量， 一般是通过现场可 靠性试验和室内的模拟可靠性试验两种途径获得。 2.2 加固计算机的结构与工艺 2.2.1 热设计 加固计算机热设计的目的是保证从热源至最终散热器有一条低热阻的热流 通路，使各类功耗元器件的温度低于允许的最高温度， 达到整机可靠性要求。 一 般来说，整机内部的温度不应该超过 50℃—80℃。著名的 10℃法则这样说：当