Интегралды схемалар

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

РЕФЕРАТ

Тақырыбы:

«Интегралды схемалар»

Орындаған:

Тексерген:

Орал, 2012ж.

Жоспар

1. Интегралды схема туралы жалпы түсініктер және ИС-ң жіктелуі

2. Программаланатын логиканың АУИС-ң жіктелуі

3. Микросхема. Чип

4. Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

1. Интегралды схема туралы жалпы түсініктер

және ИС-ң жіктелуі

Аса үлкен ИС-тер техникасының ары қарай дамуына және соған сәйксс интеграция дәрежесінің өсуіне байланысты, АҮИС-тер электрониканың түрлі салаларында, әсіресе, есептеу техникасында және компьютерлік жүйелерде кең пайдаланып келеді. Бірақ АУИС-тердің интеграция дәрежесі өскен сайын оны өңдеуге және жасауға жұмсалынатын шығын да көбее түеуде және, соған сәйкес, кристалдың (АУИС) бағасы да өсуде. АҮИС-тің бағасын арзандату үшін АҮИС өндірісінің көлемін үлкейту қажет. Егер көптеп шығару өндірісіне бақыттталған талаптарды ескерсек, онда АУИС-тер мүмкіндігінше әмбебап болуы тиіс. Әмбебаптарға микропроцессорлық (МП) АУИС және жады құрылғылардың (ЖҚ) АУИС-тері жатады. Бұл АУИС-тер-де бір кристалдық шегінде түрлі жүйелер үшін жалпы немесе жалпылай болып істеліне алатын функциялар іске асады. Стандартты деп аталатын МП АУИС- және ЖҚ АУИС-тер-дің әмбебаптылығы, оларды көп көлемде шығаруға мүмкіндік береді және сондықтан да олардың салыстырмалы бағасы төмен болып, оларды пайдаланушылардың санын арттырады. Нарығы практика жүзінде шектелмеген МП АУИС-және ЖҚ АУИС-тердін өндіріп шығару көлемі жылына 5 млн. данадан асады. Сондықтан мұндай АУИС-тердің өндіруінің бағасы әрқашан өзін ақтайды.

Стандартты ИС-терге сонымен қатар интеграциясы кіші және орта дәрежелі (КИС және ОИС) микросхемалары жатады. Бұл микросхемалар, қызметі белгілі бір пайдаланушылармен анықталмайтын, стандартты элементтерді және түйіндерді іске асырады. КИС және ОИС микросхемалары, МП АУИС- және ЖҚ АУИС-тсрі сияқты, көп көлемде шығарылады және кең нарыққа ие, ал бұның барлығы оның бағасын төмендету үшін ыңғайлы.

Әрбір жүйеде стандарттылармен қатар, берілген жұмысқа тән ерекшеліктері бар, стандартты емес бөліктер де болады. Оларға блоктарды басқару, олардың қарым-қатынасын қамтамасыз ету және т. б. сұлбаларының қатысы бар. Жүйенін стандартты емес бөліктерінің іске асуы, әдетте КИС және ОИС микросхемалардың қолданылуымен байланысты болатын. Бірақ КИС- және ОИС-терді қолдаиу ИС корпустарынын көбеюіне, құрастырудың (монтаждың) қиындатуына, жүйе сенімділігінің және шапшаңдылығының -төмендеуіне әкеледі. Сондықтан мұндай жағдайларда берілген жүйеге арнайы жобаланған, арнаулы деп аталатын АУИС-терді қолданған жөн.

Қазірігі заманға сай электрондық өндіріс стандартты емес цифрлық кұрылғыларда қолдануға арналған арнайы (салалы) ҮИС және АУИС-терді кең көлемде шығарады.

Арнайы АУИС-терді жасағанда мынадай мақсаттар қойылады:

- стандартты микросхемалардың көмегімен іске аса алмайтын функциялардың (қызметтердің) орындалуы;

- электронды сұлбалар сипаттамаларының жақсаруы;

- көлемінің, салмағының, пайдаланатын қуатының төмендетілуі, сонымен бірге бір кристаллда логикалық қызметтердің көп мөлшерін орындау арқылы жүйенің сенімділігін арттыру.

Белгілі бір функцияны іске асыруда пайдалалушының қатысу критериясы бойынша арнайы ҮИС- және АУИС-тер тапсырысты және жартылай тапсырысты болып бөлінеді. Жартылай тапсырыстыларға НМК-да жасалған АУИС-термен программаланатын және репрограммаланатын құрылғылары бар АУИС-тер жатады. Қысқаша олар программаланатын логиканың АУИС-тері (ПЛ АУИС) деп аталады.

Тапсырысты АУИС-тер, белгілі бір кристаллға арнайы жобаланған, элементтердің сұлбалары және қызметтік блоктары негізінде жасалынады. Тапсырысты АУИС-тердін технологиялық қабаттары жекеленген фотошаблондар бойынша жобаланады, басқа жобалау технологияларымен салыстырғанда барлық технологиялық қабаттар үшін біртұтас калқа (маска) жасалынады. Толығынан тапсырыстың орындалуы, тек кристаллдың өлшемін азайту керек болғанда, немесе орындалмайтын, немесе стапдартты немесе жартылай тапсырысты ИС-тер түрінде тиымді болмайтын қызметгерді жүзеге асырғанда ғана тандалынады. Кристаллдың өлшемін азайту кристаллды жасау бағасын төмендетуге мүмкіндік береді, себебі бұл жағдайда тілімшедегі (пластинадағы) кристаллдың саны көбейеді және, кристаллдың ауданынан экспоненциалды тәуелді болып келетін, жарамды өнімдерді жасап шығару пайызы өседі. Бірақ өндірілуіне және жасалынуына қажет өте үлкен шығындардың салдарынан, тапсырысты АУИС-тер өте қымбат және олардың жобалау циклі салыстырмалы ұзақ ал бұл қатенің жоғары ықтималдығына әкелетін қолмен жобалау әдісінің жайлығымеы түсіндіріледі.

Жоғарыда айтылған мәселелер программаланатын логиканың АУИС-н, басқаша айтқанда, ПЛМ, ПМЛ және НМК микросхемалардың ары қарай дамуы болып келетін, СРІЛ және ҒРОА АУИС-ң жасалу жолдарында шешімін тапты.

Транзисторлар электронды шамдармен салыстырғанда әлдеқайда сенімді болатын, олар электр энергиясын көп пайдаланбайтын және орынды көп алмайтын. Ал бұндай элементтерден жасалған компьютердердің жылдамдығы секундына 200 мың операцияға дейін артып, ішкі жадының көлемі де бірінші кезеңнің компьютерлерімен салыстырғанда жүздеген есе көбейді. Бұл компьютерлердің жадындағы барлық мәліметті сақтау үшін магниттік дискілер мен магниттік ленталар қолданыла бастады. Осы кезеңнен бастап Фортран, Алгол секілді алғашқы программалау тілдері пайда болып, программалау тілдері әлдеқайда түсінікті, қарапайым және қолайлы бола бастады. ІІІ кезең (1965-1980 жылдар) 1958 жылы америкалық мамандар өте күрделі технологияны қолдана отырып ауданы 1 см-ден аспайтын жіңішке пластинаға ондаған, кейін жүздеген электронды схемаларды орналастыруды үйренді. Бұларды интегралды схемалар (ИС) деп атады. Интегралды схемалардың пайда болуы компьютерлік техниканың дамуына үлкен әсерін тигізді. Интегралды схемалар компьютерлердің жылдамдығын айтарлықтай арттырды (секундына 1 млн операциядан жоғары), оперативті жадының да көлемі жүздеген мың байтпен өлшенетін болды, компьютерде бір мезгілде бірнеше жұмыс атқару мүмкіндігі пайда болды. Осы кезеңнен бастап ЭЕМ-дерді қолдану аясы да артты. Бұрынғы ЭЕМ-дер тек күрделі инженерлік есептеулер үшін және соғыстық мақсатта қолданылса, ендігі компьютерлер өндірістің барлық саласында: зауыттарда, білім беру мекемелерінде, денсаулық сақтау саласында т. б жерлерде қолданыла бастады. Паскаль, Си, Бейсик секілді жоғары дәрежелі программалау тілдері осы кезеңде пайда болды. Программалау ісі білім беру мекемелерінде кеңінен оқытыла бастады. Алғашқы мәліметтер базасы, жасанды интеллект жүйелері, автоматтандырылған жобалау жүйелері т. б. пайда болды. IV кезең (1980 жылдан бері қарай) Өткен ғасырдың 70-жылдары мини-ЭЕМ-дер жедел дами бастады. Бұл компьютерлер үлкен ЭЕМ-дерге қарағанда көлемі шағын және бағасы арзан болатын. 1971 жылы американдық Intel фирмасы өзінің микропроцессорды ойлап тапқанын мәлімдеді. Микропроцессор - бір пластинада миллиондаған электронды схемаларды өзара байланыстыратын үлкен интегралды схемалардан жасалды. Микропроцессор компьютерлердің жылдамдығын секундына бірнеше миллиард операцияға дейін арттырды. Микропроцессорды енгізу-шығару, сыртқы есте сақтау құрылғыларымен байланыстырудың нәтижесінде компьютерлердің жаңа түрі - микро-ЭЕМ-дер дүниеге келді. Үлкен интегралды схемалармен немесе микропроцессормен жұмыс жасайтын қазіргі компьютерлер ЭЕМ-дердің IV кезеңіне жатады. Қазіргі ЭЕМ-дердің ең көп таралған түрі - дербес компьютерлер болып есептеледі. Алғашқы дербес компьютер 1976 жылы пайда болды. Apple-1 деп аталған бұл компьютерді американдық Стив Джобс пен Стив Возняк ойлап тапты.

Қазіргі дербес компьютерлер дисплей, жүйелік блок, пернетақта секілді көптеген құрылғылардын тұрады және алғашқы пайда болған дербес компьютерлерге мүлдем ұқсамайды десе де болады. Қазіргі дербес компьютерлердің жұмыс істеу жылдамдығы да осыдан отыз жыл бұрынғы компьютерлермен салыстырғанда мыңдаған есе артты. Егер 1977 жылы пайда болған Apple-2 компьютеріндегі микропроцессордың тактілік жиілігі 1 МГц болса (1 МГц - секундына 1 миллион операция орындайды деген сөз) қазіргі компьютерлерде қолданылатын Pentium-4 микропроцессорларының тактілік жиілігі 3, 4 ГГц-ке дейін жетеді. Қазіргі компьютерлердің программалық жабдықтамалары қолданушыларға программалау тілдерін білмей-ақ олармен (компьютерлермен) жеңіл қарым-қатынас жасауға мүмкіндік береді. Бұны Windows, Macintosh OS секілді танымал операциялық жүйелердің пайда болуымен байланыстыруға болады. Қазір әлемде дербес компьютерлердің жылына миллиондаған данасы сатылады. V-кезең V кезеңнің ЭЕМ-дері деп жақын болашақта пайда болатын компьютерлерді айтуға болады. Ғалымдар болашақтың компьютерлері бүгінгі компьютерлермен салыстырғанда әлдеқайда қуатты, қолданыста ыңғайлы және интеллектуалдық қабілеті өте жоғары болады деп болжамдайды. Бұл компьютерлерге барлық мәліметті қазіргідей пернетақтамен емес, дауыстап командалар беру арқылы енгізіп, олардың адам секілді машиналық «көру», «есту», «иіс сезу» қабілеті болады деп болжамдалуда.

2. Программаланатын логиканың АУИС-ң жіктелуі

Перспективті болып табылатын программаланатын логиканың АУИС-ның қолдану аймағы жеткілікті кең, олардың негізінде тек жүйенің ірі блоктарын ғана емес, сонымен қатар ЖҚ және процессорларды коса толық жүйені де құруға болады.

ПЛ АУИС-терде сұлбаның берілген құрылымын алу үшін басқарылатын кілттердің қызметін атқаратын арнайы программаланатын екі полюсті элементтер қолданылады. Бұл кілттердің күйін басқару (тұйықтау немесе ажырату) негізінде пайдаланушы стандартты АУИС-те белгілі бір қызметтің орындалуын жүзеге асыра алады.

Қазіргі замаиға сай ПЛ АУИС-терде осындай программаланатын кілттер негізінде келесі элементтер қолданылады:

- типті жалғаушы;

- екі бекітпесі және зарядтың көшкіндік инжекциясы (ЗКИ) бар пМДЖ-транзисторлар (ЗКИМДЖ транзисторлар) ;

- сыртқы көрітсі(конфигурациясы) триггерлер сияқты жадылармен басқарылатын кілттік транзисторлар;

Интеграциялық дәрежесі матрицалық ҮИС-терден төмен ПЛ АУИС, олармен салыстырғанда, толық дайын күйінде шығарылады. Оларда іске тек логикалық элементгер, триггерлер және т. б. ғана емес жөне, сонымен қатар, аралық қосылыстар да жүзеге асқан. ПЛ АУИС-ті пайдаланушы, оның өндірісшісімен, қандай да бір ақырғы операцияны орындау үшін, байланыспайды, себебі программалауды ол өз бетінше орындайды. Бұл ПЛ АУИС-ті стандартты өнімдерге жатқызуға негіз береді, ал бұның өзі олардың белгілі жақсы қасиеттеріне - өндіріс көлемінің өсуіне және бағасының арзандауына әкеледі.

3. Микросхема. Чип

Транзисторлардың пайда болуы екінші деңгейлі компьютерлердің пайда болуына себеп болса, интегралды схемалардың пайда болуы есептеуіш техникасының жаңа этапының, яғни үшінші деңгейлі машиналардың дамуына жол ашты. Кристалл деп те аталатын интегралды схема көлемі 10мм шамасында болатын кремнийлі кристалдардың үстіңгі қабатында жасалынған кішігірім электронны схема түрінде болып келеді.

Алғашқы интегралды схемалар 1964ж пайда болды. Алдымен олар тек космостық және әскери техникаларында пайдаланылатын болды. Қазір болса, оларды күнделікті пайдаланылатын тұрмыстық құралдардан, автомобильден көруімізге болады. Ал компьютерлер бұндай схемаларсыз тіпті болу мүмкін емес.

Интегралды схемалардың пайда болуы есептеуіш техниканың нағыз революциясын туғызды. Мәселен, 1 ғана интегралды схема мыңдаған транзисторлардың орнын алып, ал транзистор өз кезінде 40 электронны лампалардың орнына қолданылады. Бір сөзбен айтқанда, бір майда кристалл 30 тонндық Эниактың есептеуіш мүмкіндіктерімен теңестіріледі.

1943 жылдың ортасында алғашқы электронды есептеуіш машинаны құрастырудың жұмысы басталды. Бұл жұмысының жетекшілері американдық ғылымдар Моучли және Эккерт еді.

1943 жылдың маусым айында артилериялық басқармасы Пенсильвандық университетімен «Баллистикалық кестелерді есептеуге арналған электронды машинаны» құрастыруы бойынша келісім шарт жасады. Басты инженери Эккерт, ал Моучли жұмыс жетекшісі болып тағайындалды.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.