Una dintre cele mai importante modalități de îmbunătățire a tehnologiei de calculator este utilizat pe scară largă în domeniul microelectronicii moderne avansuri. Avansuri de electronice integrate semiconductoare au condus la crearea unei noi clase de produse complexe funcționale electronice - circuite integrate pe scară largă, care au devenit o bază majoră element de calculatoare de generația a patra (anii '70).
Într-un astfel de schemă, volumul este doar o fracțiune de centimetru cub de un bloc este plasat, care a fost în prima generație a unui cabinet de calculator. Ca urmare, a realizat o creștere semnificativă a performanței computerului.
În cazul în care viteza de calculatoare a treia generație ajunge la 20-30 de milioane de operații pe secundă, a patra generație de performanța mașinii ajunge la sute de milioane de operații pe secundă. În consecință crește și memorie. Odată cu îmbunătățirea dispozitivelor convenționale de memorie, discuri magnetice și benzi de memorie create fără piese în mișcare. Volumul total al memoriei externe în mașinile mari de a patra generație depășesc 10 până la 14 de caractere, ceea ce este echivalent cu o bibliotecă constând din mai multe milioane de volume voluminoase.
BIS a creat ca urmare a dezvoltării naturale a circuitelor integrate. O condiție prealabilă pentru aspectul lor este dezvoltarea tehnologiei planare industria electronică de fabricare a dispozitivelor semiconductoare de siliciu. Noutatea principală a acestei tehnologii este că este permisă înlocuirea componentelor convenționale componente discrete de difuzie sau de tip film subțire.
fiabilitate ridicată a calculatorului este pus în cursul producției sale. Trecerea la noi componente - circuite integrate pe scară foarte largă (VLSI) - reduce drastic numărul de circuite integrate, și, prin urmare, numărul de conexiuni cu unul de altul. Ei bine concepute aranjament calculator și furnizarea de modul dorit de funcționare (răcire, protecție împotriva prafului).
Toate computerele moderne sunt construite pe complexe (sisteme) circuite integrate (ICS). Chip-ul electronic numit un sistem integrat în cazul în care componentele și conexiunile dintre ele sale sunt realizate într-un singur ciclu de proces pe o singură bază și să aibă o etanșare comună și protecție mecanică. Fiecare cip este un circuit electronic în miniatură format în straturile de cristal semiconductor: siliciu, germaniu, etc. Compoziția seturi cu microprocesor inclus diferite tipuri de chips-uri, dar acestea ar trebui să aibă un singur tip de legături intermodule pe baza unor parametri de interacțiune standardizare semnal (amplitudine, polaritate, lățimea impulsului, etc.). Seturile de bază sunt, de obicei pe scară largă de circuit integrat (LSI) și circuite integrate foarte mari dimensiuni (VLSI). În viitorul apropiat ar trebui să ne așteptăm apariția unor circuite integrate de mari dimensiuni ultra (Ubisa). Mai mult, ei folosesc în general cipuri cu scară mică și medie integrat (ASIC). chips-uri pot corespunde functionabila si unui dispozitiv, asamblare sau unitate, dar fiecare dintre ele constă dintr-o combinație de porți logice simple, care implementează funcția de formare, conversie și stocarea semnalelor etc.
Toate computerele moderne sunt bazate pe chipset-ul, care se bazează pe circuite de mari dimensiuni (LSI) și foarte mari dimensiuni integrate (VLSI). Principiul tehnologic al dezvoltării și producției de circuite integrate a fost de operare pentru mai mult de un sfert de secol. Acesta constă în fabricarea de piese stratificate de circuite electronice pe un ciclu de „program de - desen - schema“. Programul pentru stratul de fotorezist cu praf este model strat viitor cip. Apoi, modelul corodată este fix, fix și izolat din noile straturi.
Pe baza acestei creează structura spațială în stare solidă. De exemplu, tipul Pentium VLSI include aproximativ trei milioane și jumătate de tranzistori care urmează să fie plasate într-o structură cu cinci straturi. Gradul de miniaturizare, dimensiunea cip, performanța și costul sunt determinate de tipul de tehnologie litografie direct. a rămas pînă acum litografia optică dominantă, adică desene stratificate pe cipuri photoresisto aplicate fasciculul de lumină. În prezent, mai multe companii producătoare de chips-uri să pună în aplicare cristale cu dimensiuni de aproximativ 400-600 mm2 procesoare (de exemplu, Pentium) și 200-400 mm2 - circuite de memorie. Rezoluția minimă topologic (linia lățime), în acest caz, este de 0,25-0,135 mm. astfel de exemplu este pentru comparație. Grosimea unui fir de păr uman este de aproximativ 100 de microni. Prin urmare, la această rezoluție, la grosimea de 100 microni necesită complot peste două sute de linii.
Alte progrese in domeniul microelectronicii se leagă la E (laser), ion și litografia cu raze X. Acest lucru vă permite să introduceți dimensiunile 0,13; 0,10 sau chiar de 0,08 microni. În locul conductoarelor din aluminiu utilizate în așchiile încep să se aplice pe întregul compus de cupru care poate crește frecvența de funcționare.
O astfel de înaltă tehnologie ridică o serie de probleme. line microscopica lățime comparabilă cu diametrul moleculelor, necesită o puritate ridicată a materialului depus și echipamente de vid aplicare și temperaturi de operare mai mici. Într-adevăr, a lovit destul de cea mai măruntă fir de praf în fabricarea de chips-uri - și se mărită. Prin urmare, noi instalații pentru producerea de cipuri sunt echipamente unice pentru a fi plasat într-un „curat clasă cameră 1 cip“, în care sunt transportate de la echipament la echipamente în ultrapură închise mini atmosferele clasa 1000 Mini atmosfepa creat, de exemplu, azotul ultrapură sau alt gaz inert la o presiune KG4 Torr.
În prezent, fundația construind toate jetoanele a fost și rămâne un CMOS (circuit complementar, adică partajarea joncțiunile n- și p în tranzistori cu structura „din metal - oxid - semiconductor“).
Cu toate acestea, apariția LSI a generat o problemu- foarte gravă „ceea ce pentru a pune pe substrat“ sau, cu alte cuvinte, cum să pună în aplicare a dispozitivului în diagramele cu un număr enorm de elemente.
Primul și destul de evident soluția la această problemă a fost producerea așa-numitelor scheme personalizate dezvoltate de fiecare dată în mod special pentru a fi utilizate într-un aparat special. În același timp, proiectarea personalizat LSI - un proces foarte lung și laborios, folosind om-mașină de proiectare asistată de calculator sofisticat. Prin urmare, dezvoltarea și fabricarea de LSI personalizate pot fi justificate economic numai pentru echipamente de producție de masă în care sunt utilizate aceste circuite.
O bună alternativă la BIS au fost înregistrate chipset-ul - un set de circuite integrate pe scară largă care implementează caracteristicile avansate ale echipamentelor digitale. Dintre aceste „cărămizi“ microcalculatoare pur și simplu construite (micro-computer), a primit o dezvoltare exclusivă și-au găsit aplicarea pe scară largă într-o varietate de sisteme de control.
Microprocesorul este un dispozitiv universal, care poate realiza orice funcție logică. Cu toate acestea, punerea în aplicare de software a logicii de control se realizează relativ lent, microprocesorul frecvent nu este în măsură să furnizeze performanțele necesare. În acest sens, în prezent pe scară largă programabil LSI cu o structură de matrice, printre care ocupă un loc special logic programabil matrice (PLA) - scară largă de circuit integrat, care combină regularitatea structurii dispozitivului semiconductor de memorie (memorie), cu versatilitatea microprocesorului. PLA are avantaje semnificative față de microprocesorul atunci când implementarea unor algoritmi de control complexe.
implementare ca unități funcționale LSI orientate de funcții booleene sunt utilizate pe scară largă așa-numitul circuit de matrice.
Circuitul de matrice este format dintr-o rețea de conductori ortogonale la intersecțiile dintre care pot fi setate elemente semiconductoare cu conductivitate one-way (EOP) - diode sau tranzistori.
Să considerăm M1i M2 matrice în Figura №1. O metodă de încorporare a intensificatoare de imagine M1 autobuze matrice care traversează locații permite pe oricare dintre ieșirile sale orice conjunction variabilelor de intrare, combinat cu semn sau fără inversare de semn.
Matricea M2 are 4 verticală și 2 bus orizontală. O metodă de încorporare a intensificator de imagine în autobuze M2 traversează locații permite pe oricare dintre ieșirile sale orice disjuncție variabilelor de intrare.
Dacă vom combina aceste matrici după cum se arată №2, putem vedea că orice sistem de funcții booleene y1. variabile ynvodnyh x1. xnmozhet fi realizat printr-un circuit de matrice cu două nivele, primul nivel care sunt formate diverse conjuncție elementară, în timp ce al doilea - corespunzător disjuncției conjuncțiilor (y1 ... in).
Ca urmare, construirea de circuite cu o structură de matrice reduce la determinarea punctelor de intersecție ale anvelopei în cazul în care trebuie să fie incluse EOF.
Prin metoda de programare distinge matrice configurabil (programabil) de către producător, utilizatorul și reprogrammiruemye (în mod repetat, personalizabil).
Matricele de compus primul tip IC cu pneu 1 se realizează din nou prin intermediul unor măști speciale utilizate pentru placarea anumitor zone ale cip LSI. După fabricarea LSI, compușii obținuți nu pot fi modificate.
Matricele de al doilea tip sunt furnizate consumatorului nu este reglat și conținând EOF la fiecare punct de intersecție a pneurilor. Setarea se reduce pentru a șterge (dezactiva) unele intensificator de imagine inutile. proces fizic de tuning in diferite moduri, de exemplu, prin trecerea unei serii de impulsuri de curent de amplitudine suficientă printr-un EOF și distrugerea jumperii fuzibili corespunzătoare conectate în serie cu tubul intensificatoare de imagine și conectarea acestuia la una dintre pneului la punctul de intersecție a acestora.
al treilea tip de matrice permite programarea mai mult decât o dată. Re-programarea este efectuată electric după ștergerea conținutului matricelor expuse la ultraviolete (uneori cu raze X), iradiere sau electric pentru fiecare IC.
De asemenea, este necesar să spun câteva cuvinte despre așa-numitele matricilor programabile.
O matrice logic programabil (PLA) este un bloc funcțional creat bazat pe tehnologia semiconductorilor și destinate pentru implementarea sistemelor logice digitale. În funcție de organizarea internă a serii logice programabile pot fi împărțite în PLA și PLA logica combinationale cu memorie.
Trebuie remarcat faptul că LSI cip PLA, un sistem special de autobuz care vă permite să conectați ieșirile din partea de jos a matricei, cu intrarea alta. Efectuarea anvelope și organizarea tăieturilor relațiilor necesare între intrările și ieșirile de diferite matrici sunt efectuate în etapa de stabilire a PLA din fabrică.