Главная микросхема компьютера предназначенная для управления работой: Как называется устройство компьютера, предназначенное для выполнения арифметических и

Содержание

9. Состав и назначение основных элементов компьютера

Компьютер – это многофункциональное электронное устройство, предназначенное для накопления, обработки и передач» информации. Под архитектурой персонального компьютера понимается его логическая организация, структура и ресурсы, т.е. средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени.

В основу построения большинства компьютеров положены принципы, сформулированные Джоном фон Нейманом:

· Принцип программного управления – программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

· Принцип однородности памяти – программы и иные хранятся в одной и той же памяти; над командами можно выполнять те же действия, что и над данными!

· Принцип адресности – основная память структурно состоит из пронумерованных ячеек.

Компьютеры, построенные на этих принципах, имеют классическую архитектуру.

Архитектура компьютера определяет принцип действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера, к которым относятся: центральный процессор; основная память; внешняя память; периферийные устройства.

Конструктивно персональные компьютеры выполнены в виде центрального системного блока, к которому через специальные разъемы присоединяются другие устройства. В состав системного блока входят все основные узлы компьютера: системная плата; блок питания; накопитель на жестком магнитном диске; накопитель на оптическом диске; разъемы для дополнительных устройств.

На системной (материнской) плате в свою очередь размещаются: микропроцессор; математический сопроцессор; генератор тактовых импульсов; микросхемы памяти; контроллеры внешних устройств; звуковая и видеокарты и другие устройства.

Основными функциональными характеристиками персонального компьютера являются:

· производительность, быстродействие, тактовая частота;

· разрядность микропроцессора и кодовых шин интерфейса. ;

· типы системного и локальных интерфейсов;

· емкость оперативной памяти;

· емкость накопителя на жестких магнитных дисках;

· наличие и тип накопителя на оптических дисках;

· наличие и тип модема;

· наличие и виды мультимедийных средств;

· имеющееся программное обеспечение и вид операционной системы;

· аппаратная и программная совместимость с другими типами ЭВМ;

· возможность работы в вычислительной сети;

· надежность;

· стоимость;

· габариты и вес.

Центральный процессор

Центральный процессор (ЦП) – это центральный блок персонального компьютера, предназначенный для управления работой всех остальных блоков и выполнения арифметических и логических операций над информацией.

Рисунок 16 – Процессор Intel Core i7

ЦП выполняет следующие основные функции:

· чтение и дешифрацию команд из основной памяти;

· чтение данных из основной памяти и регистров адаптеров внешних устройств;

· прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств;

· обработку данных и их запись в основную память и регистры адаптеров внешних устройств;

· выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков компьютера.

В состав микропроцессора входят следующие устройства.

1. Арифметико-логическое устройство – предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией.

2. Устройство управления – координирует взаимодействие различных частей компьютера. Выполняет следующие основные функции:

· формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполнения различных операций;

· формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера;

· получает от генератора тактовых импульсов обратную последовательность импульсов.

3. Микропроцессорная память – предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, используемой в вычислениях непосредственно в ближайшие такты работы машины. Микропроцессорная память строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия компьютера, так как основная память не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора.

Регистр представляет собой цифровую электронную схему, служащую для временного хранения двоичных чисел. В процессоре имеется значительное количество регистров, большая часть которых используется самим процессором и недоступна программисту. Например, при выборке из памяти очередной команды она помещается в регистр команд. Программист обратиться к этому регистру не может. Имеются также регистры, которые в принципе программно доступны, но обращение к ним осуществляется из программ операционной системы (например, управляющие регистры и теневые регистры дескрипторов сегментов). Этими регистрами пользуются в основном разработчики операционных систем.

Доступ к значениям, хранящимся в регистрах, как правило, в несколько раз быстрее, чем доступ к ячейкам оперативной памяти (даже если кеш-память содержит нужные данные), но объём оперативной памяти намного превосходит суммарный объём регистров (объём среднего модуля оперативной памяти сегодня составляет 1-4 Гб, суммарная «ёмкость» регистров общего назначения/данных для процессора Intel 80×86 16 битов * 4 = 64 бита (8 байт)).

4. Интерфейсная система микропроцессора предназначена для связи с другими устройствами компьютера. Включает в себя: внутренний интерфейс микропроцессора; буферные запоминающие регистры; схемы управления портами ввода-вывода и системной шиной.

Основные характеристики процессора:

1. Тактовая частота. Измеряется в гигагерцах (ГГц) и указывает на количество выполняемых процессором операций за секунду.

2. Кэш процессора – встроенная в процессор оперативная память. Кэш центрального процессора разделён на несколько уровней. Для универсальных процессоров – до 3. Кэш-память уровня N+1 как правило больше по размеру и медленнее по скорости доступа и передаче данных, чем кэш-память уровня N.

3. Разрядность процессора – это число бит, одновременно хранимых, обрабатываемых или передаваемых в другое устройство.

4. Сокет – разъем на материнской плате, который предназначено для подключения ЦП. Для процессоров Intel требуется сокеты, которые маркируются следующим образом: LGA, а далее идет трех- или четырехзначное число (775, 1366 или 1156). С процессорами от AMD ситуация другая – здесь используется маркировка “Socket AM2”, “Socket AM2+” или “Socket AM3”. Отличие Intel’овских сокетов от AMD в том, что первые для крепления процессора используют контактные ножки, а вторые – контактные отверстия.

Большинство современных процессоров для персональных компьютеров в общем основаны на той или иной версии циклического процесса последовательной обработки информации, изобретённого Джоном фон Нейманом.

Важнейшие этапы этого процесса приведены ниже. В различных архитектурах и для различных команд могут потребоваться дополнительные этапы. Например, для арифметических команд могут потребоваться дополнительные обращения к памяти, во время которых производится считывание операндов и запись результатов. Отличительной особенностью архитектуры фон Неймана является то, что инструкции и данные хранятся в одной и той же памяти.

Этапы цикла выполнения:

1. Процессор выставляет число, хранящееся в регистре счётчика команд, на шину адреса и отдаёт памяти команду чтения;

2. Выставленное число является для памяти адресом; память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных, и сообщает о готовности;

3. Процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её;

4. Если последняя команда не является командой перехода, процессор увеличивает на единицу (в предположении, что длина каждой команды равна единице) число, хранящееся в счётчике команд; в результате там образуется адрес следующей команды;

5. Снова выполняется п. 1.

Данный цикл выполняется неизменно, и именно он называется процессом (откуда и произошло название устройства).

Во время процесса процессор считывает последовательность команд, содержащихся в памяти, и исполняет их. Такая последовательность команд называется программой и представляет алгоритм работы процессора. Очерёдность считывания команд изменяется в случае, если процессор считывает команду перехода – тогда адрес следующей команды может оказаться другим. Другим примером изменения процесса может служить случай получения команды останова или переключение в режим обработки прерывания.

Команды центрального процессора являются самым нижним уровнем управления компьютером, поэтому выполнение каждой команды неизбежно и безусловно. Не производится никакой проверки на допустимость выполняемых действий, в частности, не проверяется возможная потеря ценных данных. Чтобы компьютер выполнял только допустимые действия, команды должны быть соответствующим образом организованы в виде необходимой программы.

Скорость перехода от одного этапа цикла к другому определяется тактовым генератором. Тактовый генератор вырабатывает импульсы, служащие ритмом для центрального процессора. Частота тактовых импульсов называется тактовой частотой.

Микропроцессоры можно разделить на группы:

· микропроцессоры типа CISC с полным набором системы команд;

· микропроцессоры типа RISC с усеченным набором системы команд;

· микропроцессоры типа MISC с минимальным набором системы команд и весьма высоким быстродействием и др.

CISC (англ. Complex Instruction Set Computing) – концепция проектирования процессоров, которая характеризуется следующим набором свойств:

· нефиксированным значением длины команды.

· арифметические действия кодируются в одной инструкции.

· небольшим числом регистров, каждый из которых выполняет строго определённую функцию.

Типичными представителями являются процессоры на основе x86 команд (исключая современные Intel Pentium 4, Pentium D, Core, AMD Athlon, Phenom, которые являются гибридными.

Наиболее распространённая архитектура современных настольных, серверных и мобильных процессоров построена по архитектуре Intel x86 (или х86-64 в случае 64-разрядных процессоров). Формально, все х86-процессоры являлись CISC-процессорами, однако новые процессоры, начиная с Intel486DX, являются CISC-процессорами с RISC-ядром.

RISC (англ. Reduced Instruction Set Computer; неправильно – Reduced Instruction Set Computing) – компьютер с сокращённым набором команд.

Это концепция проектирования процессоров (ЦПУ), которая во главу ставит следующий принцип: более компактные и простые инструкции выполняются быстрее. Простая архитектура позволяет удешевить процессор, поднять тактовую частоту, а также распараллелить исполнение команд между несколькими блоками исполнения (т. н. суперскалярные архитектуры процессоров). Многие ранние RISC-процессоры даже не имели команд умножения и деления. Идея создания RISC процессоров пришла после того, как в 1970-х годах ученые из IBM обнаружили, что многие из функциональных особенностей традиционных ЦПУ игнорировались программистами. Отчасти это был побочный эффект сложности компиляторов. В то время компиляторы могли использовать лишь часть из набора команд процессора. Следующее открытие заключалось в том, что, поскольку некоторые сложные операции использовались редко, они как правило были медленнее, чем те же действия, выполняемые набором простых команд. Это происходило из-за того, что создатели процессоров тратили гораздо меньше времени на улучшение сложных команд, чем на улучшение простых.

Характерные особенности RISC-процессоров:

· фиксированная длина машинных инструкций (например, 32 бита) и простой формат команды.

· специализированные команды для операций с памятью – чтения или записи. Операции вида «прочитать-изменить-записать» отсутствуют. Любые операции «изменить» выполняются только над содержимым регистров (т. н. load-and-store архитектура).

· большое количество регистров общего назначения (32 и более).

· отсутствие поддержки операций вида «изменить» над укороченными типами данных – байт, 16-битное слово. Так, например, система команд DEC Alpha содержала только операции над 64-битными словами, и требовала разработки и последующего вызова процедур для выполнения операций над байтами, 16- и 32-битными словами.

· отсутствие микропрограмм внутри самого процессора. То, что в CISC процессоре исполняется микропрограммами, в RISC процессоре исполняется как обыкновенный (хотя и помещенный в специальное хранилище) машинный код, не отличающийся принципиально от кода ядра ОС и приложений.

MISC (англ. Minimal Instruction Set Computer) – процессор, работающий с минимальным набором длинных команд. Увеличение разрядности процессоров привело к идее укладки нескольких команд в одно большое слово. Это позволило использовать возросшую производительность компьютера и его возможность обрабатывать одновременно несколько потоков данных. MISC принцип может лежать в основе микропрограммы выполнения Java и.Net программ, хотя по количеству используемых команд они нарушают принцип MISC

Материнская плата (англ. motherboard) – это сложная многослойная печатная плата, на которой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера (рисунок 17). Как правило, материнская плата содержит разъёмы (слоты) для подключения различных видов памяти, а также дополнительных контроллеров, для подключения которых обычно используются шины USB, PCI и PCI-Express

Внешний вид материнский платы

Компьютерная шина (от англ. computer bus) – в архитектуре компьютера подсистема, которая передаёт данные между функциональными блоками компьютера. Обычно шина управляется драйвером. В отличие от связи точка-точка, к шине можно подключить несколько устройств по одному набору проводников. Каждая шина определяет свой набор коннекторов(соединений) для физического подключения устройств, карт и кабелей.

Компоненты материнской платы

Шина адреса – компьютерная шина, используемая центральным процессором или устройствами для указания физического адреса слова ОЗУ (или начала блока слов), к которому устройство может обратиться для проведения операции чтения или записи.

Основной характеристикой шины адреса является её ширина в битах. Ширина шины адреса определяет объём адресуемой памяти. Например, если ширина адресной шины составляет 16 бит, и размер слова памяти равен одному байту (минимальный адресуемый объём данных), то объём памяти, который можно адресовать, составляет 216 = 65536 байтов (64 КБ).

Если рассматривать структурную схему микро-ЭВМ, то адресная шина активизирует работу всех внешних устройств по команде, которая поступает с микропроцессора.

Шина данных – в компьютерной технике принято различать выводы устройств по назначению: одни для передачи информации (например, в виде сигналов низкого или высокого уровня), другие для сообщения всем устройствам – кому эти данные предназначены.

На материнской плате шина может также состоять из множества параллельно идущих через всех потребителей данных проводников (например, в архитектуре IBM PC).

Основной характеристикой шины данных является её ширина в битах. Ширина шины данных определяет количество информации, которое можно передать за один такт.

Основным компонентом материнской платы является чипсет (англ. chipset) центрального процессора – набор микросхем, обеспечивающих подключение ЦПУ к оперативному ПАМЯТИ (ОЗУ) и контроллерам периферийных устройств. Как правило, современные наборы системной логики строятся на базе двух микросхем: «северного» и «южного мостов».

Северный мост (англ. Northbridge), MCH (Memory controller hub), системный контроллер – обеспечивает подключение ЦПУ к узлам, использующим высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический контроллер.

Для подключения ЦПУ к системному контроллеру могут использоваться такие FSB-шины, как Hyper-Transport и SCI.

Обычно к системному контроллеру подключается ОЗУ. В таком случае он содержит в себе контроллер памяти. Таким образом, от типа применённого системного контроллера обычно зависит максимальный объём ОЗУ, а также пропускная способность шины памяти персонального компьютера. Но в настоящее время имеется тенденция встраивания контроллера ОЗУ непосредственно в ЦПУ (например, контроллер памяти встроен в процессор в AMD K8 и Intel Core i7), что упрощает функции системного контроллера и снижает тепловыделение.

В качестве шины для подключения графического контроллера на современных материнских платах используется PCI Express. Ранее использовались общие шины (ISA, VLB, PCI) и шина AGP.

Южный мост (англ. Southbridge), ICH (I/O controller hub), периферийный контроллер – содержит контроллеры периферийных устройств (жёсткого диска, Ethernet, аудио), контроллеры шин для подключения периферийных устройств (шины PCI, PCI-Express и USB), а также контроллеры шин, к которым подключаются устройства, не требующие высокой пропускной способности (LPC – используется для подключения загрузочного ПЗУ; также шина LPC используется для подключения мультиконтроллера (англ. Super I/O) – микросхемы, беспечивающей поддержку «устаревших» низкопроизводительных интерфейсов передачи данных: последовательного и параллельного интерфейсов, контроллера клавиатуры и мыши).

Как правило, северный и южный мосты реализуются в виде отдельных микросхем, однако существуют и одночиповые решения. Именно набор системной логики определяет все ключевые особенности материнской платы и то, какие устройства могут подключаться к ней.

Форм-фактор материнской платы – стандарт, определяющий размеры материнской платы для персонального компьютера, места ее крепления к корпусу; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода/вывода, сокета центрального процессора (если он есть) и слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания.

Форм-фактор (как и любые другие стандарты) носит рекомендательный характер. Спецификация форм-фактора определяет обязательные и опциональные компоненты. Однако подавляющее большинство производителей предпочитают соблюдать спецификацию, поскольку ценой соответствия существующим стандартам является совместимость материнской платы и стандартизированного оборудования (периферии, карт расширения) других производителей.

Устаревшие: Baby-AT; Mini-ATX; полноразмерная плата AT; LPX.

Современные: АТХ; microATX; Flex-АТХ; NLX; WTX, CEB.

Внедряемые: Mini-ITX и Nano-ITX; Pico-ITX; BTX, MicroBTX и PicoBTX.

< Предыдущая		Следующая >

Устройство компьютера

Компьютер, в обыденном понимании, состоит из системного блока, монитора, клавиатуры, мышки, аудиосистемы. К нему можно подключить геймпад, принтер, сканер и много других устройств. Но самой главной, сложной и дорогостоящей частью компьютера является системный блок. Собственно, это и есть компьютер (в классическом понимании). Остальные устройства предназначены лишь для ввода и вывода информации в различной форме. Потому они и называются периферийными (английское слово peripheral переводится как “второстепенный, внешний, окружной, удаленный”). Если к системному блоку присоединить более современный монитор, клавиатуру или мышь, станет удобней смотреть фильмы, работать с текстом или играть, но возможности компьютера от этого не улучшатся.

Более того, при отключении любого из периферийных устройств компьютер будет продолжать работать, поскольку все вычислительные процессы происходят внутри системного блока. О его строении и пойдет речь в этой публикации. Системный блок состоит из нескольких ключевых частей, без которых компьютер не может функционировать – это материнская плата, процессор, оперативная память, постоянное запоминающее устройство и блок питания. Критически важным является также наличие видеокарты, без которой невозможен вывод из компьютера графической информации.

Внутрь системного блока могут устанавливаться другие устройства, которые, по сути, являются “внутренними” аналогами периферийных устройств и без них вполне можно обойтись (телевизионные тюнеры, карты захвата видео, звуковые карты, модемы, wi-fi модули, дисководы, карт-ридеры и др.).

Материнская плата

Основой любого компьютера (системного блока) является материнская плата (главная плата, англ. motherboard, MB, mainboard, разг.

– мамка, материнка, мать и др.). Ее невозможно не заметить, если открыть крышку системного блока (она самая большая). К материнской плате подсоединяются центральный процессор, оперативная память, видеокарта, запоминающие устройства и др. На ней же размещены USB и другие разъемы для подключения остального оборудования (см. рис.). Главная задача материнской платы – соединить все эти компоненты и заставить их работать как единое целое. Подробнее о материнской плате читайте здесь.

Процессор

Процессор (центральный процессор, CPU) – главная микросхема компьютера. Он исполняет все команды пользователя и “руководит” остальным “железом”. От него напрямую зависит быстродействие компьютера и его возможности. Внешне процессор представляет собой небольшую плату с множеством контактов с одной стороны и плоской металлической коробочкой с другой (см. рис.). Внутри он имеет очень сложную микроструктуру, включающую миллионы транзисторов. Подробнее о процессоре можно узнать здесь.

На материнской плате процессор крепится в специальном разъёме, называемом разъёмом центрального процессора или сокетом (socket). Есть много видов сокетов, в каждый из которых можно установить только процессоры определенного типа (с таким-же разъёмом). Например, на материнскую плату с Socket LGA1151 можно установить только процессоры Intel Celeron, Pentium, Core i3, Core i5 и Core i7 с разъёмом LGA1151. Для процессоров AMD (Athlon, Phenom, Ryzen и др.) понадобятся материнские платы с другими подходящими разъемами. Сверху установленного на материнской плате процессора крепится охлаждение. Чаще всего, оно представляет собой радиатор с вентилятором (кулером) для рассеивания тепла (см.рис.). Это тоже важная часть компьютера, поскольку без охлаждения процессор будет перегреваться и при достижении им критической температуры (у каждой модели процессора она своя) компьютер выключится. Запустить его снова будет невозможно до тех пор, пока процессор не остынет. Между кулером и процессором обязательно прокладывается слой термопасты.

Подробнее об этом здесь.

Постоянное запоминающее устройство

Постоянное запоминающее устройство предназначено для хранения информации. Главными его характеристиками являются объем хранимых данных и скорость чтения/записи. Чем больше объем запоминающего устройства, тем больше на нем можно хранить разного рода файлов. Ну а от скорости чтения/записи зависит то, насколько быстро система сможет получать к ним доступ. Постоянные запоминающие устройства бывают двух основных типов – SSD (англ. solid-state drive) и HDD (англ. hard disk drive, он же “жесткий диск”, в простонародье – “винчестер”). Главным преимуществом SSD-устройств является высокая скорость чтения/записи, что позитивно сказывается на “отзывчивости” компьютера (быстрее запускаются программы, открываются файлы и т.д.). Жесткие диски отличаются более высокой долговечностью и лучшим соотношением показателей “объем хранимых данных / стоимость устройства”. Чтобы пользоваться всеми преимуществами, в компьютеры часто устанавливают два запоминающих устройства.

Одно из них – SSD, которое служит для хранения системных файлов и программ, второе – HDD для хранения остальной информации (видео, фото и т.п.). Внутренних запоминающих устройств в системном блоке может быть больше двух. Но для работы компьютера достаточно и одного такого устройства (любого типа). К материнской плате SSD и HDD обычно подключаются через интерфейс (разъем) SATA. Существуют более быстрые варианты SSD, предназначенные для подключения к разъемам M.2 или PCI-E материнской платы (см. рис.) Подробнее о постоянных запоминающих устройствах можно узнать здесь.

Оперативная память

В состав компьютера обязательно входит оперативная память (оперативное запоминающее устройство, сокращенно – ОЗУ). Это очень быстрый буфер памяти, используемый процессором. В упрощенной схеме его предназначение можно объяснить следующим образом. Процессор работает по конвейерной схеме. Для обработки данных он делит их на блоки. Временно эти блоки нужно где-то хранить, но так, чтобы получать к ним моментальный доступ.

Использовать с этой целью постоянные запоминающие устройства нельзя, поскольку скорость доступа к находящейся на них информации слишком низкая. Для этого и предназначена оперативная память, скорость которой выше в разы. Важно, чтобы у компьютера был достаточный объем ОЗУ. Если при выполнении каких-то расчетов свободная оперативная память заканчивается, процессор для ее расширения начинает использовать постоянное запоминающее устройство. Скорость работы компьютера в такие моменты сильно снижается. Оперативная память компьютера состоит из одного или нескольких модулей ОЗУ – микросхем памяти (см. рис.), которые устанавливаются в специальные разъемы материнской платы. Эти микросхемы энергозависимы. То есть, все находящиеся в них данные “исчезают” при отключении питания (если вынуть модуль из разъема материнской платы или выключить компьютер). Модули ОЗУ бывают нескольких типов. Самым современным и быстрым типом ОЗУ сейчас является DDR4, хотя более старые и медленные DDR3 и DDR2 по-прежнему в ходу и являются достаточно распространенными.

Разъемы разных типов ОЗУ отличаются. На материнскую плату, рассчитанную на установку DDR3, невозможно установить модули DDR4 или DDR2. Даже физически они туда не войдут. Подробнее об оперативной памяти можно узнать здесь.

Видеокарта

Видеокарта (видеоадаптер, графический адаптер, графический процессор, GPU) – часть компьютера, отвечающая за обработку видеоинформации и ее вывод на монитор (см. рис.). Современные видеокарты подсоединяются к разъему PCI-Express x16. Некоторые материнские платы имеют несколько разъёмов PCI-Express x16. Это позволяет одновременно использовать в системном блоке две или больше видеокарт, что делает графическую подсистему компьютера более быстрой. Во многих случаях компьютер может успешно работать и без отдельной видеокарты, поскольку многие современные процессоры оснащены интегрированными (встроенными) графическими чипами. Такой чип заменяет видеокарту. Он может быть интегрирован также и в материнскую плату (в очень старых компьютерах).

Возможностей встроенных чипов вполне достаточно для офисной работы, т.е. обработки текста, чтения страниц Интернета, просмотра видео, фотографий и даже игры в несложные игры (типа пасьянс “Косынка” или “Солитер”). Если же компьютер предназначен не только для офисных задач, но и для серьезной работы с графикой или игры в 3D-игры, без отдельной (дискретной) видеокарты не обойтись. В игровом компьютере отсутствие отдельной видеокарты не может компенсироваться наличием быстрого процессора. Процессор среднего уровня в паре с хорошей видеокартой в играх оставит далеко позади самый быстрый процессор с интегрированным видеоадаптером. Необходимо также учитывать, что слишком слабый процессор не даст возможности видеокарте раскрыть весь свой игровой потенциал. Здесь важно найти баланс. Подробнее о видеокарте можно узнать здесь.

Блок питания

Для питания компьютера необходим блок питания. От его надежности зависит стабильность работы компьютера. Устанавливается блок питания в специальный отсек системного блока и подключается к материнской плате, видеокарте и некоторым другим внутренним устройствам посредством кабелей.

При выборе блока питания необходимо учитывать его суммарную мощность, силу тока на линии 12В (эти показатели должны удовлетворять требования видеокарты, процессора и других “потребителей электричества”), а также наличие выводов с необходимыми разъемами и другие характеристики. Подробнее о выборе блока питания и его характеристиках можно узнать здесь.

Другие важные устройства

В системном блоке любого современного компьютера также есть: • Сетевая карта. Как правило, она уже встроена в материнскую плату компьютера и приобретать ее не нужно. Но если, например, встроенная карта вышла из строя или ее возможностей недостаточно, можно купить отдельную сетевую карту. Как правило, устанавливается она в разъем PCI-E материнской платы. • Звуковая карта. Здесь аналогичная ситуация. Все современные материнские платы оснащаются встроенной звуковой картой, которая выдает вполне качественный звук. Но если качество звучания “встройки” не устраивает, или же она вышла из строя, всегда можно приобрести отдельную звуковую карту и установить ее в PCI-E материнской платы.

Для полноценной работы важно не только собрать компьютер в единое целое. Чтобы “оживить” все это “железо” обязательно нужна операционная система и другое программное обеспечение, которое устанавливается на постоянное запоминающее устройство. Подробнее об операционной системе можно узнать здесь. Выше перечислены только важные устройства, которые должны быть в компьютере. Однако, в системный блок можно установить еще много другого оборудования: дисководы оптических дисков, Wi-Fi-адаптеры, Bluetooth-адаптеры, модемы, карты захвата видео, ТВ-тюнеры, карт-ридеры и т.д. Если компьютер перегревается, в системный блок можно поставить дополнительные кулеры (вентиляторы). Если они создают много шума, можно установить реобас для ручной регулировки скорости их вращения. Для охлаждения процессоров и видеокарт существуют также высокоэффективные и тихие системы водяного охлаждения. Если важен внешний вид, можно купить прозрачный корпус системного блока и установить внутрь цветную подсветку.

В общем, как и в случае с автомобилем, компьютер можно “тюнинговать” до бесконечности.

Устройство компьютера – Школа 52, Владивосток

В 1945 году математик Джон Фон Нейман чётко сформулировал общие принципы функционирования цифровых вычислительных устройств.

Принципы фон Неймана

Цифровое вычислительное устройства должно работать по следующим принципам:

1. Принцип двоичного кодирования.

Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов.

2. Принцип программного управления.

Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

3. Принцип однородности памяти:

— программы и данные хранятся в одной и той же памяти, то есть компьютеру всё равно, что содержится в данной ячейке памяти — число, текст или команда;

— над командами выполняются такие же операции, как и над данными;

— команды одной программы могут быть результатом исполнения команд другой программы;

4. Принцип адресации:

— структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек, причем процессору в произвольный момент доступна любая ячейка. Двоичные коды команд и данных разделяются на единицы информации, называемые словами, и хранятся в ячейках памяти, а для доступа к ним используются номера соответствующих ячеек — адреса.

— АЛУ в любой момент времени доступна любая ячейка.

Компьютеры, построенные на этих принципах, называются фон-неймановскими.

Цифровое вычислительное устройство должно содержать:

— АЛУ (арифметическо-логическое устройство), которое должно выполнять арифметические и логические операции;

— УУ (устройство управления), которое организует процесс выполнения программ;

В современных компьютерах арифметическо-логическое устройство и устройство управления объединены в центральный процессор;

— ЗУ (запоминающее устройство или память), которое хранит программы и данные;

— ВУ (внешние устройства), которые служат для ввода и вывода информации.

Компьютерная память.

Внешняя память. (Внешние запоминающие устройства – ВЗУ)

Внешняя память предназначена для долговременного и энергонезависимого хранения программ и данных (память, реализованная в виде внешних, относительно материнской платы, устройств с разными принципами хранения информации и типами носителя).
Устройство, которое обеспечивает запись/считывание информации, называется накопителем, или дисководом, а хранится информация на носителях (например, DVD – дисках)

Устройства внешней памяти:

накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД), английское название – HDD – Hard Disk Drive)
оптические диски – CD, DVD, Blue-Ray
Flash – память,
Твердотельные накопители (англ. – SSD solid-state drive)
Единицей хранения информации во внешней памяти является файл – последовательность байтов, записанная в устройство внешней памяти и имеющая имя. Обмен информации между оперативной памятью и внешней осуществляется файлами.

Внутренняя память

Оперативная память (ОП) предназначена для временного хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами. Это энергозависимая память. Физически реализуется в модулях ОЗУ (оперативных запоминающих устройствах) различного типа. При выключении электропитания вся информация в оперативной памяти исчезает.

Занесение информации в память и её извлечение, производится по адресам. Каждый байт ОП имеет свой индивидуальный адрес (порядковый номер).

Адрес – число, которое идентифицирует ячейки памяти (регистры). ОП состоит из большого количества ячеек, в каждой из которых хранится определенный объем информации. ОП непосредственно связана с процессором. Возможности ПК во многом зависят от объёма ОП.

Кеш память – очень быстрая память малого объема служит для увеличения производительности компьютера, согласования работы устройств различной скорости. Это энергозависимая память.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) – энергонезависимая память для хранения программ управления работой и тестирования устройств ПК. Важнейшая микросхема ПЗУ – модуль BIOS (Basic Input/Output System – базовая система ввода/вывода), в котором хранятся программы автоматического тестирования устройств после включения компьютера и загрузки ОС в оперативную память. Это неразрушимая память, которая не изменяется при выключении питания.

CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) – память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, о режимах его работы. Содержимое изменяется программой, находящейся в BIOS (Basic Input Output System).

Видеопамять — это внутренняя оперативная память, отведённая для хранения данных, которые используются для формирования изображения на экране монитора.

Регистр процессора — блок ячеек памяти, образующий сверхбыструю оперативную память (СОЗУ) внутри процессора; используется самим процессором и большей частью недоступен программисту.

Внутренняя память компьютера

Байты	Биты
0	0	1	0	1	1	0	0	0
1	0	1	0	0	1	1	0	1
2	1	0	1	1	0	1	1	0
3	0	0	1	0	1	1	0	0
. . . . . . . .

Дискретность –

Внутренняя память состоит из частиц – битов

В одном бите памяти хранится один бит информации

Адресуемость

Байт памяти – наименьшая адресуемая часть внутренней памяти ( 1 байт = 8 бит )

Все байты пронумерованы, начиная от 0

Номер байта – адрес байта памяти

Процессор обращается к памяти по адресам

Основные характеристики ПК

Производительность (быстродействие) ПК – возможность компьютера обрабатывать большие объёмы информации. Определяется быстродействием процессора, объёмом ОП и скоростью доступа к ней (современный ПК обрабатывает информацию со скоростью в сотни миллионов операций в секунду).

Производительность (быстродействие) процессора – количество элементарных операций выполняемых за 1 секунду.

Тактовая частота процессора (частота синхронизации) – число тактов процессора в секунду, а такт – промежуток времени (микросекунды) за который выполняется элементарная операция (например сложение). Таким образом Тактовая частота – это число вырабатываемых за секунду импульсов, синхронизирующих работу узлов компьютера. Именно ТЧ определяет быстродействие компьютера. Задается ТЧ специальной микросхемой «генератор тактовой частота», который вырабатывает периодические импульсы. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Частота измеряется в герцах (1/сек). Превышение порога тактовой частоты приводит к возникновению ошибок процессора и др. устройств. Поэтому существуют фиксированные величины тактовых частот для каждого типа процессоров, например: 2,8 ; 3,0 ГГц и тд.

Разрядность процессора – максимальная длина (кол-во разрядов) двоичного кода, который может обрабатываться и передаваться процессором целиком. Разрядность связана с размером специальных ячеек памяти – регистрами. Регистр в 1 байт (8бит) называют восьмиразрядным, в 2байта – 16-разрядным и тд. Высокопроизводительные компьютеры имеют 8-байтовые регистры (64разряда)

Время доступа – Быстродействие модулей ОП, это период времени, необходимый для считывание min порции информации из ячеек памяти или записи в память. Современные модули обладают скоростью доступа свыше 10нс (1нс=10^-9с).

Объем памяти (ёмкость) – max объем информации, который может храниться в ней. Скорость обмена информации – скорость записи/считывания на носитель, которая определяется скоростью вращения и перемещения этого носителя в устройстве

Магистрально-модульный принцип построения компьютера.

В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления, которые представляют собой многопроводные линии.

К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также, с помощью специальных согласующих устройств – контроллеров (контроллер клавиатуры, контроллер дисководов, видеоадаптер и т.д.), остальные устройства ввода, вывода и хранения информации. Необходимость использования контроллеров вызвана тем, что функциональные и технические параметры компонентов компьютера могут существенно различаться, например, их быстродействие. Так, процессор может проводить сотни миллионов операций в секунду, тогда как пользователь может вводить с клавиатуры, в лучшем случае 2-3 знака в секунду. Контроллер клавиатуры как раз и обеспечивает согласование скорости ввода информации со скоростью ее обработки.

Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении. Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, то есть количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно. Разрядность процессоров постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники.

Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении – от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина). Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти (адресное пространство), то есть количество однобайтовых ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по формуле:N = 2^I , где I – разрядность шины адреса. Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в современных персональных компьютерах составляет 36 бит. Таким образом, максимально возможное количество адресуемых ячеек памяти равно: N = 2³⁶ = 68719476736.

Шина управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления показывают, какую операцию – считывание или запись информации из памяти – нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и так далее.

Тема “Внутренние устройства ПЭВМ”по дисциплине «Архитектура ЭВМ и Вычислительных систем»

Внутренние устройства ПЭВМ

На системной плате ПК находятся: микропроцессор, системная шина, генератор тактовых импульсов, блоки (микросхемы) ОЗУ и ПЗУ, адаптеры клавиатуры, контроллеры НЖМД, НГМД и компакт дисков, дополнительные устройства и др.

Процессор
Процессор – является главной частью ЭВМ, реализующей процесс переработки информации.
Он предназначен для управления работой всех устройств (узлов) компьютера, а также для выполнения арифметических и логических операций над информацией.
В электронно-вычислительных машинах это специальный блок, а в персональных компьютерах – специальная микросхема, которая выполняет все вычисления в компьютере. Даже если компьютеры принадлежат одной аппаратной платформе, они могут различаться по типу используемого процессора.

Процессор включает: арифметико-логическое устройство, устройство управления, математический сопроцессор, микропроцессорную память и интерфейсную систему микропроцессора.

Арифметическо-логическое устройство – выполняет арифметические и логические операции над числами, полученными из оперативного запоминающего устройства (сложение, вычитание, умножение, деление чисел, а также сравнение чисел, сдвиг и др. ).
Устройство управления – предназначено для автоматического управления работой всех частей ЭВМ в соответствии с заданной программой.
МПП представляет собой микропроцессорную память.

Запоминающее устройство предназначено для приема, хранения и выдачи управляющей информации (программы), исходных данных, промежуточных и конечных результатов вычислений.
Внутренняя память ПК (основная память) включает ПЗУ, ОЗУ и Кэш.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) служит для хранения программной и справочной информации и позволяет оперативно ее считывать (изменять информацию в ПЗУ нельзя).
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) предназначено для приема, хранения и выдачи команд программы, исходных числовых данных, а также промежуточных и конечных результатов расчетов. Оно представляет собой совокупность ячеек определенной разрядности к содержимому которых можно обращаться путем указания их адресов.
Сверхбыстродействующая КЭШ-память используется в качестве буфера между процессором и менее быстродействующей оперативной памятью для ускорения доступа к ней.

Системная шина является основной интерфейсной системой компьютера.
Она включает кодовую шину данных (КШД), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда и кодовую шину адреса (КША), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства.
Часто системную шину условно делят на:
1) шину процессора (соединяет CPU, например, с основной системной шиной и внешней Кэш, работает на тактовой частоте процессора и является самой быстрой шиной),
2) шину памяти (служит для передачи информации между CPU и оперативной памятью, однако скорость передачи информации по ней гораздо меньше чем у шины процессора),
3) шину адреса (физически является частью шины процессора,
4) шину ввода-вывода (для взаимодействия CPU с периферией).

Сайт создан в системе uCoz

Устройство компьютера Персональный компьютер Иногда говорят персональный

Устройство компьютера

Персональный компьютер Иногда говорят «персональный компьютер» . Уточнение «персональный» здесь не случайно – это значит свой, личный, доступный большинству людей, ведь существует большое количество других видов компьютеров, которые персональными никак не назвать – рабочие станции для предприятий, серверы для связи множества компьютеров в сеть и др. в дальнейшем, говоря «компьютер» мы будем иметь в виду именно персональный компьютер. На современном рынке вычислительной техники разнообразие модификаций и вариантов компьютеров огромно, но любой, даже самый необычный комплект неизменно включает одни и те же виды устройств.

Базовая конфигурация ПК минимальный комплект аппаратный средств, достаточный для начала работы с компьютером. l Системный блок; l Монитор; l Клавиатура; l Мышь.

Системный блок – основной блок компьютерной системы. В нем располагаются устройства, считающиеся внутренними. Устройства, подключающиеся к системному блоку снаружи, считаются внешними

Монитор – устройство для визуального воспроизведения символьной и графической информации. Служит в качестве устройства вывода. Они отдаленно напоминают бытовые телевизоры.

Клавиатура – клавишное устройство, предназначенное для управления работой компьютера и ввода в него информации. Информация вводиться в виде алфавитноцифровых символьных данных.

Мышь – устройство «графического» управления. При перемещении мыши по коврику на экране перемещается указатель мыши, при помощи которого можно указывать на объекты и/или выбирать их. Используя клавиши мыши (их может быть две или три) можно задать тот или другой тип операции с объектом.

Периферийные устройства ПК Периферийными называют устройства, подключаемые к компьютеру извне. Обычно эти устройства предназначены для ввода и вывода информации. Вот некоторые из них: l Принтер; l Сканер; l Модем; l DVB-карта и спутниковая антенна l Веб-камера

Принтер служит для вывода информации на бумажный носитель (бумагу). Существуют три типа принтеров: l матричный l струйный l лазерный

Сканеры служат для автоматического ввода текстов и графики в компьютер. Сканеры бывают двух типов: l ручные l планшетные.

Модем и DVB Модем или модемная плата служит для связи удалённых компьютеров по телефонной сети. Модем бывает внутренний (установлен внутри системного блока) и внешний (располагается рядом с системным блоком и соединяется с ним при помощи кабеля. DVB-карта и спутниковая антенна служат для так называемого «асинхронного» подключения компьютера к сети Интернет. При наличии DVB-карты и спутниковой антенны для соединения с Интернетом используется два канала связи: для передачи данных от пользователя используется модем, а для приема – спутниковый канал, скорость потока данных в котором в несколько раз превышает модемную.

Веб-камера Для организации на бескрайних Интернета видеоконференций (или просто болтовни) пригодится Веб-камера. С помощью этих устройств (и, естественно, быстрых локальных сетей), можно в любой момент устроить совещание со своими сотрудниками, не отрывая оных от насиженных рабочих мест. А это, как показывает практика, дает весьма ощутимую практическую пользу.

Внутренние устройства ПК

Внутренние устройства ПК Внутренними считаются устройства, располагающиеся в системном блоке. Доступ к некоторым из них имеется на лицевой панели, что удобно для быстрой смены информационных носителей. Разъемы некоторых устройств выведены на заднюю стенку – они служат для подключения периферийного оборудования. К некоторым устройствам системного блока доступ не предусмотрен – для обычной работы он не требуется.

Процессор Микропроцессор – основная микросхема ПК. Все вычисления выполняются в ней. Основная характеристика процессора – тактовая частота. Чем выше тактовая частота, тем выше производительность компьютера. Единственное устройство, о существовании которого знает процессор – оперативная память.

Оперативна память Оперативная память (ОЗУ), предназначена для хранения информации, изготавливается в виде модулей памяти. Оперативную память можно представить как обширный массив ячеек, в которых хранятся данные и команды в то время, когда компьютер включен. Процессор может обратится к любой ячейки памяти. Важнейшей характеристикой модулей памяти является быстродействие.

Жесткий диск Для длительного хранения данных и программ широко применяются жесткие диски (винчестеры). Выключение питания компьютера не приводит к очистке внешней памяти. Жесткий диск – это не один диск, а пакет (набор) дисков с магнитным покрытием, вращающихся на общей оси. Основным параметром является емкость, измеряемая в гигабайтах.

Видеоадаптер – внутренне устройство, устанавливается в один из разъемов материнской платы, и служит для обработки информации, поступающей от процессора или из ОЗУ на монитор, а также для выработки управляющих сигналов. Современные видеоадаптеры имеют собственный вычислительный процессор (видеопроцессор), который снижает нагрузку на основной процессор при построении сложных изображений.

Звуковой адаптер Трудно представить современный компьютер молчаливым, без возможности услышать сигналы, музыку, речь. Так как наша речь (и музыка) достаточна, сложна и это приводит к большой загрузке процессора во время её вывода, то появилась необходимость в разгрузке звукового ввода и вывода. Для этого и служит звуковая карта. Вместе со звуковой картой обычно используются специальные звуковые колонки или реже наушники.

Сетевая карта (или карта связи по локальной сети) служит для связи компьютеров в пределах одного предприятия, отдела или помещения находящихся на расстоянии не более 150 метров друг от друга. При наличии специальных дополнительных устройств можно организовать связь компьютеров и на большие расстояния. Основным параметром сетевой карты является скорость передачи информации и измеряется она в мегабайтах в секунду. Типовая норма от 10 до 100 мегабайт в секунду.

Дисковод и CD-ROM Для транспортировки данных между удаленным компьютерами используются гибкие диски (дискеты) и компакт-диски CDROM. Для записи и чтения данных, размещенных на дискетах, служит дисковод. Для чтения компакт дисков служат дисководы CDROM. Емкость одной дискеты – 1. 44 Мбайт, компакт-диска – 650 -700 Мбайт.

Коммуникационных порты Для связи с другими устройствами (принтером, сканером, клавиатурой, мышью …) компьютер оснащается портами. Порт – это не просто разъем для подключения внешнего оборудования, а сложное устройство, имеющее свои микросхемы. Примеры портов: COM (последовательный порт) LTP (параллельный порт) USB (последовательный с высокой производительностью) PS/2 (универсальный для подключения мыши и клавиатуры) Системный блок

Внутренние и периферийные устройства ПК

Персональным называется компьютер
предназначенный для обслуживания
одного рабочего места (настольные,
портативные, карманные)
Внутренними называются устройства
находящиеся внутри системного
блока.
Все что подключается к системному
блоку извне называется внешними
устройствами ПК.
• Базовая аппаратная конфигурация ПКминимальный комплект аппаратных средств, достаточный
для начала работы с компьютером.
1. Системный блок
2. Монитор
3. Клавиатура
4. Мышь
Системный блок – основной блок компьютерной
системы. В нем располагаются устройства
считающиеся внутренними. Устройства,
подключаемые к системному блоку извне,
считаются внешними или периферийными.
Монитор – устройство для визуального
воспроизведения символьной и графической
информации. Служит в качестве устройства
вывода.
Клавиатура
–
клавишное
устройство
предназначенное для управления работой ПК
и ввода информации.
Мышь – устройство графического управления.
Для работы с мышью дополнительно
устанавливаются специальные программные
средства.
Процессор.
Процессор – основная микросхема
ПК, в ней выполняются все
вычисления.
Основная
характеристика
тактовая частота (Ггц).
–
Процессор совместно работает с
оперативной памятью.

15. Оперативная память

Оперативная память (ОЗУ), предназначена для
хранения информации, изготавливается в виде
модулей памяти. Оперативную память можно
представить как обширный массив ячеек, в
которых хранятся данные и команды в то
время, когда компьютер включен. Процессор
может обратится к любой ячейки памяти.
Важнейшей характеристикой модулей памяти
является быстродействие и объем (Гбайт)

19. Видеокарта

Видеокарта – внутреннее устройство,
устанавливается в один из разъемов
материнской платы, и служит для
обработки информации, поступающей от
процессора или из ОЗУ на монитор, а также
для выработки управляющих сигналов.
Современные видеоадаптеры имеют
собственный вычислительный процессор
(видеопроцессор), который снижает нагрузку
на основной процессор при построении
сложных изображений.

22. Жесткий диск

Для длительного хранения данных и
программ широко применяются жесткие
диски (винчестеры). Выключение питания
компьютера не приводит к очистке внешней
памяти. Жесткий диск – это не один диск, а
пакет (набор) дисков с магнитным
покрытием, вращающихся на общей оси.
Основным параметром является емкость,
измеряемая в гигабайтах, терабайтах

26. Материнская плата

Материнская плата – самая большая плата
ПК. На ней располагаются магистрали,
связывающие процессор с оперативной
памятью, – так называемые шины. К
шинам материнской платы подключаются
также все прочие внутренние устройства
компьютера.
Управляет работой материнской платы
микропроцессорный набор микросхем –
так называемый чипсет.
Блок питания – устройство,
преобразующее электропитание
сети в постоянный ток низкого
напряжения, подаваемый на
электронные схемы компьютера.

33. Коммуникационные порты.

Для связи с другими устройствами (принтером,
сканером, клавиатурой, мышью …) компьютер
оснащается портами. Порт – это не просто
разъем для подключения внешнего
оборудования, а сложное устройство, имеющее
свои микросхемы.
Примеры портов:
COM (последовательный порт)
LTP (параллельный порт)
USB (последовательный с высокой
производительностью)
PS/2 (универсальный для подключения мыши и
клавиатуры)

34. Принтер

Принтер служит для вывода информации
на бумажный носитель (бумагу).
Существуют три типа принтеров:
• матричный
• струйный
• лазерный

44. Сканер

Сканеры служат для автоматического
ввода текстов и графики
в компьютер.
Сканеры бывают двух типов:
• ручные
• планшетные.
Ручной сканер для компьютера похож на сканер, используемый в
супермаркетах для считывания штрих-кода. Такой сканер
перемещается по листу с информацией построчно вручную, и
информация заносится в компьютер для дальнейшего редактирования.
Планшетный сканер выглядит и работает примерно также, как и
ксерокс – приподнимается крышка, текст или рисунок помещается на
рабочее поле, и информация считывается. Планшетные сканеры в
наше время обычно все цветные.

48. Модем

Модем или модемная плата служит для
связи удалённых компьютеров по
телефонной сети. Модем бывает
внутренний (установлен внутри
системного блока) и внешний
(располагается рядом с системным
блоком и соединяется с ним при
помощи кабеля).

3. Назначение основных блоков компьютера (процессор, память, системная магистраль, внешнее устройство). Информатика и информационные технологии

– обзор

Цифровые интегральные схемы

Цифровые интегральные схемы являются более распространенной разновидностью, в основном из-за огромного количества цифровых устройств (не только компьютеров), в которых используются эти типы ИС. Транзисторы внутри цифровых ИС используются не как усилители, а как переключатели. Это означает, что тепловыделение каждого транзистора очень низкое, что позволяет создавать цифровые ИС с использованием сотен, тысяч и даже миллионов транзисторов.Кроме того, теплоотводящие компоненты (резисторы) могут быть спроектированы отдельно, потому что заменить транзистор на резистор легко, когда оба используют одни и те же методы (а транзистор IC может быть физически меньше, чем резистор). Пассивные компоненты гораздо менее важны в цифровых схемах, чем в аналоговых схемах.

Определение

Цифровые ИС имеют дело с импульсными входами и выходами и используют коммутационные действия с очень низким уровнем рассеяния.

Простейшие цифровые ИС выполняют только один тип коммутационного действия, и они могут выполнять операции, которые называются логическими действиями (Глава 10).Типы схем, которые могут быть построены с использованием этих микросхем, обычно используются в качестве контроллеров для машин, используя несколько входов, чтобы решить, должен ли выход быть включен или выключен.

Когда ваша стиральная машина должна начать цикл? Очевидно, это когда включен главный выключатель, выбрана программа, в барабане есть одежда, включена подача воды и основная дверь закрыта. Машина не должна включаться, если не присутствуют все эти «входы», и это действие по обеспечению выхода только для определенного набора входов типично для типа схем, которые мы называем комбинационными .Мы вернемся ко всему этому в главе 10. Все цифровые ИС первого поколения были предназначены для решения такого рода проблем, и эти ИС все еще производятся более 40 лет спустя.

Следующей разработкой было создание ИС, которые обрабатывали последовательных действий , таких как подсчет. Для этих ИС требовалось больше транзисторов в каждой схеме, и по мере совершенствования методов производства конструкторы обнаружили, что они могут производить не только ИС, которые могут быть собраны в счетчики, но и целые счетчики в форме ИС.В то же время методы ИС использовались для создания дисплеев, светодиодных и ЖК-дисплеев, которые так хорошо знакомы сейчас, так что все компоненты, которые были необходимы для карманного калькулятора, разрабатывались вместе, и довольно скоро можно было создать полноценный калькулятор. сделано с использованием всего одной микросхемы.

История карманного калькулятора полезна для отслеживания этой части истории электроники. Первые карманные калькуляторы использовали несколько микросхем и требовали значительного объема монтажных работ. В то время вы могли купить наборы для самостоятельной сборки, если вам было интересно узнать, как был собран калькулятор, и такие наборы также были дешевле, чем полный калькулятор.В настоящее время калькулятор состоит всего из одной микросхемы, а сборки практически нет. Сборка и упаковка компонентов в виде комплекта обходятся дороже, чем изготовление и упаковка полного калькулятора, а затраты настолько низки, что калькуляторы часто можно раздать в качестве рекламной акции.

Еще одна тема в истории касается требуемой мощности. Первым карманным калькуляторам требовалось четыре элемента AA, и их хватило примерно на месяц использования, прежде чем они иссякли. Требования к питанию были настолько снижены, что некоторые калькуляторы, вероятно, будут выброшены до того, как один элемент, который они используют, будет исчерпан, и можно запускать калькуляторы на слабой мощности от фотоэлемента (который преобразует энергию света в электрическую).

Первые цифровые ИС были сконструированы с использованием биполярных транзисторов, главным образом потому, что в то время их было проще сконструировать. Загвоздка с биполярными транзисторами заключается в том, что они нуждаются в токовых входах: ток не течет между коллектором и эмиттером, если ток не течет между базой и эмиттером. Базовый ток может быть небольшим, но некоторый базовый ток должен существовать, и поэтому биполярный транзистор неизбежно должен рассеивать больше мощности, чем тип MOSFET, которому не нужен ток между выводами затвора и истока.

В конце концов, цифровые ИС начали производить с использованием методов MOSFET, и это позволило резко увеличить количество транзисторов на ИС. Эта упаковка транзисторов была приблизительно измерена по названиям, которые мы используем для шкалы интеграции . Это описывается количеством простых логических схем ( вентилей ), которые могут быть упакованы в микросхему, и первые ИС были устройствами малой интеграции (SSI), что означает, что они содержали эквивалент 3–30 логических схем. схемы.Темпы развития в то время (1960-е годы) были очень быстрыми, поэтому пришлось ввести термины средней интеграции (MSI) и крупномасштабной интеграции (LSI), соответствующие диапазонам 30–300 и 300–3000. логические схемы соответственно.

Это хороший пример того, как технологии опережают ожидания. Вскоре LSI стали обычным явлением, и нам пришлось начать использовать очень крупномасштабную интеграцию (VLSI) для микросхем с более чем 3000 вентилей на чип. Вскоре начали производиться микросхемы, содержащие 20 000 или более вентилей, но новый ярлык, сверхбольшая интеграция (ELSI), не был введен до тех пор, пока на одном чипе не было помещено более миллиона вентилей.Имена шкалы интеграции в настоящее время обычно не используются. Закон Мура однажды предсказал, что количество транзисторов, которые можно разместить на ИС, будет удваиваться каждый год, начиная с 1958 года. Гордон Мур (основатель Intel) думал в 1965 году, что эта тенденция выровняется через 10 лет, но он сохраняется. это правда на момент написания статьи в 2010 году и может продолжаться по мере разработки новых способов производства ИС.

Резюме

Цифровые ИС классифицируются по количеству простых схем затвора, которые они в среднем заменяют.Современные микросхемы обычно относятся к классу СБИС, что эквивалентно 20 000 или более затворов, а компьютерные ИС часто относятся к классу ELSI, что эквивалентно одному миллиону или более схем затворов.

Глоссарий терминов ASIC

Активная цепь
Та область кристалла, которая содержит все функциональные элементы схемы.

Активное устройство:
Устройство, которое при воздействии тока или напряжения проявляет либо характеристики усиления (усиления) и / или управления, либо устройство, которое преобразует энергию входного сигнала в энергию выходного сигнала посредством взаимодействия с энергией от вспомогательного источника (источников).

Аналоговое устройство:
Микросхема, в которой выход является математической функцией входа.

Ангстрем (А):
Единица длины. 104Å = 1 микрон или 1010Å = 1 м (метр).

AQL:
Средний уровень качества – максимально допустимый процент отклонения в среднем для всех исходящих лотов.

AQL:
Приемлемый уровень качества – максимальный процент брака, который можно считать приемлемым в качестве среднего для всех проверенных партий. Размер выборки, используемый с заданным AQL, предотвратит приемку 95% всех партий, имеющих больший процент брака.

Архитектура:
Функциональная конструкция сложного компонента, схемы или системы, включая ее аппаратное обеспечение и совместимость с внешним оборудованием и программным обеспечением.

ASIC:
Интегральная схема для конкретных приложений. Заказная или полу заказная интегральная схема, такая как матрица ячеек или вентилей, созданная для конкретного приложения.Сложность ASIC обычно требует значительного использования методов CAD.

ASSP
Стандартный продукт для конкретного приложения, микросхема ASIC, разработанная как универсальное устройство для определенного рынка.

ATP:
План приемочных испытаний – документ, разработанный с целью подробного описания всех испытаний, связанных с приемкой устройства и / или партии.

Серверная часть:
Сленговый термин, часто применяемый к сборке и тестированию в процессе производства полупроводников (см. Передний конец).

Внахлест:
Тонкое шлифование или полировка нижней стороны пластин перед диффузией для уменьшения напряжения пластины и обеспечения однородной толщины и плоскостности.

Исходный уровень:
Подробное определение электрической и механической конфигурации, сборки, обработки и тестирования устройства, которое используется в качестве основы для отслеживания последующих изменений.

Двоичная логика:
Логика, использующая два логических состояния (ВКЛ и ВЫКЛ или логический «0» и логический «V»).

Биполярный:
Устройства или процессы, в которых токопроводящие области и подложки имеют разную полярность (например, транзисторы PNP и NPN, используемые для формирования цепей TTL). И дырки, и электроны переносятся в биполярных устройствах. Некоторые технологии, такие как BI-FETTM, сочетают в себе биполярные и униполярные элементы.

БИСТ:
См. Встроенный тест

Бит:
Одна двоичная цифра.В двоичной арифметике все данные представлены единицами и нулями. В полупроводниковом устройстве эти логические уровни создаются наличием или отсутствием электронов в ячейке.

Блок-схема:
Системная диаграмма, на которой основные части или функции представлены блоками, соединенными линиями, которые показывают отношения блоков.

Тяговое усилие:
Вытягивание связующих проволок до разрушения для определения прочности связи.

Контактная площадка:
Расширенная область металлизации на поверхности матрицы, куда будет помещена соединительная проволока.

Встроенное самотестирование:
Подсхема спроектирована в схему, чтобы позволить этой схеме тестировать себя либо с заранее определенным интервалом, либо по внешней команде.

Выработка:
Приложение электрических смещений к устройству во время его работы при повышенной температуре (обычно 125 ° C), обычно в качестве 100% скринингового теста. Стандартная продолжительность приработки составляет 160 часов для устройств класса B и 240 часов для класса S. Этот тест разработан для «отсеивания» устройств, подверженных детской смертности или чрезмерному параметрическому дрейфу.

CAD:
Системы автоматизированного проектирования.Использование компьютерной автоматизации при реализации всего или части проекта сложной схемы.

Емкостная развязка:
Защита устройства от скачков или «скачков» напряжения или изоляция устройства от переменного напряжения путем развязки источника (ов) напряжения на землю через конденсатор.

Массив ячеек:
Интегральная схема, сформированная путем размещения и соединения ряда функциональных блоков или ячеек на кристалле.

Сертификат соответствия:
Сертификат, предоставляемый отделом обеспечения качества производителя для закупочной деятельности с большим количеством материалов, подтверждающий, что весь материал в партии соответствует всем применимым спецификациям.

Канал:
Область поверхностной проводимости, противоположная по типу той, которая ожидается от объемного легирования.Иногда каналы образуются непреднамеренно из-за поверхностного ионного загрязнения. Тип канала (P или N) будет определяться типом основной несущей, введенной в канал.

Характеристика:
Электрические испытания, выполняемые с целью определения типовых рабочих характеристик устройства и / или параметрических ограничений.

Носитель заряда:
Носитель электрического заряда в кристалле твердотельного устройства, например электрон или дырка.

Держатель чипа:
Безвыводная упаковка, используемая при создании гибридов и досок. Держатель микросхемы имеет конфигурацию корпуса, аналогичную плоскому корпусу, но электрическое соединение осуществляется через контакты на основании корпуса, а не через обычные выводы.

Чип:
Общий термин, используемый для интегральной схемы (IC).

CMOS (дополнительный металл-оксидный полупроводник):
Технология изготовления МОП, при которой устройства с P-каналом и N-каналом изготавливаются на одном кристалле.

Контроль конфигурации:
Требование о том, чтобы поставщик уведомлял закупочную и / или квалификационную деятельность об изменении в производстве или тестировании продукта.В некоторых случаях требование будет включать отсрочку внедрения изменения до официального утверждения изменения.

Контакт:
Отверстие в пассивирующей поверхности, через которое металлизация устройства контактирует с элементами схемы.

Процессор:
Центральное процессорное устройство.

Плотность тока:
Величина протекания тока на единицу площади поперечного сечения в пределах металлизации устройства. Например, ток 1 мА, протекающий через полосу металлизации шириной 3 и толщиной 1, приведет к плотности тока 0,33 x 105 А / см2.

Журнал данных:
Запись по серийному номеру отдельного устройства фактических параметрических значений, измеренных для этого устройства в определенной точке электрического испытания.Чтение и запись могут выполняться для определения характеристик устройства, измерения дрейфа (дельта) или вычисления температурного коэффициента.

Код даты:
Трех- или четырехзначное число, идентифицирующее контрольную партию, из которой был выбран материал. Первые две цифры (или первая цифра для трехзначного кода) обозначают год, последние две – неделю. Обычно код даты основан на неделе печати для первой части контрольной партии.

декап
Декапсуляция – это метод химического травления для вскрытия пластиковых корпусов ИС, чтобы открыть их внутренние компоненты для исследования. Хотя этот процесс является физически разрушительным, он оставляет нетронутыми матрицу, контактные площадки и проволочные соединения.

Дельта:
Предел, применяемый к величине параметрического дрейфа, который устройство может отображать на экране или на серии экранов (обычно применяется к выгоранию).

Слой истощения:
Область в полупроводнике, где практически все носители заряда были унесены существующим там электрическим полем.

Разрушающий контроль:
Выборочные испытания, которые являются достаточно суровыми, чтобы дальнейшее использование тестируемых устройств было сомнительным.Устройства, подвергнутые разрушающим испытаниям, могут фактически не быть разрушены, но они настолько деградированы, что их нельзя использовать ни в какой системе. 2).По сути, «кристалл» – это действительно микросхема, но она упоминается так только при обсуждении физических параметров микросхемы и производственных проблем.

Сорт штампа:
Электрически зонд для сортировки кристалла на пластине в соответствии с заданными электрическими пределами. Визуально сортировка по условию A, условию B или штампу товарного сорта.

Умер:
Одиночный квадратный или прямоугольный кусок кремния, в который распределяется определенная полупроводниковая цепь.

Диэлектрическая изоляция:
Процесс производства полупроводников, в котором каждый элемент схемы заключен в оксидный барьер, который полностью изолирует элемент от всех других рассеивающих элементов.

Рассеянная площадь:
Часть кристалла, в которой примеси диффундируют в поверхность кремния при высокой температуре, чтобы изменить его электрические характеристики за счет создания концентрации носителей заряда N или P.

Цифровое устройство:
Микросхема, в которой входы принимают логические состояния (например, 0 или 1) и преобразуют их в логические состояния на выходе (ах) в соответствии с заранее определенным набором логических уравнений или таблиц функций.

DIP:
Аббревиатура от Dual-In-Line Package.

Дискретный:
Полупроводниковый или полупроводниковый кристалл, содержащий только одно активное устройство, такое как транзистор или диод.

Распределенная обработка:
В системах цифровых данных – использование ряда выделенных процессоров, распределенных по системе, с целью выполнения вычислений локально.

Допинг:
Введение примеси в кристаллическую решетку полупроводника для изменения его электрических свойств путем создания концентрации носителей азота или фосфора.

DRC
Проверка правил проектирования

Двухрядный корпус:
Пакет (герметичный или формованный) с выводами, выходящими с обеих сторон пакета, а затем повернутыми вниз.

DUT:
Тестируемое устройство.

EAROM:
Электронно изменяемая постоянная память для чтения Функционально аналогична EEPROM.

EEPROM (E2PROM):
Электронно стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство – запоминающее устройство, содержимое которого может быть установлено посредством процесса программирования (обычно туннелирования электронов через тонкий слой диоксида кремния) к плавающему затвору.Каждую ячейку памяти EEPROM можно стереть индивидуально, наложив напряжение, обратное потоку электронов, чтобы отвести их от плавающего затвора. Затем эту ячейку можно перепрограммировать. И программирование, и стирание могут выполняться без удаления устройства из системы, в которой оно используется.

Дата вступления в силу:
Дата вступления в силу нового военного документа или новой редакции существующего документа.

Электромиграция:
Миграция частиц в тонкопленочных алюминиевых проводниках или проводниках из поликремния на границах зерен в результате высоких плотностей тока. Электромиграция может привести либо к обрыву цепи в проводнике, либо к короткому замыканию между соседними разъемами.

Электростатический разряд:
Разряд накопленного статического заряда (обычно высокого напряжения при низком токе) от одного коллектора к другому, обычно путем перепрыгивания воздушного зазора между ними.Элемент: топографически различимая часть микросхемы, которая напрямую влияет на ее электрические характеристики.

Электростатическая чувствительность:
Восприимчивость к повреждению или деградации в результате воздействия электростатического разряда. Обычно намного выше для MOS-устройств, чем для биполярных.

Инкапсуляция:
Процесс инкапсуляции или “заливки” формованного устройства.

СППЗУ:
Стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство – запоминающее устройство, содержимое которого может быть установлено посредством процесса программирования (обычно инжекция горячих электронов) и может быть полностью стерто путем длительного воздействия ультрафиолетового света. При правильном стирании устройство можно перепрограммировать.

ESD
Электростатический разряд

Испарение:
Один из заключительных этапов обработки пластины, во время которого на поверхность пластины наносится проводящий металл, обычно алюминий, чтобы обеспечить электрическое соединение различных активных элементов на каждом кристалле.Металлизация также может быть достигнута путем распыления.

Анализ отказов:
Посмертное исследование неисправных устройств с целью проверки сообщенного отказа и определения режима или механизма отказа. Методы анализа отказов могут варьироваться от простого электрического и / или визуального осмотра до некоторых более продвинутых методов физики, металлургии и химии.

Частота отказов:
Расчетная частота отказов устройств в общей совокупности устройств.

Диагностика устранения неисправностей:
Функция (обычно связанная со встроенным тестом), которая позволяет идентифицировать неисправную подсхему или схемы в сложном устройстве.

полевой транзистор
Полевой транзистор (FET) – это тип транзистора, который использует электрическое поле для управления формой и, следовательно, проводимостью канала одного типа носителя заряда в полупроводниковом материале. Полевые транзисторы иногда называют униполярными транзисторами, чтобы противопоставить их работу с одной несущей и работу с двумя несущими биполярных (переходных) транзисторов (BJT).

FIB
Технологии сфокусированного ионного пучка (FIB), тестирование и анализ отказов микроэлектронных устройств,

Плоская упаковка:
Тонкий пакет с ленточными выводами, выходящими на противоположные стороны пакета.

Посторонний материал:
Любой материал, который является посторонним для микросхемы, или любой не посторонний материал, который смещен из своего исходного или предполагаемого положения в корпусе микросхемы.

Передняя часть:
Сленговый термин, часто применяемый к этапу изготовления полупроводниковых пластин.

Арсенид галлия (GaAs):
Полупроводниковый основной материал, высокая подвижность электронов которого позволила использовать его в производстве высокоскоростных схем.Считается, что схемы из GaAs не так просты в изготовлении, как кремниевые.

Массив ворот:
Интегральная схема, содержащая большое количество вентилей, которые могут быть соединены между собой в любом количестве комбинаций для удовлетворения конкретных индивидуальных приложений.

Эквивалент шлюза:
Базовая единица измерения сложности цифровой схемы, основанная на количестве отдельных логических вентилей, которые должны быть соединены между собой для выполнения одной и той же функции схемы.

Оксид ворот:
Тонкая пленка диэлектрического оксидного материала, перекрывающая области истока и стока МОП-полупроводника.

Общие данные:
Данные о квалификации или соответствии качества устройств из того же общего семейства продуктов, что и поставленные устройства.

Общее семейство:
Группа устройств, изготовленных и собранных на одной линии (линиях) с использованием одних и тех же процессов и материалов и предназначенных для выполнения одной и той же основной функции (например, операционные усилители, вентили TTL и т. Д.).

Стеклование:
см. Пассивация

Оборудование:
Физические элементы и интерфейсы, составляющие компонент или систему.

Высокотемпературное хранение:
Выпечка при высокой температуре (обычно 150 ° C) в течение длительного периода (обычно 1000 часов) без подачи электроэнергии.

отверстие:
Отсутствие валентного электрона в кристалле полупроводника.Движение дыры эквивалентно движению положительного заряда.

HTOL
Срок службы при высоких температурах (HTOL) или испытание на срок службы в установившемся режиме выполняется для определения надежности устройств при работе в условиях высоких температур в течение длительного периода времени.

IC:
Аббревиатура от интегральной схемы.

Дата внедрения:
Дата, к которой новый военный документ или новая редакция существующего документа должны быть введены в действие теми, к кому применяются его требования. Эта дата может отличаться от даты вступления в силу и позже.

Слиток:
Цилиндрический кусок полупроводникового материала, из которого впоследствии будут вырезаны отдельные пластины.

Проверка:
Фактическое выполнение этапа проверки, в отличие от наблюдения.

Изоляционный слой:
Диэлектрический слой, используемый для изоляции многоуровневого проводящего и резистивного материала или для защиты проводящего резистивного материала верхнего уровня.

Микросхема:
Полупроводниковый или полупроводниковый кристалл, содержащий несколько элементов (которые могут быть расположены на кристалле или на гибридной подложке), которые действуют вместе, образуя законченную схему устройства.

Межсоединение:
Металлизация, соединяющая два или более активных элемента на поверхности матрицы; также провода, соединяющие матрицу с корпусом, выводят.

стыковка:
Граница между P-областью и N-областью в кремниевой подложке.

KPC
Основные характеристики продукта

Площадь земельного участка:
Та часть вывода корпуса, которая находится внутри полости корпуса и к которой будет подключен соединительный провод, чтобы обеспечить электрический контакт с матрицей.

Блокировка:
Состояние, при котором выходной сигнал схемы зафиксирован около одного из двух крайних значений напряжения и больше не будет реагировать на изменения входного сигнала. Фиксация может быть вызвана излучением, но также может быть результатом перенапряжения и других причин.

ЖК-дисплей:
Жидкокристаллический дисплей – технология отображения, в которой используются стержневидные молекулы (жидкие кристаллы), которые текут, как жидкость, и искривляют свет.

Свинцовый изгиб:
Испытание на кручение на прочность свинца. Процесс реформирования плоских выводов для облегчения монтажа на печатной плате.

Усталость свинца:
Приложение повторяющейся изгибающей силы к выводам образцов устройств для обеспечения структурной целостности выводов и корпусов.

Бесконтактная упаковка:
Пакет IC без выводов (контактов). Вместо этого на внешнем крае используются металлические контактные площадки для контакта с печатной платой.

Ширина линии:
Мера горизонтальных размеров элементов поверхности полупроводникового кристалла, таких как расстояние между диффузорами затвора и стока на МОП-кристалле.

LSI:
Обычно считается, что устройства крупномасштабной интеграции – БИС содержат от 100 до 1000 эквивалентов затвора или другие схемы аналогичной сложности.

LVS
Макет против схемы, процесс моделирования с использованием программных средств.

Макроячейка:
Полупроводниковый строительный блок, содержащий относительно сложную электронную функцию, которую можно комбинировать с помощью САПР с другими ячейками для выполнения сложной функции с меньшими усилиями при проектировании, чем при полном проектировании «с нуля».

Основной оператор связи:
Подвижный носитель заряда (дырка или электрон), преобладающий в полупроводниковом материале.Когда канал создается в кремнии, он обычно возникает в результате смены основной несущей.

Маска:
Экран с рисунком из любого из нескольких материалов, используемых для экспонирования выбранных областей полупроводника, покрытого светочувствительным фоторезистом, полимеризационному свету в процессе изготовления.

Механический удар:
Испытание на ударный удар для определения напряжения крепления штампа, проволочных соединений и целостности уплотнения, обычно проводимое на выборочной основе.

Металлические ворота:
Процесс MOS, изготовленный с использованием металла (обычно алюминия) в качестве электрода затвора.

Микротрещина:
Очень небольшая трещина в металле или другом материале полупроводникового устройства, обычно не обнаруживаемая с помощью оптического увеличения.В зоне металлизации микротрещины чаще всего возникают на ступенях контакта. Микротрещины могут привести к нарушению целостности схемы.

Микрон (µ):
Единица длины. 106µ = 1 м (метр). [Примечание: µ как символ длины не следует путать с µ, используемым в качестве префикса для обозначения микроблоков, таких как мкА (микроампер) или мкВ микровольт). Микрон – это один микрометр.]

ASIC смешанного сигнала
Интегральная схема специального назначения (ASIC), которая содержит как аналоговые, так и цифровые схемы

Влагостойкость:
Подвергание образцов устройств циклу высокой влажности и температурных нагрузок для определения способности этих устройств выживать в суровых условиях окружающей среды.Обычно это выполняется на выборочной основе с 10 циклами по 24 часа.

Формованное устройство:
Устройство, полностью залитое эпоксидной смолой или альтернативным формовочным компаундом, то есть без внутренней полости.

Устройство монолитное:
Устройство, электрическая схема которого завершена, содержится на одном кристалле или микросхеме.

MSI:
Среднемасштабная интеграция – обычно устройства MSI содержат 12 или более эквивалентов вентилей, но менее 100.

MSL
Уровень чувствительности к влаге относится к мерам предосторожности при упаковке и обращении с некоторыми полупроводниками.MSL – это электронный стандарт для периода времени, в течение которого чувствительное к влаге устройство может подвергаться воздействию комнатных условий (приблизительно 30 ° C / 60% относительной влажности).

Среднее время безотказной работы:
Среднее время наработки на отказ – среднее количество часов работы после сбоя устройства, которое пройдет до того, как ожидается следующий сбой устройства.

N-канал:
МОП-процесс, в котором МОП-транзисторы формируются путем перекрытия двух смежных диффузоров N-типа (истока и стока) диэлектриком (затвором).Когда источник и подложка заземлены и на затвор подается положительное напряжение, на поверхности подложки под диэлектриком создается проводящий слой отрицательного заряда (N-канал).

Тип N:
Полупроводниковый материал, в котором основными носителями являются электроны и, следовательно, отрицательны.

Неразрушающая сила сцепления:
Растягивающее напряжение всех проводов на всех устройствах или на выборке устройств из данной партии до тягового усилия, которое ниже минимального предела тягового усилия, установленного для разрыва сцепления.

Энергонезависимая память
Энергонезависимая (NV) память – это память, которая сохраняет свое сохраненное значение при отключении питания.

НОВРАМ
Энергонезависимая оперативная память

Транзистор NPN:
Переходный транзистор, построенный путем размещения базы P-типа между эмиттером N-типа и коллектором N-типа.Эмиттер обычно является отрицательным по отношению к базе, а коллектор обычно положительным по отношению к базе.

NRE:
Непериодическая разработка относится к единовременным затратам на исследование, разработку, проектирование и тестирование нового продукта

Срок службы:
Пригорание (то есть воздействие высокой температуры с приложенным электрическим смещением) выполняется в течение продолжительного времени.Обычно это образец теста.

Изоляция оксида:
Разделение элементов схемы на полупроводниковом приборе посредством строительства барьерного оксида между элементами (не путать с диэлектрической изоляцией, при которой изоляция полностью проходит под элементом схемы.

P-канал:
МОП-процесс, в котором МОП-транзисторы формируются путем соединения двух смежных диффузоров P-типа (истока и стока) диэлектриком (затвором).Когда источник и подложка заземлены и на затвор подается отрицательное напряжение, на поверхности подложки под диэлектриком создается проводящий слой положительного заряда (P-канал).

Тип P:
Полупроводниковый материал, в котором основными носителями являются дырки и, следовательно, положительные.

Плотность упаковки:
Для интегральных схем – количество полупроводниковых элементов на единицу площади размера кристалла, часто выражаемое в терминах количества эквивалентов затвора.

Паразитное устройство или элемент:
Взаимодействие между рассеянными элементами схемы. Хорошим примером паразитного сигнала может быть последовательное сопротивление коллектора (RSAT) транзистора и соответствующая емкость перехода коллектор-подложка.

Количество частиц:
Шкала измерения чистоты газа или жидкости, обычно выражаемая в частях на кубический фут.Например, рабочая зона класса 10 будет содержать не более 10 частиц размером более одного микрона на кубический фут воздуха.

Пассивация:
Покрытие поверхности матрицы (обычно термически выращенный диоксид кремния SiO2), через которое открываются контактные и диффузионные окна.

Пассивное устройство:
Такие устройства, как резисторы или конденсаторы, не имеют характеристик усиления или управления.

КПК:
Допустимый совершенный дефект – максимальный процент лота, который может не пройти этап 100% проверки без отклонения партии. PDA прогнозируется на основе вероятности того, что механизм отказа, который проявляется в аномально высоком проценте лота, может появиться позже в балансе лота. Поэтому его не следует использовать для экранов, на которых можно наблюдать и удалять все неисправные устройства (например, внутренние визуальные или рентгеновские).

Периферийное устройство:
Устройство в семействе микропроцессорных устройств, функция которого требуется для поддержки работы ЦП.

Распиновка:
Список или схематическое описание функций, назначенных различным контактам корпуса полупроводникового устройства.

Точечные отверстия:
Небольшие локализованные участки в оксидном слое с низкой диэлектрической прочностью, обычно в результате загрязнения.

Плоская структура:
Конструкция устройства с плоской поверхностью с переходами, оканчивающимися на одной плоскости.

Транзистор PNP:
Переходный транзистор, построенный путем размещения базы N-типа между эмиттером P-типа и коллектором P-типа. Эмиттер обычно является положительным по отношению к базе, а коллектор обычно отрицательным по отношению к базе.

частей на миллион:
Частей на миллион.Шкала измерения уровня дефектов в компонентах или уровней примесей в материалах.

Зонд:
Электрический тест полупроводниковых устройств на уровне пластины, названный так потому, что металлический зонд используется для электрического контакта с каждой из контактных площадок устройства.

ПРОМ:
Программируемая постоянная память.Запоминающее устройство, содержимое хранимых данных которого устанавливается на индивидуальной основе устройства посредством процесса программирования (обычно включающего срабатывание плавких вставок на поверхности кристалла). В отличие от EPROM и EEPROM, PROM нельзя стереть и перепрограммировать.

Защитное устройство:
Элемент схемы, изготовленный на полупроводниковом устройстве (обычно рядом с входом устройства) с целью защиты частей схемы устройства от переходных перенапряжений.Хорошим примером защитного устройства может быть входной диод на устройстве CMOS, который поглощает электростатический разряд, чтобы предотвратить разрыв оксида затвора этим разрядом.

Прототип
Функциональное устройство для проверки интегральной схемы.

Квалификационные испытания:
Тестирование проводится только один раз на выборочной основе, чтобы определить пригодность продукта или семейства продуктов для использования в соответствии с определенными спецификациями или для определенных программ.

Качество:
Соответствие набору заранее установленных стандартов проектирования и изготовления. Качество и надежность не синонимы.

Рельсы
Экструдированные алюминиевые или пластиковые трубы для работы с компонентами / устройствами.

Оперативная память:
Оперативная память – запоминающее устройство, в котором возможность доступа к случайно выбранному биту сохраненных данных не зависит ни от времени самого последнего доступа к этому биту, ни от местоположения самого последнего адресованного бита.

Номер отклонения:
Для выборочного теста – количество вышедших из строя устройств, которые приведут к браку партии. Обычно это число на единицу больше допустимого числа.

Надежность:
Ожидаемый срок службы устройства, как долго оно может «выжить» в системе пользователя.Обычно это определяется как частота отказов (в процентах на 1000 часов) или как MTBF (Среднее время наработки на отказ, выраженное в часах).

Прицельная сетка
Фотошаблон для изготовления пластины

РФ:
Радиочастота, диапазон электромагнитных частот выше звукового диапазона и ниже инфракрасного света (от 10 кГц до 300 ГГц.

ПЗУ:
Память только для чтения – полупроводниковое устройство для хранения данных в постоянной, нестираемой форме, обычно достигается за счет конфигурации рисунка металлической маски во время изготовления пластины.

Образец:
Устройство или устройства, случайно выбранные из множества материалов.Выборка предполагает, что случайно выбранные устройства будут демонстрировать характеристики во время тестирования, типичные для партии в целом.

План отбора проб:
Статистически полученный набор размеров выборки, количества приемов и / или номеров брака, который подтвердит, что данная партия материалов соответствует установленным AQL или LTPD.

Схематический чертеж:
Схема электрической или механической системы.

Барьер Шоттки:
Потенциальный барьер, образованный между металлом и полупроводником, часто используется при создании диодов Шоттки.

Просеивание:
100% тестирование устройства, а не отбор образцов.

Писец переулок:
Область, разделяющая два соседних кубика на пластине, через которую будет проходить скрайбирующий инструмент во время разделения пластины на отдельные кубики.

Уплотнение:
Процесс прикрепления крышки к полупроводниковому устройству с полостью (или герметичным). Способы герметизации включают пайку (при которой металлическая крышка припаивается к металлическому уплотнительному кольцу), сварка (когда металлическая крышка приваривается к металлическому основанию корпуса) и стеклянное (или керамическое) уплотнение (когда керамическая крышка прикрепляется к керамической крышке). основание с оплавленным стеклом).

SEM:
Сканирующий электронный микроскоп. Контроль, который позволяет увеличить на несколько порядков больше, чем можно было бы достичь с помощью оптического микроскопа.Растровый электронный микроскоп обычно имеет разрешение до 250 А или лучше и увеличение более 20000X.

Полупроводник:
Элемент, такой как кремний или германий, который является промежуточным звеном по электропроводности между проводниками и изоляторами.

Серийный номер:
Применение уникального буквенно-цифрового идентификатора к каждой единице множества устройств для обеспечения возможности отслеживания переменных данных, отдельных рентгенограмм и т. Д.

Кремниевый вентиль:
Процесс MOS, изготовленный из поликремния в качестве электрода затвора.

Кремний:
символ Si, является наиболее часто используемым базовым строительным блоком интегральных схем. Кремний – это полупроводник, а это означает, что его электрические характеристики находятся между проводником и изолятором при комнатной температуре.При правильном добавлении легирующих элементов на кремнии могут быть сформированы p-n-переходы. Полезные электронные компоненты и интегральные схемы могут быть построены из p-n переходов. Кремний получают путем нагревания диоксида кремния (SiO2) или кремнезема с восстановителем в печи. Диоксид кремния – основной компонент обычного песка.

Однолинейная упаковка:
Упаковка (герметичная или формованная), все выводы которой выходят из одной стороны упаковки.

SIP:
Аббревиатура от single-in-line package.

SMP:
Упаковка для поверхностного монтажа.

Мягкая ошибка:
Ошибка непостоянного характера, возникшая в ячейке или ячейках запоминающего устройства в результате переходных процессов напряжения или тока либо радиационного воздействия.Хотя мягкие ошибки могут быть исправлены, данные, ранее сохраненные в ячейке, могут быть недоступны для восстановления.

Программное обеспечение:
Инструкции, которые программируют или устанавливают последовательность функционирования аппаратного обеспечения устройства или системы. Эти инструкции могут содержаться внутри (например, в ПЗУ) или извне (на ленте, диске или любом другом подходящем носителе памяти).

Погружной припой:
Погружение выводов устройств в расплавленный припой, чтобы впоследствии облегчить пайку устройств на печатные платы.Иногда неточно упоминается как «оловянный дип.,

».

Пайка под пайку:
Герметизация полупроводникового прибора осуществляется припаиванием металлической крышки к металлическому уплотнительному кольцу.

Проверка паяемости:
Погружение выводов образцов устройств в припой с последующим визуальным осмотром, чтобы определить, что качество отделки таково, что на нее можно нанести ровный слой припоя.

Чертеж системы управления источником:
Аналогичен контрольному чертежу спецификаций, за исключением того, что покупка указанных устройств у производителей, отличных от указанных на чертеже, запрещена.

Проверка источника:
Надзор или проверка со стороны представителя клиента по качеству или государственного инспектора на объекте поставщика за материалом, собираемым или проверяемым этим поставщиком.

СПЕЦИЯ:
Программа моделирования с акцентом на интегральные схемы, стандартная для моделирования электронных схем.

SSI:
Небольшая интеграция. Устройства SSI – это те, которые содержат менее 12 эквивалентов шлюза.

Стабилизационная выпечка:
Размещение устройств в камере с повышенной температурой (обычно 150 ° C) без электрического смещения для проверки конструкции устройств.

Стандартный продукт
интегральная схема, реализующая функции, привлекательные для широкого рынка. В отличие от ASIC, которые объединяют набор функций и разрабатываются одним заказчиком или для него.

Статистический контроль качества:
Система контроля качества, использующая статистический анализ данных о дефектах процесса для выявления тенденций качества в режиме реального времени.

Подложка:
Физический материал, на котором изготавливается или собирается интегральная схема. Для монолитного устройства это будет кремний чипа; для гибрида – это поверхность из оксида алюминия или керамики, на которую наносится матрица и другие элементы.

Упаковка для поверхностного монтажа:
Корпуса полупроводников, установленные на поверхности печатной платы или другого материала подложки.

Состояния поверхности:
Дополнительные доноры, акцепторы или ловушки, обычно нежелательные, которые могут возникать на поверхности полупроводника из-за дефектов кристалла или загрязнения. Они могут меняться со временем.

Лента и катушка:
Карманный носитель. Лента с защитной защитной лентой, которая удерживает устройство на катушке.

Температурный цикл:
Испытание, при котором устройства хранятся в течение коротких периодов времени поочередно при высоких и низких температурах в заполненных газом камерах с максимальным временем перехода между камерами в одну минуту. Это усложняет сборку устройства из-за различных термических коэффициентов расширения различных используемых материалов.

Термическое сопротивление:
Обычно выражается в градусах Цельсия / Вт, это показатель способности корпуса рассеивать тепло, выделяемое микросхемой во время работы.

Термический вторичный пробой:
Прогорание области полупроводникового перехода в результате теплового разгона, вызванного напряжением обратного смещения или током.

Термический шок:
Подобен температурному циклу, за исключением того, что среда является жидкой, и перенос происходит мгновенно.Обычно выполняется в течение 15 циклов от 0 ° C до + 100 ° C, это гораздо более серьезная нагрузка на уплотнение упаковки и обычно используется только на выборочной основе

Толстая пленка:
Любая толщина покрытия более 5 (5 × 104 A), обычно формируемая путем нанесения жидкого, твердого или пастообразного покрытия через экран или маску по выборочному рисунку.

Тонкая пленка:
Любое покрытие толщиной менее 5 мкм (5 X 104 A), обычно формируемое вакуумным напылением или напылением.

Пороговое напряжение:
Уровень напряжения, при котором устройство распознает падение или повышение напряжения как изменение логического состояния.

Монтаж в сквозное отверстие:
Метод монтажа корпусов полупроводников, при котором выводы устройства проходят через отверстия в монтажной поверхности.Присоединение выводов может быть выполнено припоем или другими механическими средствами.

Олово погружение:
Термин, который обычно неправильно применяют к пайке выводов устройств.

Транспортабельность:
Те характеристики аппаратного или программного обеспечения, которые позволяют переносить его из одной системы в другую и совместимо взаимодействовать с аппаратным и программным обеспечением новой системы.

Трибоэлектрические эффекты:
Создание электростатического заряда, который происходит, когда две поверхности соприкасаются, а затем разделяются, в результате чего одна остается заряженной положительно, а другая – отрицательно заряженной.

Отделка и форма:
Этап в процессе сборки устройств, собранных на выводной раме (например, плоские корпуса и двухрядные корпуса), на котором выводная рамка обрезается, а выводы изгибаются или формуются в заданных положениях.

Подстройка Аналоговые цепи:
Применение МОП-устройств с плавающим затвором для подстройки аналоговых схем

Таблица истинности:
Для логического устройства – таблица, показывающая состояния выходной логики, которые могут возникнуть в результате каждой из возможных комбинаций входной логики, которые устройство разработано для приема.

ULSI:
Ультра крупномасштабная интеграция. Термин, применяемый к устройствам с уровнем сложности более 10 000 ворот.

Однополярный:
Устройства или процессы, в которых токопроводящие области и подложки имеют одинаковую полярность, обычно это МОП-устройства.

Данные переменных:
Записанные параметрические или дельта-значения, отслеживаемые для отдельных устройств, в отличие от данных партии (или данных атрибутов).

VHSIC:
Очень быстродействующие интегральные схемы. Аббревиатура применялась к программе исследований и разработок, спонсируемой Министерством обороны США, с целью продвижения современных достижений в области скоростей, плотности, энергопотребления и эффективности системы полупроводниковых устройств.

СБИС:
Интегральные схемы очень большого размера. Обычно считается, что устройства СБИС содержат более 1000 эквивалентов затвора, но менее 10 000.

Производство пластин:
Процесс изготовления полупроводниковых элементов на поверхности кремниевых пластин.

Приемочные испытания партии вафель:
Испытания партии пластин интегральных схем для определения ее приемлемости для сборки устройств класса S

Лот:
Одна партия пластин, обработанная на всех этапах обработки, включая металлизацию.Партия пластин может состоять из более чем одного типа устройств, причем различные типы устройств отличаются только используемым рисунком металлизации.

Бесфланцевый зонд:
Или сортировка пластин, процесс электрического тестирования с помощью набора микроскопических контактов или зондов, называемых картой зондов, которые удерживаются на месте, а пластина, установленная в вакууме на пластинчатом патроне, приводится в электрический контакт.Когда кристалл (или набор кубиков) был электрически испытан, зонд перемещает пластину к следующему кристаллу (или массиву), и может начаться следующий тест.

Вафельные упаковки:
Вафельная упаковка – это форма упаковки, предназначенная для использования с очень маленькими или необычными по форме деталями. Вафельная упаковка – это подносы с тиснением или карманами, обычно сделанные из пластика, которые напоминают вафли для завтрака (отсюда и название).

Рентгеновский снимок:
Рентгенологический анализ конструкции прибора. Это менее полезный метод для устройств с алюминиевыми связками, поскольку можно оценить только дефекты крепления матрицы и уплотнения. Для устройств с золотым проводом это более ценный экран, поскольку он может обнаруживать повреждения проводов во время центрифугирования и других подобных испытаний, а также большинство дефектов сборки.

Доходность:
Общее количество устройств, которые электрически и механически соответствуют применимым спецификациям, выраженное в процентах от общей численности.

Интегральная схема – wikidoc

Файл: Microchips.jpg Микрочипы (память EPROM) с прозрачным окном, показывающим внутреннюю интегральную схему. Обратите внимание на тонкие серебристые провода, которые соединяют интегральную схему с контактами корпуса. Окно позволяет стирать содержимое памяти чипа, подвергая его воздействию сильного ультрафиолетового света в ластике.

В электронике интегральная схема (также известная как IC , микросхема , микросхема , кремниевый чип или чип ) представляет собой миниатюрную электронную схему (состоящую в основном из полупроводниковых устройств, а также пассивные компоненты), который был изготовлен на поверхности тонкой подложки из полупроводникового материала.

Гибридная интегральная схема – это миниатюрная электронная схема, состоящая из отдельных полупроводниковых устройств, а также пассивных компонентов, связанных с подложкой или печатной платой.

Эта статья о монолитных интегральных схемах.

Введение

Интегральные схемы стали возможными благодаря экспериментальным открытиям, которые показали, что полупроводниковые устройства могут выполнять функции электронных ламп, и к середине 20-го века, благодаря технологическим достижениям в производстве полупроводниковых устройств.Интеграция большого количества крошечных транзисторов в небольшую микросхему была огромным улучшением по сравнению с ручной сборкой схем с использованием дискретных электронных компонентов. Возможности массового производства интегральных схем, надежность и подход к проектированию схем, основанный на использовании строительных блоков, обеспечили быстрое внедрение стандартизированных ИС вместо конструкций с использованием дискретных транзисторов.

У ИС есть два основных преимущества перед дискретными схемами: стоимость и производительность. Стоимость низкая, потому что микросхемы со всеми их компонентами печатаются как единое целое с помощью фотолитографии, а не строятся по одному транзистору за раз.Производительность высокая, поскольку компоненты переключаются быстро и потребляют мало энергии, поскольку компоненты маленькие и расположены близко друг к другу. По состоянию на 2006 год площадь кристалла составляет от нескольких квадратных миллиметров до примерно 350 мм², при этом на 1 мм² приходится до 1 миллиона транзисторов.

Достижения в области интегральных микросхем

Среди наиболее совершенных интегральных схем – микропроцессоры или « ядер », которые контролируют все, от компьютеров до сотовых телефонов и цифровых микроволновых печей. Микросхемы цифровой памяти и ASIC являются примерами других семейств интегральных схем, которые важны для современного информационного общества.Хотя стоимость проектирования и разработки сложной интегральной схемы довольно высока, при распределении, как правило, на миллионы производственных единиц, стоимость отдельной ИС минимизируется. Производительность микросхем высока, потому что небольшой размер позволяет использовать короткие дорожки, что, в свою очередь, позволяет использовать логику с низким энергопотреблением (например, CMOS) при высоких скоростях переключения.

ИС

на протяжении многих лет последовательно переходили к более мелким функциям, позволяя разместить больше схем на каждой микросхеме. Эту увеличенную емкость на единицу площади можно использовать для снижения стоимости и / или увеличения функциональности – см. Закон Мура, который в его современной интерпретации гласит, что количество транзисторов в интегральной схеме удваивается каждые два года.В общем, с уменьшением размера элемента улучшается почти все – стоимость единицы и потребляемая мощность переключения снижаются, а скорость увеличивается. Тем не менее, ИС с устройствами нанометрового размера не лишены своих проблем, основной из которых является ток утечки (см. Подпороговую утечку для обсуждения этого), хотя эти проблемы не являются непреодолимыми и, вероятно, будут решены или, по крайней мере, улучшены путем введения диэлектрики high-k. Поскольку такое увеличение скорости и энергопотребления очевидно для конечного пользователя, между производителями идет жесткая конкуренция за использование более тонких геометрических фигур.Этот процесс и ожидаемый прогресс в ближайшие несколько лет хорошо описаны в Международной дорожной карте технологий для полупроводников (ITRS).

Классификация

Интегральные схемы

можно разделить на аналоговые, цифровые и смешанные сигналы (как аналоговые, так и цифровые на одном кристалле).

Цифровые интегральные схемы могут содержать от нескольких тысяч до миллионов логических вентилей, триггеров, мультиплексоров и других схем в несколько квадратных миллиметров.Небольшой размер этих схем обеспечивает высокую скорость, низкое рассеивание мощности и снижение стоимости производства по сравнению с интеграцией на уровне платы. Эти цифровые ИС, обычно микропроцессоры, DSP и микроконтроллеры, работают с использованием двоичной математики для обработки сигналов «единица» и «ноль».

Аналоговые ИС, такие как датчики, схемы управления питанием и операционные усилители, работают путем обработки непрерывных сигналов. Они выполняют такие функции, как усиление, активная фильтрация, демодуляция, микширование и т. Д.Аналоговые ИС облегчают задачу проектировщиков схем, поскольку имеют в наличии аналоговые схемы, разработанные экспертами, вместо того, чтобы разрабатывать сложные аналоговые схемы с нуля.

ИС

могут также объединять аналоговые и цифровые схемы на одной микросхеме для создания таких функций, как аналого-цифровые преобразователи и цифро-аналоговые преобразователи. Такие схемы имеют меньший размер и меньшую стоимость, но должны тщательно учитывать помехи сигнала.

Производство

Файл: Silicon chip 3d.png Визуализация небольшой стандартной ячейки с тремя металлическими слоями (диэлектрик удален).Конструкции песочного цвета представляют собой металлические межсоединения, при этом вертикальные стойки представляют собой контакты, как правило, из вольфрама. Красноватые структуры – это вентили из поликремния, а твердое вещество внизу – это объем кристаллического кремния.

Полупроводники периодической таблицы химических элементов были определены как наиболее вероятные материалы для твердотельной вакуумной лампы такими исследователями, как Уильям Шокли из Bell Laboratories, начиная с 1930-х годов. Начиная с оксида меди, заканчивая германием, а затем кремнием, материалы систематически изучались в 1940-х и 1950-х годах.Сегодня монокристаллы кремния являются основной подложкой, используемой для интегральных схем (ИС) , хотя некоторые соединения III-V периодической таблицы, такие как арсенид галлия, используются для специализированных приложений, таких как светодиоды, лазеры, солнечные элементы и высокоскоростные интегральные схемы. . Потребовались десятилетия, чтобы усовершенствовать методы создания кристаллов без дефектов кристаллической структуры полупроводникового материала.

Полупроводниковые ИС изготавливаются по многослойному процессу, который включает следующие ключевые этапы процесса:

Изображения
Отклонение
Травление

Основные этапы процесса дополняются этапами легирования, очистки и выравнивания.

В качестве подложки используются пластины монокристаллического кремния (или для специальных применений кремний на сапфировых пластинах или пластинах арсенида галлия). Фотолитография используется для маркировки различных участков подложки, подлежащих легированию, или для нанесения на них поликремния, изоляторов или металлических (обычно алюминиевых) дорожек.

Интегральные схемы состоят из множества перекрывающихся слоев, каждый из которых определяется фотолитографией и обычно отображается разными цветами. Некоторые слои отмечают, где различные легирующие примеси диффундируют в подложку (называемые диффузионными слоями), некоторые определяют места имплантации дополнительных ионов (слои имплантата), некоторые определяют проводники (слои поликремния или металла), а некоторые определяют связи между проводящими слоями ( сквозные или контактные слои).Все компоненты состоят из определенной комбинации этих слоев.

В процессе самовыравнивания CMOS транзистор формируется везде, где слой затвора (поликремний или металл) пересекает диффузионный слой.

Резистивные структуры, извилистые полосы различной длины, образуют нагрузки в цепи. Отношение длины резистивной структуры к ее ширине в сочетании с удельным сопротивлением листа определяет сопротивление.

Емкостные структуры, по форме очень похожие на параллельные проводящие пластины традиционного электрического конденсатора, сформированы в соответствии с площадью «пластин» с изоляционным материалом между пластинами.Из-за ограничений по размеру на ИС могут быть созданы только очень маленькие емкости.

Поскольку устройство CMOS потребляет ток только при переходе между логическими состояниями, устройства CMOS потребляют намного меньше тока, чем биполярные устройства.

Оперативная память – это наиболее обычный тип интегральной схемы; устройства самой высокой плотности, таким образом, являются воспоминаниями; но даже микропроцессор будет иметь память на кристалле. (См. Структуру обычного массива внизу первого изображения.) Несмотря на то, что структуры сложны – с шириной, которая уменьшалась в течение десятилетий, – слои остаются намного тоньше, чем ширина устройства. Слои материала изготавливаются так же, как фотографический процесс, хотя световые волны в видимом спектре нельзя использовать для «обнажения» слоя материала, так как они будут слишком большими для деталей. Таким образом, фотоны более высоких частот (обычно ультрафиолетовые) используются для создания узоров для каждого слоя. Поскольку каждая деталь настолько мала, электронные микроскопы являются незаменимыми инструментами для инженера-технолога, который может отлаживать производственный процесс.

Каждое устройство перед упаковкой тестируется с помощью автоматизированного испытательного оборудования (ATE) в процессе, известном как тестирование пластины или зондирование пластины. Затем пластина разрезается на прямоугольные блоки, каждый из которых называется матрицей . Каждый исправный штамп (множество кубиков , штампов или штампов ) затем соединяется в корпус с помощью алюминиевой (или золотой) проволоки, которая приваривается к контактным площадкам , обычно расположенным по краю штампа. После упаковки устройства проходят финальное тестирование на том же или аналогичном ATE, используемом во время зондирования пластины.Стоимость испытаний может составлять более 25% стоимости изготовления более дешевых продуктов, но может быть незначительной для низкопроизводительных, больших и / или более дорогих устройств.

По состоянию на 2005 год производство ^[1] обходилось производственному предприятию (обычно известному как полупроводниковая фабрика ) более миллиарда долларов США, поскольку большая часть операций автоматизирована. В самых передовых процессах используются следующие методы:

Упаковка

Самые первые интегральные схемы были упакованы в керамические плоские блоки, которые продолжали использоваться военными из-за их надежности и малых размеров в течение многих лет.Коммерческая упаковка схем быстро перешла на двухрядную установку (DIP), сначала из керамики, а затем из пластика. В 1980-х годах количество выводов схем СБИС превысило практический предел для корпусов DIP, что привело к корпусам с матрицами выводов (PGA) и безвыводными держателями микросхем (LCC). Корпуса для поверхностного монтажа появились в начале 1980-х и стали популярными в конце 1980-х, с использованием более мелкого шага выводов с выводами в форме крыла чайки или J-образных выводов, примером чего является интегральная схема с малым контуром – носитель, занимающий площадь примерно На 30-50% меньше, чем у эквивалентного DIP-покрытия, с типичной толщиной на 70% меньше.Эта упаковка имеет выводы типа «крыло чайки», выступающие с двух длинных сторон, и расстояние между выводами 0,050 дюйма.

Компактные интегральные схемы (SOIC) и корпуса PLCC. В конце 1990-х годов пакеты PQFP и TSOP стали наиболее распространенными для устройств с большим количеством выводов, хотя пакеты PGA все еще часто используются для высокопроизводительных микропроцессоров. Intel и AMD в настоящее время переходят от пакетов PGA на высокопроизводительных микропроцессорах к пакетам наземных сетей (LGA).

Корпуса с шариковой решеткой (BGA) существуют с 1970-х годов.Пакеты Flip-chip Ball Grid Array, которые позволяют использовать гораздо большее количество выводов, чем корпуса других типов, были разработаны в 1990-х годах. В корпусе FCBGA кристалл установлен в перевернутом положении (перевернут) и подключается к шарикам корпуса через подложку корпуса, которая похожа на печатную плату, а не с помощью проводов. Пакеты FCBGA позволяют распределить массив сигналов ввода-вывода (называемый Area-I / O) по всему кристаллу, а не ограничиваться периферией кристалла.

Дорожки, выходящие из кристалла, через корпус и в печатную плату, имеют очень разные электрические свойства по сравнению с сигналами на кристалле.Они требуют специальных методов проектирования и требуют гораздо больше электроэнергии, чем сигналы, поступающие в сам чип.

Когда несколько матриц помещаются в одну упаковку, это называется SiP для System In Package . Когда несколько матриц объединяются на небольшой подложке, часто керамической, это называется MCM или Multi-Chip Module. Граница между большим MCM и маленькой печатной платой иногда нечеткая.

История, происхождение и поколения

Рождение IC

В апреле 1949 года немецкий инженер Вернер Якоби (Siemens AG) подал самый ранний патент на полупроводниковое усилительное устройство на основе интегральной схемы ^[2], показывающее пять транзисторов на общей подложке, организованных в виде трехкаскадного усилителя.Якоби описывает маленькие и дешевые слуховые аппараты как типичные промышленные применения своего патента. О коммерческом использовании его патента не сообщалось.

Интегральная схема была позже задумана ученым-радаром Джеффри В.А. Даммером (1909-2002), работавшим на Королевское радиолокационное учреждение Министерства обороны Великобритании, и опубликована в Вашингтоне, округ Колумбия, 7 мая 1952 года. Даммер безуспешно пытался. построить такую схему в 1956 г.

Идея-предшественница ИС заключалась в создании небольших керамических квадратов (пластин), каждый из которых содержал один миниатюрный компонент.Затем компоненты могут быть объединены и соединены в двумерную или трехмерную компактную сетку. Эта идея, которая выглядела очень многообещающей в 1957 году, была предложена армии США Джеком Килби и привела к недолговечной программе микромодулей (похожей на проект Tinkertoy 1951 года). ^[3] Однако по мере того, как проект набирал обороты, Килби придумал новый революционный дизайн: ИС.

Первые интегральные схемы были изготовлены независимо двумя учеными: Джек Килби из Texas Instruments подал патент на «твердую схему», сделанную из германия 6 февраля 1959 года.Килби получил несколько патентов в США. ^[4] ^[5] ^[6] Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor получил патент на более сложную «унитарную схему» из кремния 25 апреля 1961 года. .)

Нойс доверил Курту Леховеку из Sprague Electric принцип изоляции p-n-перехода , вызванный действием смещенного p-n-перехода (диода), в качестве ключевой концепции, лежащей в основе ИС. ^[7]

См .: Другие варианты электронных ламп для концепций предшественников, таких как Loewe 3NF.

SSI, MSI, LSI

Первые интегральные схемы содержали всего несколько транзисторов. Названные « Small-Scale Integration » ( SSI ), они использовали схемы, содержащие транзисторы, пронумерованные десятками.

Цепи SSI имели решающее значение для ранних аэрокосмических проектов, и наоборот. И ракета Minuteman, и программа Apollo нуждались в легких цифровых компьютерах для их инерциальных систем наведения; Компьютер наведения Apollo привел и послужил стимулом для создания технологии интегральных схем, в то время как ракета Minuteman вызвала массовое производство.

В рамках этих программ были закуплены почти все доступные интегральные схемы с 1960 по 1963 год, и почти только они обеспечивали спрос, который финансировал производственные усовершенствования, чтобы снизить производственные затраты с 1000 долларов на схему (в долларах 1960 года) до всего лишь 25 долларов на схему (в 1963 году). долларов). ^{[ необходима ссылка ]} Они начали появляться в потребительских товарах на рубеже десятилетий, типичным применением является обработка звука между несущими FM в телевизионных приемниках.

Следующим шагом в разработке интегральных схем, предпринятым в конце 1960-х годов, стали устройства, содержащие сотни транзисторов на каждом кристалле, получившие название « Medium-Scale Integration » ( MSI ).

Они были привлекательными с экономической точки зрения, потому что, хотя их производство было немного дороже, чем устройства SSI, они позволяли производить более сложные системы с использованием меньших печатных плат, меньшего количества сборочных работ (из-за меньшего количества отдельных компонентов) и ряда других преимуществ.

Дальнейшее развитие, движимое теми же экономическими факторами, привело к « крупномасштабной интеграции » ( LSI ) в середине 1970-х годов с десятками тысяч транзисторов на кристалл.

Интегральные схемы, такие как 1К-битные ОЗУ, микросхемы калькуляторов и первые микропроцессоры, которые начали производиться в умеренных количествах в начале 1970-х годов, имели менее 4000 транзисторов.Истинные схемы LSI, насчитывающие около 10000 транзисторов, начали производиться примерно в 1974 году для основной памяти компьютеров и микропроцессоров второго поколения.

СБИС

Последним шагом в процессе разработки, начиная с 1980-х годов и продолжающегося до настоящего времени, была «очень крупномасштабная интеграция» (СБИС). Можно сказать, что это началось с сотен тысяч транзисторов в начале 1980-х годов и продолжается до нескольких миллиардов транзисторов по состоянию на 2007 год.

Не было единого прорыва, который позволил бы такое увеличение сложности, хотя помогли многие факторы.Производство перешло к более мелким правилам и более чистым фабрикам, что позволило им производить микросхемы с большим количеством транзисторов с адекватным выходом, как указано в Международной дорожной карте технологий для полупроводников (ITRS). Инструменты проектирования достаточно усовершенствованы, чтобы сделать эти проекты практичными в разумные сроки. Более энергоэффективная CMOS заменила NMOS и PMOS, что позволило избежать чрезмерного увеличения энергопотребления. Лучшие тексты, такие как знаковый учебник Мида и Конвея, помогли школам обучить больше дизайнеров…

В 1986 году были представлены первые микросхемы ОЗУ объемом 1 мегабит, содержащие более одного миллиона транзисторов. Микропроцессорные микросхемы преодолели отметку в миллион транзисторов в 1989 году и миллиард транзисторов в 2005 году ^[8]. Эта тенденция практически не ослабевает, и в 2007 году были представлены микросхемы, содержащие десятки миллиардов транзисторов памяти ^[9].

ULSI, WSI, SOC, 3D-IC

Чтобы отразить дальнейший рост сложности, термин ULSI , который означает « сверхбольшая интеграция », был предложен для микросхем сложности более 1 миллиона транзисторов.

Интеграция в масштабе пластины (WSI) – это система построения очень больших интегральных схем, в которой используется вся кремниевая пластина для производства одного «суперчипа». Благодаря сочетанию большого размера и уменьшенной комплектации WSI может привести к значительному снижению затрат для некоторых систем, особенно для суперкомпьютеров с массовым параллелизмом. Название взято из термина «очень крупномасштабная интеграция», текущего состояния на момент разработки WSI.

System-on-a-Chip (SoC или SOC) – это интегральная схема, в которой все компоненты, необходимые для компьютера или другой системы, размещены на одном кристалле.Конструкция такого устройства может быть сложной и дорогостоящей, а сборка разрозненных компонентов на одном куске кремния может снизить эффективность некоторых элементов. Однако эти недостатки компенсируются более низкими затратами на изготовление и сборку, а также значительным сокращением бюджета мощности: поскольку сигналы между компонентами хранятся на кристалле, требуется гораздо меньше энергии (см. Раздел «Упаковка» выше).

Трехмерная интегральная схема (3D-IC) состоит из двух или более слоев активных электронных компонентов, которые интегрированы как по вертикали, так и по горизонтали в единую схему.Для связи между уровнями используется передача сигналов на кристалле, поэтому потребляемая мощность намного ниже, чем в эквивалентных отдельных схемах. Разумное использование коротких вертикальных проводов может существенно уменьшить общую длину провода и ускорить работу.

Прочие разработки

В 1980-х годах были разработаны программируемые интегральные схемы. Эти устройства содержат схемы, логические функции и возможности подключения которых могут быть запрограммированы пользователем, а не фиксироваться производителем интегральных схем.Это позволяет программировать одну микросхему для реализации различных функций типа LSI, таких как логические вентили, сумматоры и регистры. Современные устройства, называемые FPGA (программируемые вентильные матрицы), теперь могут реализовывать десятки тысяч схем LSI параллельно и работать на частоте до 550 МГц.

Методы, усовершенствованные индустрией интегральных схем за последние три десятилетия, были использованы для создания микроскопических машин, известных как МЭМС. Эти устройства используются в различных коммерческих и военных приложениях.Примеры коммерческих приложений включают DLP-проекторы, струйные принтеры и акселерометры, используемые для установки автомобильных подушек безопасности.

Раньше радиоприемники не могли изготавливаться с использованием тех же недорогих технологий, что и микропроцессоры. Но с 1998 года большое количество радиочипов было разработано с использованием процессов CMOS. Примеры включают беспроводной телефон Intel DECT или карту 802.11 Atheros.

Будущие разработки, похоже, следуют парадигме нескольких микропроцессоров, уже используемой в двухъядерных процессорах Intel и AMD.Intel недавно представила прототип микросхемы, не предназначенной для коммерческой продажи, на которой установлено 80 микропроцессоров. Каждое ядро способно выполнять свою задачу независимо от других. Это является ответом на ограничение тепловыделения по отношению к скорости, которое должно быть достигнуто с использованием существующей транзисторной технологии. Такая конструкция представляет собой новую проблему для программирования микросхем. X10 – это новый язык программирования с открытым исходным кодом, призванный помочь в решении этой задачи. ^[10]

Кремниевое граффити

С тех пор, как были созданы ИС, некоторые разработчики микросхем использовали поверхность кремния для скрытых, нефункциональных изображений или слов.Иногда их называют Chip Art, Silicon Art , Silicon Graffiti или Silicon Doodling . Обзор этой практики см. В статье The Secret Art of Chip Graffiti из журнала IEEE Spectrum и Silicon Zoo.

Основные промышленные и академические данные

Шаблон: Уборка-прачечная

Известные ИС

Производителей

Список известных производителей; некоторые действующие, некоторые несуществующие:

Конференции СБИС

Журналы СБИС

Страницы филиала

См. Также

Шаблон: Portalpar

Общие темы

Связанные устройства и термины

Технологии устройств IC

прочие

Ссылки

Академический:

Мид, К.и Конвей, Л. (1980). Введение в системы СБИС . Эддисон-Уэсли. ISBN 0-201-04358-0.
Ходжес Д.А., Джексон Х.Г. и Салех Р. (2003). Анализ и проектирование цифровых интегральных схем . Макгроу-Хилл. ISBN 0-07-228365-3.
Ян М. Рабай, Ананта Чандракасан и Боривое Николич (1996 – первое издание). Цифровые интегральные схемы, 2-е издание ISBN 0-13-0-3
65-нанометровая технология Intel
Марш, С.P. Практическая конструкция MMIC , опубликованная Artech House ISBN 1-59693-036-5

Прекурсоры и патенты:

↑ Например, Intel Fab 28 стоит 3,5 миллиарда долларов, а соседний Fab 18 – 1,5 миллиарда долларов http://www.theinquirer.net/default.aspx?article=29958
↑ Шаблон: Патент
↑ EETimes.com
↑ Шаблон: Патент
↑ Шаблон: Патент
↑ Шаблон: Патент
↑ Патент Курта Леховца на изолирующий p-n переход: U.S. Патент 3 029 366 выдан 10 апреля 1962 г., подан 22 апреля 1959 г. Роберт Нойс в своей статье «Микроэлектроника» ссылается на Lehovec, Scientific American , сентябрь 1977 г., том 23, номер 3, стр. 63–9.
↑ Питер Кларк, EE Times: Intel вступает в эру процессоров с миллиардом транзисторов , 14 ноября 2005 г.
↑ Антоне Гонсалвес, EE Times, Samsung начинает производство 16-Гб флэш-памяти , 30 апреля 2007 г.
↑ Бивер, К. «Чип-революция создает проблемы для программистов», New Scientist (Том 193, номер 2594)

Внешние ссылки

Общий

Автор С.П. Марш

Патенты

US3,138,743 – Миниатюрная электронная схема – J. S. Kilby
US3,138,747 – Устройство интегральной полупроводниковой схемы – J. S. Kilby
US 3,261,081 – Способ изготовления миниатюрных электронных схем – J. S. Kilby
US3,434,015 – Конденсатор для миниатюрных электронных схем и т.п. – J. S. Kilby

Аудио-видео

Кремниевое граффити

Фотографии кристаллов интегральных схем

Шаблон: Цифровые системы

af: Geïntegreerde stroombaan ar: دائرة تكاملية bs: Čip bg: Интегрална схема bn: সমন্বিত বর্তনী ca: интеграция схемы cs: Integrovaný obvod da: Integreret kredsløb de: Integrierter Schaltkreis et: Mikrokiip el: Ολοκληρωμένο κύκλωμα eo: Integra cirkvito fa: تراشه ко: 집적 회로 hr: Integrirani krug id: Sirkuit terpadu это: Circuito Integrato он: מעגל משולב lt: Integrinė mikroschema hu: Integrált áramkör мк: Интегрално коло мс: Литар Берсепаду nl: Geïntegreerde schakeling нет: Integrert krets просто: интегральная схема sk: Integrovaný obvod sl: Integrirano vezje SR: Интегрално коло fi: Mikropiiri sv: Integrerad krets th: วงจร เบ็ดเสร็จ uk: Мікросхема чж-юэ: 集成電路 Шаблон: Источники WikiDoc

% PDF-1.6 % 657 0 объект > эндобдж 681 0 объект > поток 2009-07-27T15: 11: 03Z2009-07-29T18: 27: 55-05: 002009-07-29T18: 27: 55-05: 00application / pdfuuid: 0257ed9d-e0c0-402f-a461-d891edb05de1uuid: db8af588-cd99- 483f-9f0a-c19b9e6382b5 конечный поток эндобдж 677 0 объект > / Кодировка >>>>> эндобдж 658 0 объект > эндобдж 659 0 объект > эндобдж 1 0 объект > эндобдж 7 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 19 0 объект > эндобдж 25 0 объект > эндобдж 31 0 объект > эндобдж 37 0 объект > эндобдж 43 0 объект > эндобдж 49 0 объект > эндобдж 55 0 объект > эндобдж 61 0 объект > эндобдж 67 0 объект > эндобдж 73 0 объект > эндобдж 79 0 объект > эндобдж 85 0 объект > эндобдж 91 0 объект > эндобдж 97 0 объект > эндобдж 103 0 объект > эндобдж 109 0 объект > эндобдж 115 0 объект > эндобдж 121 0 объект > эндобдж 127 0 объект > эндобдж 133 0 объект > эндобдж 139 0 объект > эндобдж 145 0 объект > эндобдж 151 0 объект > эндобдж 157 0 объект > эндобдж 163 0 объект > эндобдж 169 0 объект > эндобдж 175 0 объект > эндобдж 181 0 объект > эндобдж 187 0 объект > эндобдж 193 0 объект > эндобдж 199 0 объект > эндобдж 205 0 объект > эндобдж 211 0 объект > эндобдж 217 0 объект > эндобдж 223 0 объект > эндобдж 229 0 объект > эндобдж 235 0 объект > эндобдж 241 0 объект > эндобдж 247 0 объект > эндобдж 253 0 объект > эндобдж 259 0 объект > эндобдж 265 0 объект > эндобдж 271 0 объект > эндобдж 277 0 объект > эндобдж 283 0 объект > эндобдж 289 0 объект > эндобдж 295 0 объект > эндобдж 301 0 объект > эндобдж 307 0 объект > эндобдж 313 0 объект > эндобдж 319 0 объект > эндобдж 325 0 объект > эндобдж 331 0 объект > эндобдж 337 0 объект > эндобдж 343 0 объект > эндобдж 349 0 объект > эндобдж 355 0 объект > эндобдж 361 0 объект > эндобдж 367 0 объект > эндобдж 373 0 объект > эндобдж 379 0 объект > эндобдж 385 0 объект > эндобдж 391 0 объект > эндобдж 397 0 объект > эндобдж 403 0 объект > эндобдж 409 0 объект > эндобдж 415 0 объект > эндобдж 421 0 объект > эндобдж 427 0 объект > эндобдж 433 0 объект > эндобдж 439 0 объект > эндобдж 445 0 объект > эндобдж 451 0 объект > эндобдж 457 0 объект > эндобдж 463 0 объект > эндобдж 469 0 объект > эндобдж 475 0 объект > эндобдж 481 0 объект > эндобдж 487 0 объект > эндобдж 493 0 объект > эндобдж 499 0 объект > эндобдж 505 0 объект > эндобдж 511 0 объект > эндобдж 517 0 объект > эндобдж 523 0 объект > эндобдж 529 0 объект > эндобдж 535 0 объект > эндобдж 541 0 объект > эндобдж 547 0 объект > эндобдж 553 0 объект > эндобдж 559 0 объект > эндобдж 565 0 объект > эндобдж 571 0 объект > эндобдж 577 0 объект > эндобдж 583 0 объект > эндобдж 589 0 объект > эндобдж 595 0 объект > эндобдж 601 0 объект > эндобдж 607 0 объект > эндобдж 613 0 объект > эндобдж 619 0 объект > эндобдж 625 0 объект > эндобдж 631 0 объект > эндобдж 637 0 объект > эндобдж 643 0 объект > эндобдж 645 0 объект > поток xWn # 7a “} sbp: Z4X / HX31 и EbHR u

Microelectronics

СОДЕРЖАНИЕ:

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ

Экономически целесообразные типы ИС
Влияние дешевой электроники
«Стоимость владения» и доходность по надежности
Функция прогресса
Изготовление нестандартных микросхем
Резюме
Список литературы
Проблемы

ПЛЕНКА МИКРОЭЛЕКТРОНИКА

Введение Изготовление масок
Толстопленочная технология и компоненты
Тонкопленочная технология и компоненты
Тонкопленочные активные устройства
Конструкция гибридных схем полупроводник / пленка Резюме
Список литературы
Проблемы

ПОЛУПРОВОДНИКИ ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ЦЕПИ-ПРОЦЕССЫ И КОМПОНЕНТЫ

Введение
Планарный процесс
Полупроводниковые компоненты ИС
Изоляция в биполярной ИС
Визуальное распознавание монолитных компонентов
Список литературы
Проблемы

АНАЛИЗ И ПРИМЕНЕНИЕ ЦИФРОВЫХ ИНТЕГРИРОВАННЫХ ЦЕПЕЙ

Общие характеристики интегрированной логики
Насыщенный биполярный переключатель
Резисторно-транзисторная логика (RTL)
Диодно-транзисторная логика (ДТЛ, МДТЛ)
Высокопороговая диодно-транзисторная логика (HTL)
Транзисторно-транзисторная логика (TTL)
Эмиттерно-связанная логика (ECL)
Интегрированная логика впрыска (I L)
Логика MOS (PMOS, NMOS, CMOS)
Сводка характеристик цифровых ИС
Взаимодействие и интерфейс цифровых микросхем
Список литературы
Проблемы

АНАЛИЗ И ПРИМЕНЕНИЕ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

Введение
Основные схемы в линейной ИС
Операционные усилители ИС
Сводка по применению операционных усилителей
Список литературы
Проблемы

АНАЛОГОВЫЕ, ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ И СИЛОВЫЕ ЦЕПИ

Введение
Некоторые аналоговые микросхемы общего назначения
Потребительские схемы и приложения
Линейные схемы управления мощностью
Резюме
Список литературы
Проблемы

МАСШТАБНАЯ ИНТЕГРАЦИЯ

Введение
Экономические и технические аспекты LSI
Полупроводниковые воспоминания
Микропроцессоры
Проектирование с использованием компонентов LSI
Подход к индивидуальному дизайну БИС
Резюме
Список литературы
Проблемы

СВЧ-ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ЦЕПИ

Введение
Активные твердотельные микроволновые устройства
Волноводные схемы для микросхем СВЧ
Активные микроволновые микросхемы
Резюме
Список литературы
Проблемы

ТЕКУЩИЕ ТЕНДЕНЦИИ

Введение
Краткий обзор
Боли роста
Тенденции в технологиях
Поиск новых приложений
Список литературы
Проблемы

ГЛОССАРИЙ

УКАЗАТЕЛЬ

СОДЕРЖАНИЕ:

ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

Основы компонентов интегральных схем
Основные методы тонкопленочной печати
Прогресс в области полевых эффектов вселяет надежды в области тонкопленочных материалов
Усилитель TF: темная лошадка?
Новая фаза обнаружена в танталовых пленках
Тонкопленочные / монолитные схемы – как и когда их использовать
МОП дополняет микросхему Pierce Microwave Micropower Logic
Толстые пленки – как и когда их использовать
Успехи в изоляции могут положить конец паразитарной чуме
Использование МОП-транзисторов в интегральных схемах
Использование МОП-транзисторов в интегральных схемах переключения

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ МИКРОСХЕМ

Проектирование микросхем для инженера-схемотехника
Ограничения при проектировании интегральных схем
Разработка схем для тонкопленочных активных устройств
Проблемы конструкции тонкопленочного плинтуса
Что такое значимая надежность интегральной схемы?
Дизайн с интегральными схемами на 60 Me
Способы подключения микросхем
Интегральные схемы обеспечивают высокую мощность благодаря встроенному SCR
Повышение надежности микроиндукторов
Могут ли молекулярные структуры быть индукторами микросхем?
Разработка индукторов для тонкопленочных приложений
Интегральные схемы используют новые оксиды для диэлектрической изоляции
Синтез RC-сетей для депонированных схем
Черепаха: новая логика для микроэлектроники
Рабочие тепловые схемы на тонкопленочных подложках

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ В МИКРОСХЕМЫ

Преобразование импульсного модулятора в интегрированный чип
Интегрированный прерыватель образует простой аналого-цифровой преобразователь
История успеха: разработка микроэлектронного кодировщика
История случая: конструкция диода увеличивает скорость DTL
История болезни: интеграция схемы NOR
Адаптация обычного УКВ-оборудования к молекулярной электронике
Как оптимизировать микроэлектронную упаковку
Бортовой кодировщик PCM проверяет выполнимость микросхемы
Крепление на один чип Full Decade Counter
MOS прибывает
Модульная конструкция добавляет гибкости компьютеру IC
Можно ли сохранить гибкость логических массивов?
Одна пластина – одна логическая матрица
Использование интегральных схем в качестве усилителей обратной связи
Создайте дифференциальный усилитель из логических ворот
Молекулярные цепи, используемые в легком радиолокационном транспондере
Интегральный операционный усилитель: универсальная и экономичная схема
Прецизионное управление сокращает время задержки в интегральных схемах
Цифровые компьютеры – Влияние микроэлектроники, специальный отчет
Логическая алгебра не даст ответа
Функциональная упаковка – очевидный ответ
Найти функциональные пакеты будет непросто
Базовая гибкость логики поможет поиску
Minuteman Microcircuits Don Civilian Garb

ПЛАНИРОВАНИЕ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ ПРОТОТИПОВ

Интегральные схемы могут быть зашиты
Микросхема предлагает недорогой кварцевый генератор
Экономия времени на макетирование интегральных схем
Интегральные схемы глаза станкостроителей
Черный ящик вашей линейной интегральной схемы
Управление обратной связью щупа Микроэлектронная пайка
Прототипирование – насколько близко вы можете приблизиться к реальности?
Конструкционные клеи уменьшают размер слухового аппарата
Упаковка – как вы находите компромиссы?
Интегрированные устройства – что будет в вашем черном ящике?
Прототипирование системы скорости карт
Оптический сканер рисует маски интегральной схемы
Носители помогают в обращении с микросхемами
Монолитные чипы – стоит ли катать собственные?
Изготовьте свой собственный тонкопленочный осциллятор

ТЕСТИРОВАНИЕ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ ЦЕПЕЙ

Тестирование интегральных схем
Температурные графики проверьте IC
Тестовый образец проверяет точность шага и повторения
Простой тестер ИС для количества прототипов
Развертка осциллографа отображает кривую передачи микросхемы
Адаптируйте свой Curve Tracer для MOS-дисплеев
ИК-тестирование микроэлектронных импульсов

МИКРОЭЛЕКТРОННЫЕ ДАННЫЕ И БИБЛИОГРАФИЯ

Характеристики микроэлектронных схем
Стандарты для микроэлектронных корпусов
Библиография по микроэлектронике
Таблицы данных по микроэлектронике
Диодно-транзисторная логика
Логика с прямой связью
Транзисторно-транзисторная логика
Эмиттерная логика
Резистор-конденсатор Transistor Logic
Utilogic
Дополнительная транзисторная логика
Разные цифровые схемы
Схемы усилителя
Разные линейные схемы
Таможня
Перекрестный индекс микроэлектронных устройств
Список производителей микроэлектронных устройств

Патент США для проверки фотонных интегральных схем Патент (Патент № 10,929,590, выдан 23 февраля 2021 г.)

СВЯЗАННЫЕ ПРИЛОЖЕНИЯ
Это приложение является подразделением U.Заявка на патент S. Сер. № 14 / 693,851, поданная 22 апреля 2015 г., озаглавленная «Проверка фотонных интегральных схем» и названная Ruping Cao et al. как изобретатели, которые, в свою очередь, претендуют на приоритет в соответствии с 35 USC. § 119 к предварительной заявке на патент США № 61/982 329, поданной 22 апреля 2014 г., озаглавленной «Проектирование фотоники с использованием подхода EDA: проверка компоновки волноводных межсоединений», с указанием Рупинга Цао в качестве изобретателя, что полностью включено в настоящий документ ссылка, и которая также претендует на приоритет в соответствии с 35 U.§ 119 S.C. к предварительной заявке на патент США № 62/151240, поданной 22 апреля 2015 г., озаглавленной «Проверка LVS для фотонных интегральных схем – извлечение и проверка криволинейных характеристик», и в которой указано, что Ruping Cao et al. как изобретатели, что также полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение направлено на анализ проектных данных компоновки, представляющих устройства на фотонных интегральных схемах. Различные реализации изобретения могут быть особенно полезны для проверки конструкции фотонной интегральной схемы.
Уровень техники
Микроустройства, такие как интегрированные микросхемы и микроэлектромеханические системы (МЭМС), используются во множестве продуктов, от автомобилей до микроволн и персональных компьютеров. Проектирование и изготовление микроустройств обычно включает в себя много этапов, известных как «процесс проектирования». Конкретные этапы процесса проектирования часто зависят от типа микросхемы, ее сложности, команды разработчиков и производителя или литейного предприятия микропроцессора, которое будет производить микросхему.Как правило, программные и аппаратные «инструменты» проверяют проект на различных этапах процесса проектирования путем запуска программных симуляторов и / или аппаратных эмуляторов, и ошибки в проекте исправляются или дизайн улучшается иным образом.
Несколько шагов являются общими для большинства схем проектирования интегральных микросхем. Первоначально спецификация для новой схемы преобразуется в логическую схему, иногда называемую описанием схемы на уровне передачи регистров (RTL). В этой логической схеме схема описывается как с точки зрения обмена сигналами между аппаратными регистрами, так и с точки зрения логических операций, которые выполняются с этими сигналами.В логическом проектировании обычно используется язык проектирования аппаратного обеспечения (HDL), например, язык проектирования аппаратного обеспечения для высокоскоростных интегральных схем (VHDL). Затем анализируется логика схемы, чтобы убедиться, что она точно выполняет функции, требуемые для схемы. Этот анализ иногда называют «функциональной проверкой».
После подтверждения точности логической схемы она преобразуется в схему устройства с помощью программного обеспечения синтеза. Конструкция устройства, которая обычно представлена в виде схемы или списка соединений, описывает конкретные электронные устройства (такие как транзисторы, резисторы и конденсаторы), которые будут использоваться в схеме, а также их соединения.Такая конструкция устройства обычно соответствует уровню представления, отображаемому на обычных принципиальных схемах. Предварительные оценки синхронизации для частей схемы могут быть сделаны на этом этапе, используя предполагаемую характеристическую скорость для каждого устройства. Кроме того, анализируются взаимосвязи между электронными устройствами, чтобы подтвердить, что схема, описанная в конструкции устройства, будет правильно выполнять желаемые функции. Этот анализ иногда называют «формальной проверкой».
После того, как взаимосвязи между схемными устройствами были установлены, проект снова трансформируется, на этот раз в физический дизайн, который описывает определенные геометрические элементы.Этот тип дизайна часто называют «макетным» дизайном. Геометрические элементы, которые обычно представляют собой многоугольники, определяют формы, которые будут созданы из различных материалов для изготовления схемы. Обычно проектировщик выбирает группы геометрических элементов, представляющих компоненты схемного устройства (например, контакты, вентили и т. Д.), И помещает их в область проектирования. Эти группы геометрических элементов могут быть спроектированы по индивидуальному заказу, выбраны из библиотеки ранее созданных дизайнов или их комбинации.Затем между геометрическими элементами прокладываются линии, которые образуют проводку, используемую для соединения электронных устройств. Инструменты компоновки (часто называемые инструментами «разместить и направить»), такие как IC Station Mentor Graphics или Virtuoso Cadence, обычно используются для обеих этих задач.
При проектировании компоновки каждый физический уровень схемы будет иметь соответствующее представление уровня в проекте, а геометрические элементы, описанные в представлении уровня, будут определять относительные местоположения компонентов схемного устройства, которые будут составлять схемное устройство.Таким образом, геометрические элементы в представлении слоя имплантата будут определять легированные области, в то время как геометрические элементы в представлении металлического слоя будут определять места в металлическом слое, где будут формироваться токопроводящие провода для соединения схемных устройств. Помимо микропроцессоров на интегральных схемах, данные проектирования компоновки также используются для производства других типов микроприборов, таких как микроэлектромеханические системы (МЭМС). Обычно дизайнер выполняет ряд анализов данных макета.Например, в случае интегральных схем конструкция компоновки может быть проанализирована, чтобы подтвердить, что она точно представляет схемные устройства и их взаимосвязи, как описано в конструкции устройства. Дизайн компоновки также может быть проанализирован, чтобы подтвердить, что он соответствует различным проектным требованиям, таким как минимальные расстояния между геометрическими элементами. Кроме того, дизайн компоновки может быть изменен, чтобы включать использование повторяющихся геометрических элементов или добавление корректирующих элементов к различным геометрическим элементам, чтобы противодействовать ограничениям в производственном процессе и т. Д.
В частности, процесс проектирования может включать в себя один или несколько процессов метода повышения разрешения (RET). Эти процессы изменят данные макета, чтобы улучшить используемое разрешение сетки или маски, созданной из рисунка в процессе фотолитографического производства. Одно такое семейство процессов технологии повышения разрешения (RET), иногда называемых процессами коррекции оптической близости (OPC), может добавлять такие функции, как засечки или углубления к существующим данным макета, чтобы компенсировать дифракционные эффекты во время процесса литографического производства.Например, процесс коррекции оптической близости может модифицировать многоугольник в макете, чтобы включить в него форму «головки молотка», чтобы уменьшить округление фотолитографического изображения по углам многоугольника.
После завершения дизайна макета он преобразуется в формат, который может быть использован инструментом записи маски или сетки для создания маски или сетки для использования в процессе фотолитографического производства. Написанные маски или сетки затем можно использовать в фотолитографическом процессе, чтобы подвергать выбранные области пластины свету или другому излучению, чтобы создать желаемые интегрированные структуры микроприборов на пластине.
Кремниевая фотоника, разработка фотонных интегральных схем (PIC) на платформе CMOS, вызвала интерес как со стороны ученых, так и со стороны промышленности в связи с возможностью повторного использования зрелой технологической платформы CMOS, которая обещает высокую производительность и большие объемы, а также потенциальную производительность. улучшение, полученное за счет замены электронов фотонами в различных областях применения. Хотя описанный выше стандартный процесс проектирования применим к множеству микроустройств, трудно применить различные аспекты этого потока к фотонным интегральным схемам, а также проблемы адаптации потока EDA, разработанного для электронных схем IC, к конкретным потребностям PIC. конструкции еще не полностью решены.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Аспекты изобретения относятся к механизмам использования инструментов проектирования компоновки по сравнению со схемой (LVS) для проверки конструкций фотонных интегральных схем, где обычный поток проектирования интегральных схем не может быть применен непосредственно к или выполнить проверки, относящиеся к фотонным схемам. Различные реализации изобретения используют альтернативные методы анализа с инструментами анализа LVS для выполнения одного или нескольких процессов анализа LVS на фотонных интегральных схемах.Эти процессы анализа могут включать проверку криволинейной конструкции и связанные реализации потоков.
Еще другие аспекты изобретения относятся к методам определения того, может ли каждое вхождение ячейки в проекте иерархической компоновки быть равномерно окрашенным для разделения
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 и 2 показаны компоненты вычислительного устройства, которые могут использоваться для реализации различных вариантов осуществления изобретения.
РИС.На фиг.3А-3Е показаны схемы расположения хорошо известных устройств на фотонных интегральных схемах: кольцевого резонатора, направленного ответвителя, решетчатого ответвителя, Y-разветвителя и интерферометра Маха-Цендера соответственно.
РИС. 4 и 5 иллюстрируют пример фотонной интегральной схемы, которая может быть проанализирована согласно различным реализациям изобретения.
РИС. 6A и 6B иллюстрируют методы определения длины контура согласно различным реализациям изобретения.
РИС. 7A и 7B иллюстрируют методы определения радиуса кривизны контура согласно различным реализациям изобретения.
РИС. 8 и 9 показывают альтернативные потоки для анализа конструкции фотонной интегральной схемы согласно различным реализациям изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Иллюстративная операционная среда
Выполнение различных процессов автоматизации электронного проектирования согласно вариантам осуществления изобретения может быть реализовано с использованием исполняемых компьютером программных команд, выполняемых одним или несколькими программируемыми вычислительными устройствами.Поскольку эти варианты осуществления изобретения могут быть реализованы с использованием программных инструкций, сначала будут описаны компоненты и работа универсальной программируемой компьютерной системы, в которой могут использоваться различные варианты осуществления изобретения. Кроме того, из-за сложности некоторых процессов автоматизации проектирования электроники и большого размера многих схемных конструкций различные инструменты автоматизации проектирования электроники конфигурируются для работы в вычислительной системе, способной одновременно выполнять несколько потоков обработки.Компоненты и работа компьютерной сети, имеющей главный или главный компьютер и один или несколько удаленных или обслуживающих компьютеров, поэтому будут описаны со ссылкой на фиг. 1. Однако эта операционная среда является лишь одним примером подходящей операционной среды и не предназначена для ограничения объема использования или функциональных возможностей изобретения.
На ФИГ. 1, компьютерная сеть 101 включает в себя главный компьютер 103 . В проиллюстрированном примере главный компьютер , 103, является многопроцессорным компьютером, который включает в себя множество устройств ввода и вывода , 105, и память , 107, .Устройства ввода и вывода , 105, могут включать в себя любое устройство для приема входных данных от пользователя или предоставления выходных данных пользователю. Устройства ввода могут включать в себя, например, клавиатуру, микрофон, сканер или указывающее устройство для приема ввода от пользователя. Затем устройства вывода могут включать в себя дисплей, динамик, принтер или устройство тактильной обратной связи. Эти устройства и их соединения хорошо известны в данной области техники и поэтому не будут здесь подробно обсуждаться.
Память , 107, аналогичным образом может быть реализована с использованием любой комбинации машиночитаемых носителей, к которым может получить доступ главный компьютер , 103, .Машиночитаемый носитель может быть любым подходящим типом физического запоминающего устройства, такого как, например, устройства памяти микросхем, такие как память для чтения-записи (RAM), постоянная память (ROM), электронно стираемая и программируемая постоянная память (EEPROM). ) или микросхемных устройств флэш-памяти, дисков CD-ROM, цифровых видеодисков (DVD) или других оптических запоминающих устройств. Машиночитаемые носители также могут быть магнитными кассетами, магнитными лентами, магнитными дисками или другими магнитными запоминающими устройствами, перфорированными носителями, голографическими запоминающими устройствами.
Как будет подробно описано ниже, главный компьютер , 103, запускает программное приложение для выполнения одной или нескольких операций согласно различным примерам изобретения. Соответственно, в памяти , 107, хранятся программные инструкции , 109, A, которые при выполнении будут реализовывать программное приложение для выполнения одной или нескольких операций. В памяти 107 также хранятся данные 109 B, которые будут использоваться с программным приложением. В проиллюстрированном варианте осуществления данные , 109, B содержат данные процесса, которые программное приложение использует для выполнения операций, по меньшей мере, некоторые из которых могут быть параллельными.
Главный компьютер 103 также включает в себя множество процессорных блоков 111 и интерфейсное устройство 113 . Процессорные блоки , 111, могут быть процессорами любого типа, которые могут быть запрограммированы для выполнения программных инструкций 109 A, но обычно это микропроцессорные устройства. Например, один или несколько процессорных блоков 111 могут быть серийно выпускаемым программируемым микропроцессором, таким как микропроцессоры Intel® Pentium® или Xeon ™, микропроцессоры Advanced Micro Devices Athlon ™ или микропроцессоры Motorola 68K / Coldfire®.Альтернативно или дополнительно, один или несколько процессорных модулей , 111, могут быть процессором, изготовленным на заказ, например микропроцессором, предназначенным для оптимального выполнения определенных типов математических операций. Интерфейсное устройство , 113, , процессорные блоки , 111, , память , 107, и устройства ввода / вывода , 105, соединены между собой шиной , 115, .
В некоторых реализациях изобретения главное вычислительное устройство 103 может использовать один или несколько процессоров 111 , имеющих более одного ядра процессора.Соответственно, фиг. 2 иллюстрирует пример многоядерного процессора 111 , который может использоваться с различными вариантами осуществления изобретения. Как видно на этом чертеже, процессорное устройство 111 включает в себя множество процессорных ядер 201 . Каждое ядро процессора 201 включает в себя вычислительную машину 203 и кэш-память , 205, . Как известно специалистам в данной области техники, вычислительная машина содержит логические устройства для выполнения различных вычислительных функций, таких как выборка программных инструкций и последующее выполнение действий, указанных в выбранных инструкциях.Эти действия могут включать, например, сложение, вычитание, умножение и сравнение чисел, выполнение логических операций, таких как AND, OR, NOR и XOR, а также получение данных. Каждый вычислительный механизм , 203, может затем использовать свою соответствующую кэш-память , 205, , чтобы быстро сохранять и извлекать данные и / или инструкции для выполнения.
Каждое ядро процессора 201 подключено к межсоединению 207 . Конкретная конструкция межсоединения , 207, может варьироваться в зависимости от архитектуры процессора 201 .С некоторыми процессорными ядрами 201 , такими как микропроцессор Cell, созданный Sony Corporation, Toshiba Corporation и IBM Corporation, межсоединение 207 может быть реализовано как межсоединительная шина. Однако с другими процессорами 201 , такими как двухъядерные процессоры Opteron ™ и Athlon ™, доступные от Advanced Micro Devices из Саннивейл, Калифорния, межсоединение 207 может быть реализовано как устройство интерфейса системного запроса. В любом случае ядра процессора 201 связываются через межсоединение 207 с интерфейсом ввода / вывода 209 и контроллером памяти 211 .Интерфейс ввода / вывода 209 обеспечивает интерфейс связи между процессорным блоком 201 и шиной 115 . Аналогично, контроллер , 211, памяти управляет обменом информацией между процессорным блоком , 201, и системной памятью , 107, . В некоторых реализациях изобретения процессорные блоки 201 могут включать в себя дополнительные компоненты, такие как кэш-память высокого уровня, доступная совместно с ядрами 201 процессора.
В то время как ФИГ. 2 показывает одну иллюстрацию блока 201 процессора, который может использоваться в некоторых вариантах осуществления изобретения, следует понимать, что эта иллюстрация является только репрезентативной и не предназначена для ограничения. Также следует принимать во внимание, что в некоторых реализациях модуль 111 многоядерного процессора может использоваться вместо нескольких отдельных модулей 111 процессора. Например, вместо использования шести отдельных процессорных модулей 111 , альтернативная реализация изобретения может использовать одиночный процессор 111 , имеющий шесть ядер, два многоядерных процессорных модуля, каждый из которых имеет три ядра, многоядерный процессорный модуль 111 с четырьмя ядрами вместе с двумя отдельными одноядерными процессорами 111 и т. Д.
Возвращаясь к РИС. 1, интерфейсное устройство 113 позволяет главному компьютеру 103 связываться с подчиненными компьютерами 117 A, 117 B, 117 C. . . 117 x через интерфейс связи. Интерфейс связи может быть любого подходящего типа интерфейса, включая, например, обычное проводное сетевое соединение или проводное сетевое соединение с оптическим пропусканием. Интерфейс связи также может быть беспроводным соединением, таким как беспроводное оптическое соединение, радиочастотное соединение, инфракрасное соединение или даже акустическое соединение.Интерфейсное устройство , 113, преобразует данные и сигналы управления от главного компьютера 103 и каждого из подчиненных компьютеров , 117, в сетевые сообщения в соответствии с одним или несколькими протоколами связи, такими как протокол управления передачей (TCP), пользователь протокол дейтаграмм (UDP) и Интернет-протокол (IP). Эти и другие традиционные протоколы связи хорошо известны в данной области техники и поэтому не будут здесь обсуждаться более подробно.
Каждый обслуживающий компьютер 117 может включать в себя память 119 , процессор 121 , интерфейсное устройство 123 и, необязательно, еще одно устройство ввода / вывода 125 , соединенное вместе системной шиной 127 .Как и в случае с главным компьютером 103 , дополнительные устройства ввода / вывода 125 для обслуживающих компьютеров , 117 могут включать в себя любые обычные устройства ввода или вывода, такие как клавиатуры, указывающие устройства, микрофоны, мониторы, динамики и принтеры. . Точно так же процессорные блоки , 121, могут быть любым типом обычного или изготовленного на заказ программируемого процессорного устройства. Например, один или несколько процессорных блоков 121 могут быть коммерчески доступными программируемыми микропроцессорами, такими как микропроцессоры Intel® Pentium® или Xeon ™, микропроцессоры Advanced Micro Devices Athlon ™ или микропроцессоры Motorola 68K / Coldfire®.Альтернативно, один или несколько процессорных блоков , 121, могут быть процессорами, изготовленными на заказ, такими как микропроцессоры, предназначенные для оптимального выполнения определенных типов математических операций. Кроме того, один или несколько процессорных модулей , 121, могут иметь более одного ядра, как описано со ссылкой на фиг. 2 выше. Например, в некоторых реализациях изобретения один или несколько процессорных модулей , 121, могут быть процессором соты. Затем память , 119, может быть реализована с использованием любой комбинации машиночитаемых носителей, описанных выше.Подобно интерфейсному устройству , 113, , интерфейсные устройства , 123, позволяют обслуживающим компьютерам , 117, связываться с главным компьютером , 103, через интерфейс связи.
В проиллюстрированном примере главный компьютер 103 является многопроцессорным модульным компьютером с несколькими процессорами 111 , в то время как каждый обслуживающий компьютер 117 имеет единственный процессор 121 . Однако следует отметить, что альтернативные реализации изобретения могут использовать главный компьютер, имеющий однопроцессорный блок 111 .Кроме того, один или несколько обслуживающих компьютеров , 117, могут иметь несколько процессорных модулей , 121, , в зависимости от их предполагаемого использования, как обсуждалось ранее. Кроме того, хотя только одно интерфейсное устройство 113 или 123 проиллюстрировано как для главного компьютера 103 , так и для обслуживающих компьютеров, следует отметить, что в альтернативных вариантах осуществления изобретения либо компьютер 103 , либо компьютер 103 , один или несколько обслуживающих компьютеров , 117, или их комбинация могут использовать два или более разных интерфейсных устройства , 113, или , 123, для связи по множеству интерфейсов связи.
В различных примерах изобретения главный компьютер , 103, может быть подключен к одному или нескольким внешним устройствам хранения данных. Эти внешние устройства хранения данных могут быть реализованы с использованием любой комбинации машиночитаемых носителей, к которым может получить доступ главный компьютер , 103, . Машиночитаемый носитель может включать в себя, например, устройства памяти микросхем, такие как запоминающее устройство для чтения-записи (RAM), постоянное запоминающее устройство (ROM), электронно стираемое и программируемое постоянное запоминающее устройство (EEPROM) или устройства микросхем флэш-памяти, компакт-диски. ROM-диски, цифровые видеодиски (DVD) или другие оптические запоминающие устройства.Машиночитаемые носители также могут включать в себя магнитные кассеты, магнитные ленты, магнитные диски или другие магнитные запоминающие устройства, перфорированные носители, голографические запоминающие устройства или любые другие носители, которые могут использоваться для хранения желаемой информации. Согласно некоторым реализациям изобретения один или несколько обслуживающих компьютеров , 117, могут альтернативно или дополнительно быть подключены к одному или нескольким внешним устройствам хранения данных. Обычно эти внешние устройства хранения данных будут включать в себя устройства хранения данных, которые также подключены к главному компьютеру 103 , но они также могут отличаться от любых устройств хранения данных, доступных для главного компьютера 103 .
Также следует понимать, что описание компьютерной сети, проиллюстрированной на фиг. 1 и фиг. 2 предоставляется только в качестве примера и не предполагает каких-либо ограничений в отношении объема использования или функциональных возможностей альтернативных вариантов осуществления изобретения.
Контрасты между проектами фотонных и обычных интегральных схем
Как правило, проектирование макета фотонных интегральных схем будет проходить через процесс проверки правил проектирования (DRC), где физическая технологичность проверяется на соответствие набору правил проектирования.Используемый здесь термин «конструкция» предназначен для охвата данных, описывающих все микроустройство, такое как интегральная схема или микроэлектромеханическая система (MEMS), включая одно или несколько устройств на фотонных интегральных схемах. Этот термин также предназначен для охвата меньшей группы данных, описывающих один или несколько компонентов всего микропроцессора, однако, например, слой интегральной схемы или даже часть слоя интегральной схемы. Кроме того, термин «конструкция» также предназначен для охвата данных, описывающих более одного микропроцессора, таких как данные, которые будут использоваться для создания маски или сетки для одновременного формирования нескольких микроустройств на одной пластине.Данные дизайна макета могут быть в любом желаемом формате, таком как, например, формат данных Graphic Data System II (GDSII) или формат данных Open Artwork System Interchange Standard (OASIS), предложенный Semiconductor Equipment and Materials International (SEMI). Другие форматы включают в себя формат с открытым исходным кодом под названием Open Access, Milkyway от Synopsys, Inc. и EDDM от Mentor Graphics, Inc.
После процесса проверки правил проектирования макет фотонной интегральной схемы передается на сопоставление схемы и схемы. (LVS) процесс, чтобы определить, будет ли схема вести себя должным образом; то есть совпадает ли реализация схемы схемы с исходной схемой.Как часть процесса LVS на условной интегральной схеме, процесс проверки электрических правил (ERC) ищет неисправные или опасные электрические соединения. Проверка LVS на фотонных конструкциях должна выполняться с той же целью.
Обычные электронные устройства, такие как транзисторы, извлекаются во время процесса LVS на основе их особенностей компоновки. Например, перекрытие слоя затвора из поликремния и слоя имплантации может быть идентифицировано как экземпляр транзистора. Однако в фотонных системах многие фотонные компоненты построены на едином конструктивном уровне волновода.Соответственно, различные реализации изобретения могут использовать слои распознавания и текстовые метки для распознавания экземпляров фотонных структур.
Различия между обычными интегральными схемами и фотонными интегральными схемами также существуют в определении их соответствующих устройств. Соприкосновение или перекрытие геометрии компоновки обычно означает непрерывный канал сигнала в обычных электрических цепях, но не обязательно в оптических фотонных цепях. Например, для пересечений волноводов (электронно закороченных и оптически открытых) и направленных ответвителей (электронно открытых и оптически закороченных) эти структуры должны распознаваться как устройства фотонной интегральной схемы, чтобы гарантировать, что оптический сигнал будет проходить правильный путь через определенные порты.Фиг. На фиг.3А-3Е показаны схемы расположения хорошо известных устройств на фотонных интегральных схемах: кольцевого резонатора, направленного ответвителя, решетчатого ответвителя, Y-разветвителя и интерферометра Маха-Цендера соответственно.
Помимо этих трудностей в настройке инструмента LVS для распознавания фотонных устройств, извлечение параметров для фотонных устройств также не является простым из-за криволинейной особенности фотонных конструкций. В то время как поведение обычных интегральных схем характеризуется параметрами, которые измеряются на манхэттенских конструктивных геометриях, таких как длина и ширина затвора транзистора, конструкция фотонных компонентов не является манхэттенской, а криволинейные свойства, такие как длина криволинейного пути и кривизна изгиба, являются характерными признаками. компонентов, которые определяют функцию устройства или непрерывность сигнала в тракте межсоединения волноводов.
Например, что касается проверки длины пути, манипуляции с поведением оптических помех позволяют создавать многие важные конструкции фотонных устройств, включая кольцевые резонаторы, интерферометры Маха-Цендера и решетчатые волноводные решетки (AWG). Ключевым параметром для этих устройств является разница в длине пути, которая соответствует длине оптического пути и поэтому должна быть подтверждена. Что касается проверки кривизны изгиба, это важный параметр устройства, например, для сфокусированного решетчатого элемента связи, который широко используется в фотонных интегральных схемах.Кривизна решеток – это конструктивный параметр, определяемый разностью фаз между входной волной из волокна и выходной фокусирующей волной. Кроме того, геометрическая форма изгибов определяет непрерывность сигнала; радиационные потери напрямую связаны с кривизной изгиба. Таким образом, кривизна должна быть проверена, чтобы гарантировать целостность сигнала, что в этом случае аналогично проверке ERC для обычных интегральных схем.
Текущие инструменты EDA поддерживают форматы макетов, такие как GDSII и OASIS, которые описывают многоугольники макета, что означает, что криволинейные формы визуализируются в последовательность прямых краев, приближающих кривую в процессе дискретизации, и исходная информация о кривой теряется.Таким образом, трудность заключается в извлечении криволинейных свойств многоугольников, где кривизна и длина пути четко не определены.
Устройство с фотонной интегральной схемой и извлечение возможности подключения
В методиках анализа согласно различным реализациям изобретения может использоваться коммерчески доступный набор инструментов анализа проектирования компоновки автоматизации электронного проектирования для анализа и проверки фотонной схемы. Пример типа фотонной интегральной схемы, которая может быть проанализирована согласно различным реализациям изобретения, проиллюстрирован на фиг.4. Как видно на этом рисунке, фотонная интегральная схема , 401, включает в себя оптические компоненты, такие как решетчатые ответвители (GC) для доступа к оптическому сигналу из оптических волокон, разветвитель Y-переходов (YJ), кольцевые модуляторы (RM) для оптического сигнала. модуляция, контактные площадки (BP) для доступа к электрическим сигналам и соединения волноводов (WG). Следует отметить, что межсоединение волноводов рассматривается как устройство, поскольку его оптическое соединение необходимо проверять на основе его геометрических параметров.
В соответствии с различными реализациями изобретения реализованная компоновка извлекается и проверяется для размещения устройств и базовой связности с использованием традиционной реализации набора правил.
Затем извлекаются криволинейные свойства фотонных устройств в данных компоновки. Более конкретно, различные реализации изобретения извлекают свойства из кривых компоновки и сравнивают их с эталонными значениями, указанными в исходном списке соединений. Этот поток аналогичен обычному процессу LVS, но дополнительно включает алгоритм измерения и его интеграцию потока.Например, в зависимости от сложности конструкции и требований к точности, различные реализации изобретения могут использовать существующий синтаксис команд для инструмента компоновки по сравнению со схемой для захвата площади многоугольника и значения ширины изогнутой конструкции, как показано на фиг. 6А. Как видно на этом рисунке, длина центрального пути L трассы волновода постоянной ширины может быть вычислена простым делением его площади A на его ширину W.
Различные реализации изобретения могут альтернативно или дополнительно определять радиус кривизны (RoC) с помощью обычного инструмента анализа компоновки и схемы.На круговом изгибе, таком как показанный на фиг. 7A, например, различные реализации изобретения могут определять RoC внешнего контура , 601, , исходя из длины L дуги и длины хорды l, которая получается из захваченной проекции многоугольника на ось x lx и на ось y ly. . Все такие выражения могут быть закодированы в правилах для обычного инструмента анализа компоновки и схемы с использованием встроенных языков, таких как Tcl, и поддерживаются существующими инструментами.
Хотя различные реализации изобретения могут быстро определить длину пути и кривизну структуры устройства на фотонной интегральной схеме с помощью обычного инструмента анализа компоновки и схемы с использованием существующего синтаксиса, ограничение очевидно: оно работает с постоянной шириной и круговой дуги.В зависимости от сложности описанных структур фотонных интегральных схем эти приближения могут удовлетворять определенным проектам. Однако по мере появления более сложных конструкций с разводкой по разной ширине или произвольными изгибами будет желателен более продвинутый подход. Соответственно, различные реализации изобретения могут альтернативно или дополнительно предоставлять утилиту, которая обеспечивает дополнительный доступ к базе данных компоновки для получения вершин многоугольника для измерения.
Например, для вычисления длины различные реализации изобретения могут поочередно или дополнительно суммировать длину линейных сегментов l ₁ -l _i, которая может быть определена путем применения теоремы Пифагора к каждой паре соседних многоугольников. вершины, как показано на фиг.6Б. Суммирование этих линейных сегментов дает общую длину L бокового контура. Такой подход обеспечивает достоверность извлечения длины для конструкций с непостоянной шириной или асимметричной формы.
Аналогичным образом, различные реализации изобретения могут альтернативно или дополнительно использовать альтернативные методы для извлечения свойств RoC из данных проектирования фотонных интегральных схем. Например, некоторые реализации изобретения могут напрямую использовать дискретные данные и оценивать требуемые свойства.Другие реализации могут альтернативно или дополнительно выполнять интерполяцию или параметризацию математических объектов в проектных данных, из которых затем вычисляются свойства кривой. С целью объяснения этих альтернативных реализаций потока будет описана методика подбора соприкасающихся кругов для объяснения первого подхода, а для объяснения последнего будет описана методика сплайн-интерполяции.
Для прямого извлечения дискретного пространства, основанного на определении кривизны кривизны в определенной точке кривой при помощи соприкасающегося круга, различные реализации изобретения будут принимать каждую группу из трех точек (x1, y1), (x2, y2) и ( x3, y3), извлекаемые последовательно, из которых определяется соприкасающийся круг, как показано на фиг.7Б. Пропуская алгоритм по всем точкам кривой, получается значение локальной кривизны каждой точки. Эта локальная кривизна обеспечивает минимальное значение RoC (которое сравнивается с минимальным значением для предотвращения потерь на изгибе) и максимальное значение RoC для сравнения с указанными эталонными значениями.
В случае выделения непрерывного пространства в различных реализациях изобретения может использоваться сплайн для интерполяции из-за его эффективности при численном дифференцировании. В результате интерполяции получается непрерывная кривая, каждый интерполированный сегмент которой задается полиномиальной функцией, на которой легко вычисляются локальная кривизна и длина пути.Подходящий алгоритм интерполяции можно найти, например, в M. Hazewinkel, Ed., Encyclopaedia of Mathematics: обновленный и аннотированный перевод советской «Математической энциклопедии» , Dordrecht; Бостон: Норвелл, Массачусетс, США: Рейдел; Продается и распространяется в США и Канаде издательством Kluwer Academic Publishers, 1988.
Чтобы избежать трудностей извлечения дискретных многоугольников, различные реализации изобретения могут альтернативно или дополнительно реконструировать кривую из исходного списка соединений в качестве эталонного проекта, который затем используется по сравнению с раскладкой нарисованной кривой.Уравнения кривой или коэффициенты параметрической кривой требуются для реконструкции, и, чтобы использовать доступный список соединений SPICE, такая информация обычно будет закодирована в формате, который сильно ограничен. Кроме того, кривые, задаваемые уравнениями, должны явно указывать свою форму функции и параметры. В этих реализациях, однако, сгенерированная форма многоугольника затем записывается в компоновку в качестве эталонного проекта, и кривая компоновки сравнивается с эталоном с использованием геометрических манипуляций, т.е.д., проверка, попадает ли контур кривой разметки в эталонный.
Реализация последовательности операций анализа
Процессы проектирования с использованием различных реализаций изобретения теперь будут объяснены со ссылкой на примерные схемы, основанные на примерном проекте компоновки фотонной интегральной схемы, показанном на фиг. 4 и 5. Маркеры размещаются на изгибах волновода (BWG) и на пути соединения волноводов, который связывает два вывода оптических компонентов (PWG), которые могут понадобиться или не потребоваться в разных потоках.Минимальный и максимальный радиусы кривизны определены среди других свойств в декларации устройства для изгиба волновода; минимальная и максимальная ширина, а также длина пути определены для выводов компонента.
В потоке A, показанном на фиг. 8, существующий основанный на правилах способ реализуется согласно различным вариантам осуществления изобретения с левым подпотоком, который не требует модификации обычного потока LVS. Результаты вычисления кривизны BWG и длины PWG в качестве извлеченных параметров устройства проверяются на соответствие значениям, указанным в исходном списке соединений.
Правый подпоток затем реализуется согласно различным вариантам осуществления изобретения с использованием извлечения свойств на основе координат. Задача извлечения криволинейных параметров перенесена в этап ERC. Это обеспечивается инструментом Calibre® PERC ™ (структура, доступная от Mentor Graphics Corporation из Уилсонвилля, штат Орегон), который представляет собой платформу проверки и анализа надежности для информации о физической структуре и логических списках соединений.
В потоке B, показанном на фиг. 9 выполняется способ сравнения форм.В этом потоке структура PERC также используется для выполнения ссылок на информацию исходного списка соединений и манипулирования ею. Эталонная кривая восстанавливается из типа изгиба, указанного в исходном списке соединений (круговой, синусоидальный), и его соответствующих параметров (радиус в круговом случае и амплитуда, частота в синусоидальном случае). Затем он переводится в координаты и записывается на макет. Наконец, нарисованная кривая компоновки сравнивается с формой опорной кривой.
Для потока B, т.е.е., поток сравнения форм, криволинейные параметры не извлекаются, как в потоке A. Проверка выполняется путем сравнения кривой компоновки с геометрией эталонной кривой. Используя поток PERC, геометрия опорной кривой восстанавливается из исходного списка соединений (или дополнительного файла помимо существующего формата разметки). Следовательно, наряду с модификацией потока и реализацией алгоритма, различные реализации изобретения могут также предоставлять формат хранения информации кривой для хранения выражений кривой (например,грамм. в виде шлицев), для физической проверки. Предлагается в качестве будущей области изучения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Хотя изобретение было описано на конкретных примерах, включая предпочтительные в настоящее время способы реализации изобретения, специалисты в данной области техники поймут, что существуют многочисленные вариации и перестановки вышеописанных систем и методов, которые подпадают под сущность и объем изобретения изложены в прилагаемой формуле изобретения.Например, хотя конкретная терминология использовалась выше для обозначения процессов автоматизации электронного проектирования, следует понимать, что различные примеры изобретения могут быть реализованы с использованием любой желаемой комбинации процессов автоматизации электронного проектирования.
Как работает логический вентиль в микрочипе? Затвор кажется устройством, которое должно открываться и закрываться, но микрочипы выгравированы на кремниевых пластинах, у которых нет движущихся частей. Итак, как ворота открываются и закрываются?
Ларри Виссел, инженер по приложениям ASIC в IBM Microelectronics, отвечает:
«Те из нас, кто разрабатывает логические вентили для компьютеров, редко вспоминают, как вошли в употребление термины, которые мы используем для описания технологий.Видение качающегося назад и вперед затвора явно не соответствует буквально структурам на кремниевом кристалле. Но причину использования термина «вентиль» для компьютерной логики можно понять, исследуя основную функцию шлюза: управление потоком.
«На ферме ворота могут использоваться для управления« потоком »овец или коз между загонами. В этом случае ворота представляют собой физический барьер, положение которого контролируется фермером. Фермер принимает решение о потоке овец или коз. животных, а затем перемещает физический барьер, чтобы обеспечить желаемый поток.
«В компьютере затвор управляет прохождением электрического тока через цепь. Затвор состоит из транзисторов; транзисторы выбираются разработчиком микросхемы из двух основных типов (транзисторы PMOS и NMOS), которые встречаются в широко распространенных CMOS (дополнительных металл-оксидный полупроводник). Ток, протекающий через затвор, устанавливает напряжение в определенной точке цепи. Это напряжение представляет собой один «бит» информации. Напряжение может быть высоким (представляющим значение «1») или низкий (представляющий значение «0»).
«Чтобы установить единицу в цепи, ток направляется в цепь (управляется) путем« включения »транзистора PMOS, подключенного между цепью и положительным напряжением питания. Напряжение питания обычно является стандартным для отрасли значением, например 3,3 или 5,0 В. В течение очень короткого промежутка времени, необходимого для переключения логического элемента (порядка наносекунды или миллиардной доли секунды), ток будет течь через транзистор PMOS от положительного источника питания к цепи. .
«Ток, который заряжает узел схемы до 0, направляется от схемы через другой тип транзистора (NMOS), подключенный между схемой и отрицательным напряжением питания или электрическим заземлением. Опять же, ток будет течь через транзистор NMOS. в течение очень короткого интервала, но для NMOS ток находится между цепью и отрицательным источником питания.В любом случае протекание тока приводит к изменению напряжения в цепи, а напряжение в цепи представляет собой бит информации.Итак, когда вентиль управляет потоком тока, он фактически контролирует поток информации.
«Возвращаясь к аналогии между фермой и компьютерным чипом, очевидно, что поток другой (сельскохозяйственные животные по сравнению с информацией) и что сам затвор другой (физический барьер по сравнению с транзистором в технологии CMOS). Но Наиболее важным отличием является способ управления потоком: на ферме фермер сбрасывает местоположение ворот, принимая решение, а затем перемещая физический барьер.Поток животных через сложный лабиринт ворот потребует участия фермеров у каждых ворот.
«Но в компьютерном чипе механизм управления – это напряжение на управляющем выводе транзистора. Это напряжение включает транзистор, изменяя его характеристики с разомкнутой цепи (положение« выключено ») на такое, которое может проводить небольшой ток.Это управляющее напряжение, в свою очередь, уже доступно внутри микросхемы как напряжение в точке другой цепи.И, будучи напряжением в цепи, этот механизм управления представляет другой бит информации.
“Подавляющая вычислительная мощность логических вентилей проистекает из того факта, что на выходе любого конкретного логического элемента есть напряжение, которое, в свою очередь, может использоваться для управления другим вентилем. Таким образом, компьютерный чип может быть спроектирован так, чтобы принимать сложные решения о потоке информации внутри Эта способность позволяет создавать сложные системы, соединяя до миллиона ворот в одной микросхеме. И все это без участия фермеров и движущихся частей ».
Так Нин из IBM T.Исследовательский центр Дж. Ватсона добавляет некоторые дополнительные сведения:
«Логический вентиль в микрочипе состоит из определенного набора транзисторов. Для современных микрочипов используются транзисторы типа, называемые полевым транзистором металл-оксид-полупроводник (MOSFET), а в качестве полупроводника используется кремний. MOSFET имеет три компонента или области: область истока, область стока и область канала, имеющую затвор над ней.Три области расположены горизонтально рядом друг с другом, с областью канала посередине.
«В устройстве с логическим затвором каждый из полевых МОП-транзисторов работает как переключатель. Переключатель замкнут или полевой МОП-транзистор включен, если электрический ток может легко течь от истока к стоку. Переключатель разомкнут, или МОП-транзистор включен. отключается, если электрический ток не может течь от источника к стоку.
«Области истока и стока полевого МОП-транзистора изготовлены так, чтобы они были заполнены электронами, готовыми к переносу тока. С другой стороны, область канала спроектирована так, чтобы в нормальных условиях не было электронов, что блокирует движение тока.Следовательно, в нормальных условиях полевой МОП-транзистор выключен (или открыт), и ток не может течь от истока к стоку.
«Если на затвор (который находится наверху области канала) приложено положительное напряжение, то электроны, которые имеют отрицательный заряд, будут притягиваться к затвору. Эти электроны собираются в области канала полевого МОП-транзистора. чем больше напряжение на затворе, тем больше концентрация электронов в области канала.Существенная концентрация электронов в канале обеспечивает путь, по которому электроны могут легко перемещаться от истока к стоку.Когда это происходит, полевой МОП-транзистор находится в состоянии «включено» (или «закрыт»), и ток может свободно течь от источника к стоку.
«Таким образом, полевой МОП-транзистор в микрочипе включается путем приложения напряжения к затвору, чтобы привлечь электроны в область канала, и выключается путем приложения напряжения к затвору, чтобы оттолкнуть электроны от области канала.

Главная микросхема компьютера предназначенная для управления работой: Как называется устройство компьютера, предназначенное для выполнения арифметических и

9. Состав и назначение основных элементов компьютера

Устройство компьютера

Материнская плата

Процессор

Постоянное запоминающее устройство

Оперативная память

Видеокарта

Блок питания

Другие важные устройства

Устройство компьютера – Школа 52, Владивосток

Тема “Внутренние устройства ПЭВМ”по дисциплине «Архитектура ЭВМ и Вычислительных систем»

Устройство компьютера Персональный компьютер Иногда говорят персональный

Внутренние и периферийные устройства ПК

15. Оперативная память

19. Видеокарта

22. Жесткий диск

26. Материнская плата

33. Коммуникационные порты.

34. Принтер

44. Сканер

48. Модем

3. Назначение основных блоков компьютера (процессор, память, системная магистраль, внешнее устройство). Информатика и информационные технологии

Похожие главы из других работ:

1.3 УСТРОЙСТВО СОВРЕМЕННОГО КОМПЬЮТЕРА

1. Память персонального компьютера

1. Принтер как внешнее устройство

3.2 Системная магистраль

2. Физические характеристики компонентов ЭВМ. Центральный процессор. Память, объем памяти

2.3. Память компьютера

Интерфейс шины процессор – память: ISA

6. Интерфейс шины процессор – память: ISA

1.1 Системная магистраль ISA

3.5 Выбираем процессор для игрового компьютера

1.2 Память компьютера

1.2 Память компьютера

4. Внешнее запоминающее устройство (ВЗУ)

Физические характеристики компонентов ЭВМ. Центральный процессор. Память, объем памяти.

Физические характеристики компонентов ЭВМ. Центральный процессор. Память, объем памяти

– обзор

Цифровые интегральные схемы

Определение

Резюме

Глоссарий терминов ASIC

Интегральная схема – wikidoc

Введение

Достижения в области интегральных микросхем

Популярность микросхем

Классификация

Производство

Производство

Упаковка

История, происхождение и поколения

Рождение IC

SSI, MSI, LSI

СБИС

ULSI, WSI, SOC, 3D-IC

Прочие разработки

Кремниевое граффити

Основные промышленные и академические данные

Известные ИС

Производителей

Конференции СБИС

Журналы СБИС

Страницы филиала

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

Microelectronics

Патент США для проверки фотонных интегральных схем Патент (Патент № 10,929,590, выдан 23 февраля 2021 г.)

Больше новостей

Добавить комментарий Отменить ответ