Raqamli qurilmalarni loyihalashga kirish
Mustaqil ish
TT 11-20 S
Ravshanov Javohir
Reja:
1. Raqamli integral sxemalarning rusumlash va belgilash tizimlari.
Takrorlagich va buferlar
2. Kod komporatorlari, turlari ishlash tamoili va tadbiqi
3. Sinxron sanoq qurilmalari, tarkibi ko’rsatgichlari hamda tarkibi
4. Asinxron sanoq qurilmalari tarkibi va ko’rsatgichlari
Javoblar:
1.
Integral mikrosxemalar texnologik yutuqlar bilan amaliylashtirildi metall-oksid-kremniy (MOS)
yarimo'tkazgich moslamasini ishlab chiqarish. 1960-yillarda paydo bo'lganidan beri mikrosxemalar
hajmi, tezligi va hajmi bir xil o'lchamdagi chiplarga tobora ko'proq MOS tranzistorlarini sig'diradigan
texnik yutuqlar tufayli juda o'sib bordi - zamonaviy chip ko'plab milliardlab MOS tranzistorlariga ega
bo'lishi mumkin. odam tirnoqining kattaligi. Taxminan quyidagi yutuqlar Mur qonuni, bugungi kunda
kompyuter chiplari 1970-yillarning boshlaridagi kompyuter chiplari hajmidan millionlab marta va
tezligidan minglab baravar ko'p bo'lishini ta'minlash.
IClar ikkita asosiy afzalliklarga ega diskret davrlar: xarajat va ishlash. Narxlari past, chunki
mikrosxemalar barcha komponentlari bilan birlik sifatida chop etiladi fotolitografiya bir vaqtning o'zida
bitta tranzistor qurishdan ko'ra. Bundan tashqari, qadoqlangan IClar diskret davrlarga qaraganda ancha
kam materialdan foydalanadi. Ishlash darajasi yuqori, chunki IC tarkibiy qismlari tez o'zgaradi va kichik
o'lchamlari va yaqinligi sababli nisbatan kam quvvat sarflaydi. IClarning asosiy kamchiliklari ularni
loyihalash uchun yuqori xarajatdir va uydirma talab qilinadi fotomasklar. Ushbu yuqori boshlang'ich narx
IClar faqat qachon tijorat maqsadlarida foydalanish mumkinligini anglatadi yuqori ishlab chiqarish hajmi
kutilmoqda. Bir nechta komponentlarni bitta qurilmada (zamonaviy IClar singari) birlashtirishga dastlabki
urinish bu edi Loewe 3NF 1920-yillardan vakuum trubkasi. IClardan farqli o'laroq, u maqsadga muvofiq
ishlab chiqilgan soliqlardan qochish, Germaniyada bo'lgani kabi, radio qabul qiluvchilarda ham radio
qabul qilgichning qancha trubka egasiga ega bo'lishiga qarab olinadigan soliq bor edi. Bu radio qabul
qiluvchilarning bitta trubka ushlagichiga ega bo'lishiga imkon berdi.
Integral mikrosxemaning dastlabki tushunchalari 1949 yilda, nemis muhandisi Verner Jakobidan
boshlanadi[4] (Siemens AG)[5] integral mikrosxemaga o'xshash yarimo'tkazgichli kuchaytiruvchi
qurilmaga patent topshirdi[6] beshta ko'rsatmoqda tranzistorlar uch bosqichda umumiy substratda
kuchaytirgich tartibga solish. Jakobi kichik va arzon narxlarni oshkor qildi eshitish vositalari uning
patentiga xos sanoat talabnomalari sifatida. Uning patentidan darhol tijorat maqsadlarida foydalanish
to'g'risida xabar berilmagan.
Ushbu kontseptsiyaning yana bir dastlabki tarafdori edi Jefri Dammer (1909–2002), uchun ishlaydigan
radar olimi Qirollik radiolokatsiya tizimi inglizlarning Mudofaa vazirligi. Dummer ushbu g'oyani
jamoatchilikka Sifatdagi elektron komponentlarning rivojlanishi bo'yicha simpoziumda taqdim etdi
Vashington, Kolumbiya 1952 yil 7-mayda.[7] U o'zining g'oyalarini targ'ib qilish uchun ko'plab
simpoziumlarni berdi va 1956 yilda bunday sxemani qurishga muvaffaq bo'lmagan. 1953-1957 yillarda
Sidni Darlington va Yasuro Tarui (Elektrotexnika laboratoriyasi) bir nechta tranzistorlar umumiy faol
maydonni baham ko'rishi mumkin bo'lgan o'xshash chip dizaynlarini taklif qildi, ammo yo'q edi elektr
izolyatsiyasi ularni bir-biridan ajratish. Monolitik integral mikrosxemasi yoqilgan Mohamed M. Atalla"s
sirt passivatsiyasi elektr stabillashadigan jarayon kremniy orqali yuzalar termal oksidlanish, buni amalga
oshirish uydirma kremniydan foydalangan holda yaxlit integral mikrosxemalar. Bu uchun asos bo'ldi
tekislik jarayonitomonidan ishlab chiqilgan Jan Xerni da Fairchild Semiconductor 1959 yil boshida, bu
monolitik integral mikrosxemaning ixtirosi uchun juda muhim edi.[8][9][10] Monolitik ICning asosiy
tushunchasi bu printsipdir p – n tutashuv izolyatsiyasi, bu har bir tranzistorning bir xil kremniy qismiga
qaramasdan mustaqil ishlashiga imkon beradi. Atallaning sirt passivatsiyasi jarayoni izolyatsiya qilingan
diodlar va tranzistorlar,[11] tomonidan bitta silikon parchasida mustaqil tranzistorlarga uzatilgan Kurt
Lexovec da Sprague Electric 1959 yilda,[12] va keyin mustaqil ravishda Robert Noys o'sha yili
Fairchildda.
Dizayn Narxi loyihalash va murakkab integral mikrosxemani ishlab chiqish juda yuqori, odatda bir necha
o'n million dollar.[63][64] Shuning uchun, ishlab chiqarish hajmi yuqori bo'lgan integral mikrosxemalar
mahsulotlarini ishlab chiqarish faqat iqtisodiy ma'noga ega, shuning uchun takrorlanmaydigan
muhandislik (NRE) xarajatlar odatda millionlab ishlab chiqarish birliklariga tarqaladi.
Zamonaviy yarimo'tkazgich mikrosxemalari milliardlab tarkibiy qismlarga ega bo'lib, ularni qo'lda
loyihalash uchun juda murakkab. Dizaynerga yordam beradigan dasturiy vositalar juda muhimdir.
Elektron dizaynni avtomatlashtirish (EDA), shuningdek, elektron deb nomlanadi Kompyuter yordamida
loyihalash (ECAD),[65] toifasi dasturiy vositalar loyihalash uchun elektron tizimlarshu jumladan integral
mikrosxemalar. Asboblar a da birgalikda ishlaydi dizayn oqimi muhandislar butun yarimo'tkazgich
chiplarini loyihalash va tahlil qilish uchun foydalanadilar. 1980-yillarda, dasturlashtiriladigan mantiqiy
qurilmalar ishlab chiqilgan. Ushbu qurilmalar integral mikrosxemalar ishlab chiqaruvchisi tomonidan
o'rnatilmasdan, mantiqiy funktsiyasi va ulanishi foydalanuvchi tomonidan dasturlashtirilishi mumkin
bo'lgan sxemalarni o'z ichiga oladi. Bu kabi bir xil LSI tipidagi funktsiyalarni amalga oshirish uchun bitta
chipni dasturlash imkonini beradi mantiq eshiklari, qo'shimchalar va registrlar. Dasturlash imkoniyati
kamida to'rtta shaklga ega - ular bo'lishi mumkin bo'lgan qurilmalar faqat bir marta dasturlashtirilgan,
o'chirilishi va keyin qayta dasturlashtirilishi mumkin bo'lgan qurilmalar ultrabinafsha nurlaridan
foydalanish, yordamida dasturlash mumkin bo'lgan qurilmalar (qayta) flesh xotirava maydonda
dasturlashtiriladigan darvoza massivlari Istalgan vaqtda, shu jumladan ish paytida dasturlash mumkin
bo'lgan (FPGA). Amaldagi FPGA'lar (2016 yil holatiga ko'ra) millionlab eshiklarning ekvivalentini
amalga oshirishi va ishlashi mumkin chastotalar 1 ga qadar Gigagertsli.[70]
Kabi analog IClar sensorlar, quvvatni boshqarish davrlariva operatsion kuchaytirgichlar (op-amps), ishlov
berish orqali ishlash uzluksiz signallar. Kabi analog funktsiyalarni bajaradilar kuchaytirish, faol filtrlash,
demodulatsiyava aralashtirish. Analog IClar noldan qiyin analog zanjirni loyihalashtirish va / yoki qurish
o'rniga mutaxassislar tomonidan ishlab chiqilgan analog zanjirlarga ega bo'lishlari bilan elektron
dizaynerlarning yukini engillashtiradi.
Kabi funktsiyalarni yaratish uchun IClar analog va raqamli davrlarni bitta chipda birlashtirishi mumkin
analog-raqamli konvertorlar va raqamli-analogli konvertorlar. Bunday aralash signalli sxemalar kichik
o'lchamlarni va arzonroq narxlarni taklif qiladi, ammo signal aralashuvini diqqat bilan hisobga olish
kerak. 1990-yillarning oxiriga qadar, radiolar bir xil arzon narxda to'qib bo'lmaydi CMOS jarayonlar
mikroprotsessor sifatida. Ammo 1998 yildan buyon ko'plab radiochipslar ishlab chiqilgan RF CMOS
jarayonlar. Bunga Intel kompaniyalarini misol keltirish mumkin DECT simsiz telefon yoki 802.11 (Wi-fi)
tomonidan yaratilgan chiplar Ateros va boshqa kompaniyalarIntegral mikrosxemalar har biri
fotolitografiya bilan aniqlangan va odatda har xil ranglarda ko'rsatilgan bir-birining ustiga chiqadigan
ko'plab qatlamlardan tashkil topgan. Ba'zi qatlamlar har xil dopantlarning substratga tarqalishini
belgilaydi (diffuzion qatlamlar deb ataladi), ba'zilari qo'shimcha ionlar implantatsiya qilinadigan joyni
(implantatsiya qatlamlari), ba'zilari o'tkazgichlarni (dopinglangan polisilikon yoki metall qatlamlar),
boshqalari o'tkazuvchi qatlamlar orasidagi bog'lanishni belgilaydi. (qatlamlar orqali yoki aloqa qilish).
Barcha komponentlar ushbu qatlamlarning o'ziga xos birikmasidan qurilgan.
O'z-o'zidan moslashtirilgan holda CMOS jarayon, a tranzistor darvoza qatlami (polisilikon yoki metall)
diffuziya qatlamini kesib o'tgan joyda hosil bo'ladi.
Imkoniyatli tuzilmalar, shaklida juda o'xshash parallel o'tkazgich plitalari an'anaviy elektr kondansatör,
"plitalar" maydoniga qarab, plitalar orasidagi izolyatsion material bilan hosil bo'ladi. IClarda keng
ko'lamdagi kondansatörler keng tarqalgan.
Ba'zan chipdagi hosil qilish uchun turli uzunlikdagi chiziqlar ishlatiladi rezistorlareng ko'p bo'lsa ham
mantiqiy davrlar har qanday qarshilikka muhtoj emasmiz. Qarshilikka chidamliligi bilan birlashtirilgan
rezistiv strukturaning uzunligini uning kengligiga nisbati qarshilikni aniqlaydi.
Kamdan-kam hollarda, induktiv tuzilmalar ularni mikrosxemalar kabi o'ralgan yoki simulyatsiya qilingan
holda qurish mumkin gyratorlar.
CMOS qurilmasi faqat oqimni tortib olganligi sababli o'tish o'rtasida mantiq davlatlar, CMOS qurilmalari
nisbatan kamroq oqim sarflaydi bipolyar o'tish transistorlari qurilmalar. A tezkor xotira integral
mikrosxemaning eng muntazam turi; eng yuqori zichlikdagi qurilmalar shu tariqa xotiralar; lekin hatto a
mikroprotsessor chipda xotira bo'ladi. (Birinchi rasmning pastki qismidagi muntazam massiv tuzilishini
ko'ring.[qaysi?]) Garchi konstruktsiyalar murakkab bo'lsa ham - kengliklari o'nlab yillar davomida
qisqarib bormoqda - qurilma kengliklariga qaraganda qatlamlar juda nozik bo'lib qolmoqda. Materiallar
qatlamlari yorug'lik bo'lishiga qaramay fotografik jarayonga o'xshab to'qilgan to'lqinlar ichida
ko'rinadigan spektr material qatlamini "ochish" uchun ishlatib bo'lmaydi, chunki ular xususiyatlar uchun
juda katta bo'ladi. Shunday qilib fotonlar yuqori chastotalar (odatda ultrabinafsha) har bir qatlam uchun
naqshlarni yaratish uchun ishlatiladi. Har bir xususiyat juda kichik bo'lgani uchun, elektron mikroskoplar
a uchun muhim vositalar jarayon bo'lishi mumkin bo'lgan muhandis disk raskadrovka uydirma jarayoni.
Har bir qurilma qadoqlashdan oldin avtomatlashtirilgan sinov uskunalari (ATE) yordamida sinovdan
o'tkaziladi gofret sinoviyoki gofretni tekshirish. Keyin gofret to'rtburchaklar bloklarga bo'linib, ularning
har biri a deb nomlanadi o'lmoq. Har bir yaxshi o'lim (ko'plik) zar, o'ladi, yoki o'lmoq) yordamida
paketga ulanadi alyuminiy (yoki oltin) bog'lovchi simlar qaysiki termoson bilan bog'langan[73] ga
prokladkalar, odatda o'limning chekkasida joylashgan. Termosonik bog'lanish birinchi bo'lib tashqi dunyo
bilan ushbu muhim elektr aloqalarini shakllantirishning ishonchli vositasini taqdim etgan A.Kukulalar
tomonidan kiritilgan. Paketdan so'ng, qurilmalar gofretni tekshirish paytida ishlatiladigan bir xil yoki
o'xshash ATE-da yakuniy sinovdan o'tadi. Sanoat tomografiyasini skanerlash ham ishlatilishi mumkin.
Sinov narxi arzonroq mahsulotlarni ishlab chiqarish narxining 25% dan ortig'ini tashkil qilishi mumkin,
ammo kam rentabellikga ega, katta va yuqori narxlardagi qurilmalarda ahamiyatsiz bo'lishi mumkin.
Integral mikrosxemaning har bir qatlamini suratga olish va tayyorlash orqali nusxalash imkoniyati
fotomasklar olingan fotosuratlar asosida uni ishlab chiqarish uchun maketlarni loyihalashni muhofaza
qilish to'g'risidagi qonun hujjatlarini kiritish uchun sababdir. The 1984 yil yarimo'tkazgich chiplarini
himoya qilish to'g'risidagi qonun integral mikrosxemalarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan
fotomasklar uchun intellektual mulkni himoya qilish.[80]
Vashington shahrida 1989 yilda diplomatik konferentsiya bo'lib o'tdi, unda integral mikrosxemalarga
nisbatan intellektual mulk to'g'risidagi Shartnoma qabul qilindi.[81] (IPIC shartnomasi).
Vashington shartnomasi yoki IPIC shartnomasi (1989 yil 26 mayda Vashingtonda imzolangan) deb
nomlangan integral mikrosxemalarga nisbatan intellektual mulk to'g'risidagi shartnoma hozirda amalda
emas, ammo qisman TRIPS kelishuv.[82]
Bir qator mamlakatlarda, shu jumladan Yaponiyada IC layout dizaynini himoya qiluvchi milliy qonunlar
qabul qilingan,[83] The EC,[84] Buyuk Britaniya, Avstraliya va Koreya. Buyuk Britaniya mualliflik
huquqi, dizayn va patent to'g'risidagi qonunni qabul qildi, 1988 yil, v. 48, § 213, dastlab mualliflik huquqi
to'g'risidagi qonun chip topografiyalarini to'liq himoya qiladi degan pozitsiyani olganidan keyin. Qarang
British Leyland Motor Corp. Armstrong Patents Co. AQSh chip ishlab chiqarishi tomonidan qabul
qilingan Buyuk Britaniyaning mualliflik huquqi yondashuvining nomuvofiqligi haqidagi tanqidlar
chiplarga oid keyingi ishlanmalarda bayon etilgan.[85]
Avstraliya 1989 yilda "O'chirish tartibi to'g'risidagi qonun" ni a sui generis chiplardan himoya qilish
shakli. Koreya o'tgan Yarimo'tkazgichli integral mikrosxemalarni loyihalashtirishga oid dalolatnoma.
Oddiy integral mikrosxemalarning dastlabki kunlarida texnologiyaning keng ko'lami har bir chipni faqat
bir nechtasi bilan cheklab qo'ydi tranzistorlarva past darajadagi integratsiya dizayni jarayoni nisbatan
sodda ekanligini anglatardi. Ishlab chiqarish samaradorligi bugungi kun me'yorlari bo'yicha ham ancha
past edi. Sifatida metall-oksid-yarim o'tkazgich (MOS) texnologiyasi rivojlanib, millionlab, so'ngra
milliardlab MOS tranzistorlari bitta chipga joylashtirilishi mumkin,[87] va yaxshi dizaynlar puxta
rejalashtirishni talab qilib, maydonni keltirib chiqardi elektron dizaynni avtomatlashtirishyoki EDA.
Kichik miqyosdagi integratsiya (SSI)
Birinchi integral mikrosxemalarda faqat bir nechta tranzistorlar mavjud edi. O'nlab tranzistorlarni o'z
ichiga olgan dastlabki raqamli davrlar bir nechta mantiqiy eshiklarni va Plessey SL201 yoki Flibs
TAA320 ikkita tranzistorga ega edi. O'shandan beri integral mikrosxemadagi tranzistorlar soni keskin
oshdi. "Katta miqyosli integratsiya" (LSI) atamasi birinchi marta tomonidan ishlatilgan IBM olim Rolf
Landauer nazariy kontseptsiyani tavsiflashda;[90] bu atama "kichik miqyosli integratsiya" (SSI), "o'rta
miqyosdagi integratsiya" (MSI), "juda katta miqyosdagi integratsiya" (VLSI) va "o'ta katta ko'lamli
integratsiya" (ULSI) atamalarini keltirib chiqardi. ). Dastlabki integral mikrosxemalar SSI edi.
SSI davrlari erta uchun juda muhim edi aerokosmik loyihalar va aerokosmik loyihalar texnologiyani
rivojlantirishga yordam berdi. Ikkalasi ham Minuteman raketasi va Apollon dasturi ularning inertial
rahbarlik tizimlari uchun engil raqamli kompyuterlar kerak edi. Garchi Apollon qo'llanmasi etakchi va
g'ayratli integral mikrosxemalar texnologiyasi,[91] uni ommaviy ishlab chiqarishga majbur qilgan
Minuteman raketasi edi. Minuteman raketa dasturi va boshqalar Amerika Qo'shma Shtatlari dengiz
kuchlari dasturlar 1962 yilda jami 4 million dollarlik integral mikrosxemalar bozorini tashkil etdi va 1968
yilga kelib AQSh hukumati tomonidan sarflangan xarajatlar bo'sh joy va mudofaa hali ham 312 million
dollarlik umumiy ishlab chiqarishning 37 foizini tashkil etdi.
AQSh hukumati tomonidan talab yangi tashkil etilayotgan integral mikrosxemalar bozorini qo'llab-
quvvatladi, chunki xarajatlar IC firmalariga kirib borish uchun etarli darajada pasayguncha sanoat bozor
va oxir-oqibat iste'molchi bozor. Integral sxemaning o'rtacha narxi 1962 yildagi 50,00 dollardan 1968
yilda 2,33 dollarga tushdi.[92] Integratsiyalashgan sxemalar paydo bo'la boshladi iste'mol mahsulotlari
1970 yillarning boshiga kelib. Odatiy dastur edi FM televidenie qabul qiluvchilarida tashuvchilararo
ovozni qayta ishlash. O'rta miqyosdagi integratsiya (MSI)Integral mikrosxemalarni ishlab chiqishning
navbatdagi bosqichida har bir mikrosxemada yuzlab tranzistorlar joylashgan "o'rta miqyosli integratsiya"
(MSI) deb nomlangan qurilmalar paydo bo'ldi.
MOSFET miqyosi texnologiya yuqori zichlikdagi chiplarni yaratishga imkon berdi.[31] 1964 yilga kelib
MOS chiplari yuqori darajaga ko'tarildi tranzistor zichligi va ishlab chiqarish xarajatlari nisbatan past ikki
qutbli chiplar.[39]
1964 yilda, Frank Uanlass bitta chipli 16 bitli namoyish qildi smenali registr u keyinchalik 120 ni
yaratgan MOS tranzistorlari bitta chipda.[93][94] Xuddi shu yili, Umumiy mikroelektronika birinchi
reklama rolikini taqdim etdi MOS integral mikrosxemasi 120 dan iborat chip p-kanal MOS
tranzistorlar.[38] Bu 20-bit edi smenali registr, Robert Norman tomonidan ishlab chiqilgan[37] va Frank
Uanlass.[95] MOS chiplari murakkablikda oldindan taxmin qilingan darajada oshdi Mur qonuni, yuzlab
chiplarga olib keladi MOSFETlar 1960-yillarning oxiriga kelib chipdaKeng miqyosli integratsiya (LSI)
Xuddi shu MOSFET masshtablash texnologiyasi va iqtisodiy omillar asosida olib borilgan keyingi
rivojlanish, 1970-yillarning o'rtalariga kelib "keng miqyosli integratsiya" ga (LSI) olib keldi va har bir
chip uchun o'n minglab tranzistorlar to'g'ri keldi.[96]
SSI, MSI va LSI va VLSI qurilmalarini qayta ishlash va ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan maskalar
(masalan, 1970-yillarning boshlaridagi mikroprotsessorlar) asosan qo'lda yaratilgan, ko'pincha
Rubilitlenta yoki shunga o'xshash narsalar.[97] Katta yoki murakkab IC uchun (masalan xotiralar yoki
protsessorlar), bu ko'pincha muhandislar guruhi nazorati ostida joylashtirilgan elektron sxemani
boshqaradigan maxsus yollangan mutaxassislar tomonidan amalga oshirilgan, ular shuningdek, elektron
dizaynerlar bilan birgalikda tekshirishadi va to'g'riligini va to'liqligini tekshiring har bir niqob.
1970-yillarning boshlarida o'rtacha miqdorda ishlab chiqarila boshlangan 1K-bitli operativ xotira,
kalkulyator chiplari va birinchi mikroprotsessorlar kabi integral mikrosxemalar 4000 dan kam
tranzistorga ega edi. Kompyuterning asosiy xotiralari va ikkinchi avlod mikroprotsessorlari uchun 10 000
tranzistorga yaqinlashadigan haqiqiy LSI sxemalari 1974 yil atrofida ishlab chiqarila boshlandi.
Kabi ba'zi SSI va MSI chiplari alohida tranzistorlar, hanuzgacha eski uskunalarni saqlash va faqat bir
nechta eshiklarni talab qiladigan yangi qurilmalarni qurish uchun ommaviy ravishda ishlab
chiqarilmoqda. The 7400 seriyali ning TTL masalan, chiplar a ga aylandi amalda standart va ishlab
chiqarishda qolmoqda. Ushbu zichlikni oshirish uchun bir nechta rivojlanish kerak edi. Ishlab
chiqaruvchilar kichikroqqa o'tdilar.
| 