Muhammad al-Xorazmiy nomidagi
Toshkent axborot texnalogiyalari universiteti
Qarshi filiali “Kompyuter injiniringi” Fakulteti
KI-11-21S guruh talabasi Qudratov Shavkat
RAQAMLI QURILMALARNI LOYIHALASH
5-MUSTAQIL ISH
Reja;
1.RAQAMLI QURILMALARINI LOYIHALASHTIRISH USULLARI
2.RAQAMLI QURILMALARNI PILATALARGA JOYLASHTIRISH
Zamonaviy axborot va kommunikatsiya texnologiyalari raqamli
mantiqiy qurilmalarni loyihalashtirishni keng qo‘llanishini talab
qiladi. Raqamli mantiqiy qurilmalarni loyihalashtirish fani
dasturi axborot va kommunikatsiya texnologiyalariga uchun
zarur bo‘lgan raqamli mantiqiy qurilmalarni loyihalashtirishni:
mantiqiy elementlar, kombinatsion turdagi funktsional
qurilmalar, ketma-ket turdagi funktsional qurilmalar, xotira
qurilmalar, raqamli mantiqiy qurilmalarni loyihalashni istiqbolli
yo‘nalishlari bo‘yicha boshlang‘ich tushunchalar va ularning
amaliy tatbiqlaridan tashkil topgan.
Birinchi IMSlar 1958 yilda yaratildi. IMSlarning hajmi ixcham,
og‘irligi kam, energiya sarfi kichik, ishonchliligi yuqori bo‘lib,
hozirgi kunda uch konstruktiv texnologik variantlarda
yaratilmoqda: qalin va yupqa pardali, yarimo‘tkazgichli va
gibrid.
1965 yildan buyon mikroelektronikaning rivoji G. Mur
qonuniga muvofiq bormoqda, ya’ni har ikki yilda zamonaviy
IMSlardagi elementlar soni ikkimarta ortmoqda. Hozirgi kunda
elementlar soni 106÷109 ta bo‘lgan o‘ta yuqori (O‘YUIS) va giga
yuqori (GYUIS) IMSlar ishlab chiqarilmoqda.
Raqamli (mantiqiy) elektron qurilmalar turli belgilariga ko‘ra
sinflanishlari mumkin. Ishlash printsipiga ko‘ra barcha MElar ikki
sinfga bo‘linadilar: kombinatsion va ketma-ketli.
Kombinatsion qurilmalar yoki avtomatlar deb, chiqish
signallari kirish o‘zgaruvchilari kombinatsiyasi bilan
belgilanadigan, ikkita vaqt momentiga ega bo‘lgan, xotirasiz
mantiqiy qurilmalarga aytiladi. Kombinatsion qurilmalar HAM-
EMAS, VA-EMAS, YOKI-EMAS va boshqa alohida elementlar
yordamida, yoki o‘rta ISlar, yoki katta va o‘ta katta IS tarkibiga
kiruvchi ISlar ko‘rinishda tayyorlanadi.
Ketma – ketli qurilmalar yoki avtomatlar deb, chiqish
signallari kirish o‘zgaruvchilari kombinatsiyasi bilan
belgilanadigan, hozirgi va oldingi vaqt momentlari uchun, ya’ni
kirish o‘zgaruvchilarining kelish tartibi bilan belgilanadigan,
xotirali mantiqiy qurilmalarga aytiladi. Ketma – ketli
qurilmalarga triggerlar, registrlar, schetchiklar misol bo‘la oladi.
Ikkilik axborotni ifodalash usuliga ko‘ra qurilmalar potentsial
va impuls raqamli qurilmalarga bo‘linadi. Potentsial raqamli
qurilmalarda mantiqiy 0 va mantiqiy 1 qiymatlariga elektr
potentsiallarning umuman bir – biridan farqlanuvchi: yuqori va
past sathlari belgilanadi. Impuls raqamli qurilmalarda mantiqiy
signal qiymatlariga (0 yoki 1) impulslar sxemasi chiqishida
ma’lum davomiylik va amplitudaga ega bo‘lgan impulsning
mavjudligi, ikkinchi holatiga esa – impulsning yo‘qligi to‘g‘ri
keladi.
Raqamli texnikada ikkita holatga ega bo‘lgan, nol va bir yoki
«rost» va «yolg‘on» so‘zlari bilan ifodalanadigan sxemalar
qo‘llaniladi. Biror sonlarni qayta ishlash yoki eslab qolish talab
qilinsa, ular bir va nollarning ma’lum kombinatsiyasi
ko‘rinishida ifodalanadi. U holda raqamli qurilmalar ishini
ta’riflash uchun maxsus matematik apparat lozim bo‘ladi.
Bunday matematik apparat Bul algebrasi yoki Bul mantiqi deb
ataladi. U mashxur matematik Irland olimi D. Bul ishlab
chiqqan.
Mantiq algebrasi «rost» va «yolg‘on» – ko‘rinishdagi ikkita
mantiq bilan ishlaydi. Bu shart «uchinchisi bo‘lishi mumkin
emas» qonuni deb ataladi. Ushbu tushunchalarni ikkilik sanoq
tizimidagi raqamlar bilan bog‘lash uchun «rost» ifodani 1
(mantiqiy bir) belgisi bilan, «yolg‘on» ifodani 0 (mantiqiy nol)
belgisi bilan belgilab olamiz. Ular Bul algebrasi konstantalari
deb ataladi.
Umumiy holda, mantiqiy ifodalar har biri 0 yoki 1 qiymat
oluvchi x1, x2, x3, …xn mantiqiy o‘zgaruvchilar
(argumentlar)ning funktsiyasi hisoblanadi. Agar mantiqiy
o‘zgaruvchilar soni n bo‘lsa, u holda 0 va 1lar yordamida 2n ta
kombinatsiya hosil qilish mumkin. Masalan, n=1 bo‘lsa: x=0 va
x=1; n=2 bo‘lsa: x1x2=00,01,10,11 bo‘ladi. Har bir
o‘zgaruvchilar majmui uchun
u 0 yoki 1 qiymat olishi mumkin. Shuning uchun n ta
o‘zgaruvchini 22n ta turli mantiqiy funktsiyalarga o‘zgartirish
mumkin, masalan, n=2 bo‘lsa 16, n=3 bo‘lsa 256, n=4 bo‘lsa
65536 funktsiya.
n o‘zgaruvchining ruxsat etilgan barcha mantiqiy
funktsiyalarini uchta asosiy amal yordamida hosil qilish
mumkin:
-
Mantiqiy inkor (inversiya, EMAS amali), mos o‘zgaruvchi
ustiga «–»belgi qo‘yish bilan amalga oshiriladi;
-
Mantiqiy qo‘shish (diz’yunktsiya, YOKI amali), «+» belgi
qo‘yish bilanamalga oshiriladi;
-
Mantiqiy ko‘paytirish(kon’yunktsiya, HAM amali), «·» belgi
qo‘yishbilan amalga oshiriladi.
Ifodalar ekvivalentligini ifodalash uchun «=» belgisi qo‘yiladi.
Mantiqiy funktsiyalar va amallar turli ifodalanish
shakllariga ega bo‘lishlari mumkin: algebraik, jadval, so‘z bilan
va shartli grafik (sxemalarda). Mantiqiy funktsiyalarni berish
uchun mumkin bo‘lgan argumentlar majmuidan talab
qilinayotgan mantiqiy funktsiya qiymatini berish yetarli.
Funktsiya qiymatlarini ifodalovchi jadval haqiqiylik jadvali deb
ataladi. Ikki o‘zgaruvchi uchun to‘liq mantiqiy funktsiyalar
majmui keltirilgan.
Raqamli mantiqiy qurilmalarni loyhalashni istiqbolli
Turli maqsadlarga xizmat qiluvchi zamonaviy elektron
qurilmalarda yuzaga montaj qilish uchun Surface Mounting
Details (SMD) komponentalar qo‘llaniladi.Bu texnologiya qator
afzalliklarga ega bo‘lib:
-
Mahsulotlarni avtomatik usulda yig‘ish, yig‘malarning
yuqori sifatliligini va ishonchliligini ta’minlaydi;
-
Yig‘ish jarayoniga ketadigan vaqtni kamaytirish imkonini
beradi.
SMD texnologiyasi tufayli bosma platalar o‘lchamlari va mos
ravishda ularni tayyorlash narhi 1,5-3 marta kamaydi. Bu SMD
komponentalar narhining pastligi bilan birgalikda mahsulot
tannarhining arzonlashuviga olib keldi. Ishlab chiqaruvchilarda
montajning boshqa usullari bilan o‘rnatilishi murakkab bo‘lgan
ixtiyoriy kelishilgan o‘lchamlardagi (eng kichik o‘lchamlar bilan
birgalikda kichik qadamlarni e’tiborga olgan holda)
komponentlardan foydalanish imkoniyati paydo bo‘ldi. Qutbli
elementlarni noto‘g‘ri o‘rnatilishi va yanglish nominaldagi
komponentalar o‘rnatilishi bilan bog‘liq muammo mutlaqo
yo‘qoldi.
SMD – komponentalar bosma platalar yo‘lakchalariga
to‘g‘ridan – to‘g‘ri kavsharlanadi.
Yuzaga montaj qilish texnologiyasida tayyorlangan
Texnologik jarayonning moslashtiriluvchanligi va ishlab
chiqarish liniyasini boshqa mahsulot ishlab chiqarishga qayta
qurish tezligining kattaligi, xatto kam miqdordagi platalarni
liniyalarda yig‘ishni maqsadga muvofiq qilib qo‘ydi.
Past temperaturali keramika texnologiyasi Low Temperature
Co-firedCeramics (LTCC) hozirgi kunda tez rivojlanmoqda va
turli sohalardafoydalanish uchun, masalan, past va o‘rta
integratsiya darajasidagi yuqori va o‘ta yuqori chastotalarda
ishlovchi mikrosxemalarda qo‘llanilmoqda. Nisbatan past
chastotali sohada LTCC asosda GSM, CDMA, TDMA va
Bluetooth qo‘llanishlar uchun qurilmalar tayyorlanmoqda,
millimetrli to‘lqin sohasida esa MMDS va LMDS qo‘llanishlar
keng tarqalmoqda. Ushbu texnologiya elektron sanoat sohasida
elektron qurilmalarni tijorat va harbiylar uchun ommaviy ishlab
chiqarishda arzon yechimni ta’minlamoqda.
Mikroelektronika o‘zining yarim asrlik tarixi davomida IMSlar
elementlari o‘lchamlarini kamaytirish yo‘lida Mur qonuniga
muvofiq rivojlanmoqda.1999 yilda mikroelektronika texnologik
ajratishning 100 nmlidovonini yengib nanoelektronikaga
aylandi.Hozirgi vaqtda 45 nmli texnologik jarayon keng
tarqalgan.Bu jarayon optik litografiyaga asoslanishini aytib
o‘tamiz.
Mikroelektron qurilmalar (IMSlar) yaratishning ananaviy,
planar jarayon kabi, usullari yaqin 10 yillik ichida iqtisodiy,
texnologik va intellektual chegaraga kelib qolishi mumkin,
bunda qurilmalar o‘lchamlarini kamaytirish va ularni tuzilish
murakkabligining oshishi bilan harajatlarning eksponentsial
oshishi kuzatiladi. Muammoni nanotexnologiyalar usullarini
qo‘llagan holda yangi sifat darajasida yechishga to‘g‘ri keladi.
MDYA tranzistorlarda zatvorosti dielektrigi ananaviy ra-vishda
SiO2 ishlatiladi, 45nm o‘lchamli texnologiyaga o‘tilganda
dielektrik qalinligi 1nmdan kichik bo‘ladi. Bunda zatvor osti
orqali sizilish toki ortadi.Kristalning 1sm2 yuzasida energiya
ajralish 1kVtga yetadi. Yupqa dielektrik orqali tok oqish
muammosi SiO2ni dielektrik singdiruvchanlik koeffitsienti ε
katta boshqa dielektriklarga, masalan ε ~20÷25 bo‘lgan gafniy
yoki tsirkoniy oksidlariga almashtirish yo‘li bilan xal etiladi.
Kelgusida tranzistor kanali uzunligi 5 nmgacha
kamaytirilganda, tranzistordagi kvant hodisalar uning
xarakteristikalariga katta ta’sir ko‘rsata boshlaydi va xususan,
stok – istok orasidagi tunnellashuv toki 1 sm2 yuzada
ajraladigan energiyani 1 kVt ga yetkazadi.Planar
texnologiyaning zamonaviy protsessorlar, xotira qurilmalari va
boshqa raqamli IMSlar hosil qilishdagi yutuqlari o‘lchamlari
90nm, 45nm va hatto 28nmni tashkil etuvchi IMSlar ishchi
elementlarini hosil qilish imkonini yaratganligi bugungi kunda
ko‘pchilik tadqiqotchilar tomonidan nanotexnologiyalarning
qo‘llanilish natijasidek qaralmoqdaligini aytib o‘tamiz. Bu
mavjud ISO/TK 229 nuqtai nazaridan to‘g‘ri. Lekin planar
jarayon bi-rinchi IMSlar paydo bo‘lishi bilan, o‘tgan asrning 60-
yillarida hech qanday nanotexnologiyalar mavjud bo‘lmagan
vaqtda paydo bo‘ldi va shundan beri printsipial o‘zgargani yo‘q.
1999-yildan boshlab fazoviy koordinatalarning biri bo‘ylab
tranzistorning o‘lchami bir necha o‘n nmga (1 nm=10-9m)
kamaydi, ya’ni mikroelektronika o‘rniga nanoelektronika keldi.
Ta’riflar-ning bittasiga muvofiq nanoelektronika o‘lchamlari
0,1÷100 nm gacha bo‘lgan yarimo‘tkazgich tuzilmalar
elektronikasidir.
Yarimo‘tkazgich IMSlar analog mikroelektron apparatlar
hisoblash texnikasi tizimlari va qurilmalarining element bazasini
tashkil etadi. Mikroelektronika rivojining asosiy tendentsiyasi
integratsiya darajasini Mur qonuniga muvofiq orttirishdan
iborat.Integratsiya darajasini oshirishning bitta yo‘li tranzistor
tuzilmalarning o‘lchamlarini kichiklashtirishdan iborat.
| 