Микросхемы для компьютеров

Пожалуй, самым значительным событием за последние 65 лет было то, что главным продуктом общественной деятельности стала информация. Движущей силой такого явления послужило развитие электронной технологии, в частности создание интегральных схем, формируемых на одном кристалле кремния. То есть, на одном кристалле стало возможным, благодаря специальным технологиям расположить любой электрический прибор: лампу, транзистор и т.п. – произошла миниатюризация электрических приборов и схем. Вместе с тем число компонентов на кристалле непрерывно увеличивалось: так, на протяжении 60-х годов это число ежегодно удваивалось. Примерно к 1972 г. все свободное пространство кристалла, которое можно было занять дополнительными компонентами, оказалось заполненным, и рост плотности несколько замедлился. Тем не менее, согласно наиболее оптимистичным прогнозам, гигауровень интеграции, при котором на кристалле размещается миллиард компонентов, будет достигнут в ближайшие годы (если уже не достигнут! По крайней мере, в опытных образцах).

Таблица 1. Примеры центральных микропроцессоров

Обозначение	Число транзисторов на кристалле	Разрядность шины данных	Тактовая частота, МГц	Адресуемая память9
i8008	3 500	8	0,8	16 Кбайт
i8080	6 000	8	2	64 Кбайт
i8086	29 000	16	4; 8; 10	1 Мбайт
i80286	134 000	16	8; 12; 16	16 Мбайт
i80386DX	275 000	32	20; 25; 33; 40	4 Гбайт
i80486DX	1 200 000	32	25; 33; 50; 66	4 Гбайт
Pentium	3 100 000	32	60; … 200	4 Гбайт
Pentium Pro	5 500 000	32	160; … 200	4 Гбайт
Pentium III	65 000 000	32	200; … 600	4 Гбайт
Pentium IV	125 000 000	64	2,0; … 3,8 ГГц	(264-1) Гбайт10

Некоторые свойства кремния делают его необычайно подходящим для интегральных схем, но так как любая малейшая примесь изменяет свойства кристалла, то для производства интегральных схем используется сверхчистый кремний. На одном таком кристалле с помощью специальных технологий (микротехнология, а теперь – нанотехнология) располагают миллионы транзисторов и других схемных элементов, соединительные провода и точки подключения внешних выводов, которые в совокупности и представляют собой микропроцессор ПК.

Интегральные схемы впервые появились в 1959 г., и тогда на одном кристалле размещался один транзистор. Первая интегральная схема на одном кристалле была создана в 1961, она содержала четыре транзистора и другие компоненты. Первая линейная интегральная схема с пятью транзисторами появилась в 1964 г. В 1968 г. была разработана биполярная логическая матрица, содержащая 180 транзисторов. Первый кристалл с полной схемой центрального процессора создан в 1978 г., в нем 20 000 транзисторов. В 1985 г. кристалл центрального процессора типа CLIPPER состоял из 132 000 транзисторов. Таким образом, развитие интегральных схем шло по пути непрерывного повышения плотности упаковки. В таблице 1 приведены основные характеристики поколений микропроцессоров, в том числе здесь показан и рост числа транзисторов на кристалле.

Из толкового словаря по информатике

Контроллер – специализированный процессор, предназначенный для управления внешними устройствами – накопителями, дисплеями, принтерами. Наличие контроллера освобождает центральный процессор от выполнения этих функций.

Шина [bus] – физический канал передачи электрических сигналов в ЭВМ для связи между устройствами.

Процессор [processor] – устройство или функциональная часть ЭВМ, предназначенная для интерпретации программ.

Центральный процессор [central processing unit (CPU)] – процессор, выполняющий в данной вычислительной системе основные функции по обработке данных и управлению работой других частей этой системы. Состоит из устройства управления, арифметико-логического устройства и процессорной памяти.

Микропроцессор – большая интегральная схема, выполняющая функции центрального процессора.

Интегральная схема – миниатюрная электронная схема, содержащая электронные элементы (транзисторы, диоды, резисторы и т.п.) и созданная на поверхности либо внутри полупроводникового кристалла. Различают интегральные схемы малой степени интеграции (МИС), средней степени интеграции (СИС), большие интегральные схемы (БИС) и сверхбольшие интегральные схемы (СБИС).

Кристалл [chip] – полупроводниковая, обычно кремниевая пластина, на которой формируется интегральная схема.

СБИС – (сверхбольшая интегральная схема) интегральная микросхема со степенью интеграции свыше 1000 элементов в кристалле.

Электронная схема – схема соединения электронных элементов для реализации функций преобразования или передачи данных.