Раздел 3. Микропроцессорная техника

3.1. Общие сведения о микропроцессорных средствах.

§ 3.1.1. Большие интегральные схемы

Интегральная микросхема — микроэлектронное устройство, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигнала и имеющее высокую плотность упаковки элементов и кристаллов, которые с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации рассматриваются как единое целое. Плотность упаковки элементов — это степень интеграции. В микросхеме она может достигать сотен тысяч элементов в одном кристалле.

Большая интегральная схема (БИС) — это микросхема, содержащая одно или несколько функциональных устройств, как правило, третьей или четвертой степени интеграции. В такой схеме содержится не менее 1000 элементов. Сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) — это микросхемы 5-й степени интеграции, т. е. содержащие от 10 000 до 100 000 элементов одном кристалле.

При создании БИС и СБИС на полупроводниковой пластине формируют большое число микросхем, а затем их объединяют в необходимую систему путем использования металлизации для создания требуемой системы межсоединений.

БИС и СБИС позволяют получить более высокие качественные показатели и большую надежность устройств при меньших затратах. Повышение надежности достигается путем уменьшения числа соединений, количества технологических операций. Снижение стоимости БИС обусловливается прогрессом технологии, уменьшением объема сборочных работ.

БИС и СБИС бывают цифровые и аналоговые. Цифровые предназначены для обработки дискретной информации. К ним относятся регистры, счетчики, сумматоры и др. Примерами аналоговых являются операционные усилители, выпрямители, преобразователи «напряжение — код» и др.

По конструктивно-технологическому признаку различаются полупроводниковые и гибридные БИС.

В зависимости от назначения БИС бывают унифицированные, служащие для построения различных средств обработки информации, и заказные — только для использования в одном изделии.

В настоящее время выпускаются комплекты БИС, куда входят несколько типов БИС, выполняющих различные функции, совместимых по технологическому исполнению и предназначенных для совместного применения при построении электронной аппаратуры.

БИС и СБИС находят широкое применение в ЭВМ, в микропроцессорных системах, в схемах оперативной и полупостоянной памяти, в схемах управления, преобразования, стыковки с реальным объектом.

Однако, разработка сложных интегральных схем связана с большими затратами на их проектирование, отладку, подготовку производства, поэтому создание БИС и СБИС экономически целесообразно при значительном объеме их производства и потребления.

Следовательно, чтобы обеспечить универсальность БИС и СБИС и гарантировать широкий рынок сбыта, интегральная схема должна иметь гибкую логику, легко перестраиваемую для различного класса задач.

Со структурной точки зрения такая схема должна состоять из набора логических элементов, не связанных между собой в «жесткую» функциональную схему. Формирование необходимых связей между ними должно выполняться при подаче соответствующего воздействия (команды) уже в процессе эксплуатации. Меняя управляющую (командную) информацию, можно выполнять по программе сложную обработку информации.

Как известно системы автоматического управления состоят из объекта управления и автоматического управляющего устройства, в качестве которого могут быть использованы регуляторы на дискретных элементах, ЭВМ, функции которых может выполнить БИС.