4. Содержание дисциплины

4.1. РАЗДЕЛЫ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ ЗАНЯТИЙ

№ п/п	Разделы дисциплины	Лекции	Практические занятия	Лабораторные работы	Самостоятельные работы
1.	Основные положения и направления развития микроэлектроники	2	–	–	12
2.	Физические основы полупроводниковой микроэлектроники. Физические явления и процессы в полупроводниковых структурах.	2	–	–	14
3.	Элементы полупроводниковой микроэлектроники	10	–	2	12
4.	Цифровая и аналоговая микроэлектроника: узлы, блоки, устройства.	10	2	10	12
5.	Микропроцессоры.	4	–	8	12
6.	Построение микроэлектронных приборов, устройств и систем.	8	4	12	14

4.2. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

Этапы развития электроники. Основные положения и принципы микроэлектроники. История развития микроэлектроники. Факторы, определяющие развитие микроэлектроники. Классификация изделий микроэлектроники. Современные направления развития микроэлектроники.

2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ. ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ И ПРОЦЕССЫ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУРАХ

Общие сведения о полупроводниках. Собственная и примесная проводимость. Основные и неосновные носители заряда. Статистика подвижных носителей заряда. Кинетические процессы в полупроводниковых структурах. Поверхностные процессы в полупроводниковых структурах. Физика процессов в р-n-переходе при отсутствии внешнего поля. Концентрация подвижных носителей заряда. Диффузия. Переход носителей заряда через р-n-переход. Запирающий слой. Потенциальный барьер. Физика процессов в р-n-переходе при наличии внешнего поля. Дрейф носителей. Изменение высоты потенциального барьера. Процесс переноса носителей через р-n-переход. Зависимость между полным током через р-n-переход и приложенным напряжением. Полупроводниковый диод, его вольтамперная характеристика. Биполярные и униполярные транзисторы.

3. ЭЛЕМЕНТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

Сигнал, его информационная суть. Сигналы аналоговые и цифровые. Сигналы в системах автоматики и вычислительной техники. Цифровые сигналы: перепады и импульсы. Схемы преобразования сигналов: RC-цепи, диодные ключи, транзисторные ключи на биполярных транзисторах. Критерий насыщения. Транзисторные ключи на униполярных транзисторах Реализация базовых логических функций. Диодно-транзисторная логика. Транзисторно-транзисторная логика и её реализация на ТТЛ, ТТЛШ и КМОП-структурах. Быстродействие логических элементов. Серии интегральных схем. Триггер как элемент памяти. RS-триггер, синхронизируемый RS-триггер, D-триггер, JK-триггер. Комбинированные RS- и D-триггеры, RS- и JK-триггеры. Графические изображения. Таблицы истинности, временные диаграммы.

4. ЦИФРОВАЯ И АНАЛОГОВАЯ МИКРОЭЛЕКТРОНИКА: УЗЛЫ, БЛОКИ, УСТРОЙСТВА

Назначение и основные характеристики ЦАП. ЦАП с использованием сумматора на ОУ и взвешивающих резисторов. ЦАП на ОУ с использованием резисторной матрицы R-2R. ЦАП на основе интегральной микросхемы К572ПА1. Назначение и основные характеристики АЦП. Принцип работы параллельного АЦП. Принцип работы АЦП последовательного типа на основе ЦАП. Преобразователи «напряжение-частота» и «напряжение-время». АЦП с использованием метода двойного интегрирования. АЦП последовательного приближения (метод поразрядного взвешивания).

Узлы цифровой электроники. Дешифраторы, шифраторы, мультиплексоры, демультиплексоры. Принцип работы, графические изображения. Одноразрядный двоичный полусумматор Полный одноразрядный двоичный сумматор. Принцип построения много разрядных сумматоров. Арифметико-логические устройства. Графическое изображение. Таблица истинности.

Принципы записи и хранения информации. Классификация запоминающих устройств (ЗУ) по назначению, способам записи, хранения и поиска информации. Постоянные, полупостоянные ЗУ и перепрограммируемые (ППЗУ) ЗУ. Структурная схема запоминающего устройства (ЗУ). ЗУ статического (SRAM) и динамического (DRAM) типов. Постоянные (ПЗУ), оперативные (ОЗУ) и сверхоперативные (СОЗУ) устройства памяти. Принципы построения памяти большой разрядности и адресного пространства из интегральных схем RAM.

Устройства памяти компьютера. Долговременная память компьютера. Физические принципы хранения информации на магнитном носителе. Организация памяти на жёстком (HDD) и гибком (FDD) магнитном диске. Физические принципы записи и хранения информации на лазерном диске (CD ROM).

5. МИКРОПРОЦЕССОРЫ

Микропроцессоры (МП) - основа персональных компьютеров. История развития: 4-хразрядные, 8-миразрядные, 16-тиразрядные 32-хразрядные микропроцессоры. Однокристальные МП. Тактовая частоты и принципы потактовой реализации команд, микрокоманды. Реализация функции МП: выборка команд из оперативного ЗУ, декодирование команд, выполнение операций, управление пересылкой информации между своими внутренними регистрами, оперативной памятью и периферийными устройствами, обработка прерываний, управление различными устройствами компьютера. Работа микропроцессора с внешними устройствами.

Принципы микроэлектронной системо- и схемотехники. Модель микрокомпьютера. Общее устройство модели ЭВМ «Микролаб» КР580ВМ80. Система команд процессора КР580ВМ80. Организация и основные сигналы микропроцессора КР580ВМ80. Устройство и работа клавиатуры модели ЭВМ «Микролаб» КР580ВМ80. Организация ввода-вывода в модели ЭВМ «Микролаб» КР580ВМ80. Понятие об автоматических системах контроля и управления. Датчики информации.

Основные тенденции развития универсальных микропроцессоров: повышение тактовой частоты, увеличение пропускной способности подсистемы памяти, повышение степени внутреннего параллелизма.

6. ПОСТРОЕНИЕ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ, УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ

Классификация ИМС. Полупроводниковые ИМС. Пленочные и гибридные ИМС. Большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС) интегральные микросхемы. Особенности технологии и методы создания БИС и СБИС. Качество ИМС. Способы защиты и надежность ИМС. Имитационные методы оценки надежности параметров ИМС.