КМОП-инвертор
31
ПРИМЕР:
Приведен КМОП-инвертор, затворы обоих транзисторов единены со входом инвертора, исток p-канального МОП- зистора соединен с положител ным питающим напряжением (+U), исток n-канального транзистора соединен с
а стоки транзисторов – с выходом. При логической 1 на входе
инвертора n-канальный МОП- транзистор открыт и обеспечивает на выходе логический 0 (потенциал земли), а p-канальный МОП-транзистор закрыт, а при логическом 0 на входе p-канальный МОП-
транзистор открыт и обеспечивает на выходе логическую 1Физика(высокийкомпьютеровуровень2011напряженияЛ.А. от
Золоторевич
Характеристика КМОП-логики |
32 |
|
КМОП-логика обладает несколько более сложной структурой, чем n-МОП и p-МОП, и поэтому на ее основе нельзя достичь столь же высокой плотности. Однако эта
структура дает одно примечательное преимущество над всеми другими
распространенными логическими семействами - здесь нет постоянных проводящих путей между линией питания и землей, вследствие чего мощность, потребляемая в периоды постоянства входных сигналов, незначительна.
Последнее свойство очень важно для тех применений,Физикакогдакомпьютеровпитание2011 Лпоступает.А. от
Золоторевич
Особенности КМОП-логики |
33 |
|
|
|
|
Существенная мощность потребляется, однако, |
|
|
во время переключений, что происходит по двум |
|
|
причинам. Первая связана с наличием емкостей в |
|
|
схеме, возникающих между электродами МОП- |
|
|
транзисторов. Эти емкости должны перезаряжаться |
|
|
всякий раз при переключении вентиля. Вторая |
|
|
причина заключается в том, что во время изменения |
|
|
входных сигналов n-МОП и p-МОП-транзисторы в |
|
|
определенной степени открыты, в результате чего |
|
|
между линией источника питания (+U) и землей |
|
|
кратковременно возникает «сквозной ток». |
|
|
Рассеиваемая вентилями мощность возрастает с |
|
|
повышением частоты переключений. |
|
|
Совершенствование, миниатюризация и |
|
|
микроминиатюриза-ция электронных приборов, |
|
|
изготовленных на основе диодов и транзисторов |
|
|
Физика компьютеров 2011 Л.А. |
|
|
различных типов, разработка интегральных и в |
|
|
Золоторевич |
|
|
Интегральные схемы |
34 |
В начале 60-х годов возникло новое направление в электронике – интегральная электроника, занимающаяся созданием функциональных элементов радиоэлектронной аппаратуры в виде интегральных схем (ИС), использование которых позволило уменьшить не только массу и габаритные размеры ЭВМ, но и улучшить все остальные их параметры: надежность, быстродействие, стоимость и т.д., а также способствовало появлению ЭВМ третьего и последующих поколений.
Иногда вместо термина «интегральная схема» используют егосиноним – микросхема.
Интегральная схема (микросхема) –
сочетание взаимосвязан-ных , внутренне (электрически) соединенных элементов (или
электрорадиоэлементовФизика компьютерови компонентов),2011 Л.А. Золоторевич
Интегральные схемы |
35 |
|
В схемотехнике ЭВМ различают |
|
|
электрорадиоэлементы (резистор, конденсатор, |
|
|
диод, транзистор и др.) и элементы (логический |
|
|
элемент, запоминающий элемент, вспомогательный |
|
|
элемент и др.). Компьютер состоит из большого |
|
|
числа элементарных схем – элементов, |
|
|
преобразующих электрические сигналы или |
|
|
хранящих числовую или логическую информацию. |
|
|
Элемент, который преобразует электрические |
|
|
сигналы с изме-нением их логического содержания, |
|
|
называется логическим. |
|
|
Если элемент выполняет только электрическое |
|
|
преобразование сигналов без изменения |
|
|
логического содержания: усиление, изменение |
|
|
формы сигналов или уровней, то он называется |
|
|
вспомогательным элементом. Элемент, |
|
|
Физика компьютеров 2011 Л.А. |
|
|
выполняющий функцию хранения – запоминания |
|
|
Золоторевич |
|
|
Интегральные схемы |
36 |
|
|
|
|
Под степенью интеграции ИС понимается |
|
|
число электрорадиоэлементов и |
|
|
компонентов, расположенных на одном |
|
|
кристалле. |
|
|
Электрорадиоэлементы интегральной |
|
|
схемы выполнены нераздельно от |
|
|
кристалла, т.е. электрорадиоэлемент не |
|
|
может быть отделен от ИС как |
|
|
самостоятельное изделие. |
|
|
Функциональная сложность ИС – число |
|
|
элементов (логических, вспомогательных, |
|
|
запоминающих), расположенных в одном |
|
|
кристалле. |
|
|
Степень интеграцииФизика компьютерови степень2011 Л.А. |
|
|
функциональной сложности относятся к |
|
|
Золоторевич |
|
|
|
|
|
Интегральные схемы |
37 |
|
|
По числу содержащихся в ИС |
|
электрорадиоэлементов и компонентов |
|
различают 7 степеней интеграции: |
|
1)Первая степень интеграции от 2 до 10 электрорадиоэлементов и компонентов; 2)Вторая степень интеграции от 11 до 100 электрорадиоэлементов и компонентов; 3)Третья степень интеграции от 101 до 1000 электрорадиоэлементов и компонентов;
4)Четвертая степень интеграции от 1001 до 10000 электрорадиоэлементов и компонентов; 5)Пятая степень интеграции от 10001 до 100000 электрорадиоэлементов и компонентов; 6)Шестая степень интеграции от 100001 до 1000000 электрорадиоэлементов и компонентов;
7)Седьмая степеньФизика компьютеровинтеграции2011 Л.Аот. 1000001 до
Золоторевич
10000000 электрорадиоэлементов и
Интегральные схемы |
38 |
|
|
|
|
Сложность цифровых ИС обычно характеризуется количеством входящих в них транзисторов или иногда – числом логических элементов.
Различают следующие интегральные схемы:
1)малая ИС (МИС) – интегральная схема 1-2-й степеней интеграции, содержащая один или несколько элементов (И, ИЛИ, НЕ, триггер, усилитель и т.д.); 2)средняя ИС (СИС) – интегральная схема 3-й
степени интеграции, содержащая один или несколько одинаковых функциональных блоков (узлов) аппаратуры (регистр, счетчик, дешифратор и т.д.); 3)большая ИС (БИС) – интегральная схема 4-5-й
степеней интеграции, содержащая одно или несколько функционально законченных устройств (АЛУ, ОЗУ, УУ и т.д.)
4)сверхбольшаяФизика компьютеровИС (СБИС)2011– интегральнаяЛ.А.
схема 6-7-й степенейЗолоторевичинтеграции, содержащая
Интегральные схемы |
39 |
|
Интегральная схема представляет собой пластину |
|
|
полупроводнико-вого материала (например, кремния), в |
||
теле которой образованы необходимые |
|
|
электрорадиоэлементы и компоненты электронной |
|
|
схемы. По технологическому исполнению ИС |
|
|
подразделяются на пленочные, твердосхемные и |
|
|
гибридные. У пленочных ИС все |
|
|
электрорадиоэлементы и соединения между ними выполняются в виде пленок различных материалов, нанесенных в определенной последовательности и
конфигурации на изоляционную подложку.
В твердосхемных ИС (наиболее распространенных)
используются объемные и контактные свойства полупроводниковых материалов, в качестве которых обычно применяются кристаллы кремния. В поверхностном слое пластины кремния методами полупроводниковой технологии формируются области,
выполняющие функцииФизика компьютеровдиодов, транзисторов2011 Л.А. и других
компонентов схемы. ВЗолоторевичгибридных ИС используются
|
Интегральные схемы |
40 |
|
|
По конструктивному исполнению ИС |
|
|
|
подразделяются на бескорпусные |
|
|
|
(герметизированные компаундом) и на |
|
|
|
корпусные, выполненные в круглых, |
|
|
|
прямоугольных и других корпусах |
|
|
|
(пластмассовых или керамических) |
|
|
|
различных габаритных размеров. Корпуса и |
|
|
|
герметиза-ция обеспечивают защиту ИС от |
|
|
|
климатических и механических |
|
|
|
воздействий. Число контактов |
|
|
|
зависит от сложности интеграл |
|
|
|
и, в частности, от числа требуемых |
|
|
|
внешних связей.Контакты микросхем |
|
|
|
нумеруются последовательно, |
|
|
|
с выемки, в направлении против |
|
|
|
вой стрелки (контакт 1 находится слева |
|
|
|
Физика компьютеров 2011 Л.А. |
|
|
|
от выемки, иногда его отмечают точкой). |
|
|
|
|
|
|
|
Золоторевич |
|
|