Глава 2 элементная база микроэвм. Микропроцессоры

В основе любого изделия МпВТ лежат большие интегральные микросхемы. Микроэлектроника, возникшая с изобретением твердо­тельного полупроводникового усилителя — транзистора, перешла на интегральный уровень в 1961 г., когда в продаже появились первые монолитные интегральные микросхемы (ИС) серии Microlo­gic фирмы Fairchild Semiconductor (США). За прошедшие 30 лет технология изготовления ИС прошла четыре этапа (табл. 2.1) [2.81, в настоящее врем я разрабатываются ультрабольшие интегральные микросхемы с технологическими нормами (размерами эле­ментов) меньше десятых долей микрометра и плотностью упаков­ки свыше 100 тыс. вентилей на кристалл.

Таблица 2.1. Развитие интегральной микроэлектроники

Уровень интеграции	Сокращение		Типичное число элементов на кристалл	Размер элементов, мкм	Годы широкого промышленного выпуска
	Англ.	Рус.
Малая	SSI	МИС	1 – 100	10	60-е
Средняя	MSI	СИС	100 – 1000	5	70-е
Большая	LSI	БИС	1000 – 10000	3 – 1	80-е
Сверхбольшая	VLSI	СБИС	10000–100000	1	80-е
Ультрабольшая	ULSI	УБИС	100000 - 1000000	0,1 – 0,001	90-е

Существует более десятка способов изготовления ИС. Основ­ные характеристики наиболее массовых технологий приведены в табл. 2.2 [1.16, 2.8, 2.12]. Общепринятыми являются следующие оценки:

р-канальная МОП технология (рМОП, pMOS).Самая дешевая технология применяется в простейших изделиях с низким быстро­действием, ориентированных на бытовое применение.

п-капальная МОП технология (пМОП, nMOS). Основная тех­нология для ИС с малым и средним быстродействием, низкой стоимостью и средней рассеиваемой мощностью. Имеется несколько разновидностей, например, технология HMOS фирмы Intel (США).

Комплементарная технология (КМОП, CMOS). Используется для построения ИС с исчезающе малой потребляемой мощностью, средним быстродействием, хорошей помехозащищенностью. Одна­ко стоимость КМОП ИС по сравнению с пМОП выше.

Транзисторно-транзисторная логика с диодами Шотки (ТТЛШ, STTL). Основная технология для изготовления быстродействующих ИС средней стоимости. ТТЛ ИС отличает невысокая плотность упаковки и значительная рассеиваемая мощность.

Логика с эмиттерными связями (ЭСЛ, ECL). Обеспечивает изготовление наиболее быстродействующих ИС, которые имеют

Таблица 2.2. Возможности технологий БИС

Техно-логия	Плотност упаковки, вентиль мм2	Задержка распрост-ранения сигнала, нс	Произве- дение «быстро-действие * мощ-ность»,пДж	Относи-тельная потреб-ляемая мощность	Изготовление			Удоб-ство сопря-жения с ТТЛ
					Количество операций	Число элементов в вентиле	Относительная стоимость
рМОП (pMOS)	75-150	30-200	50-500	4	8-14	3	1	Пло-хое
nMOS (nMOS)	100-200	4-25	5-50	3	9-15	3	2	Удовлетворительное
КМОП (CMOS)	100-200	4-20	0.5-30	1	14-20	4	3	Хоро-шее
ТТЛШ (STTL)	20-40	2-10	10-60	5	18-23	12	3
ЭСЛ (ECL)	15-20	0.7-2	15-80	6	19-23	8	6	Пло-хое
И2Л (I2L)	75-100	5-50	0.2-20	2	13-17	3-4	3	Хоро-шее

самую низкую плотность упаковки, высокую рассеиваемую мощ­ность, высокую стоимость.

Интегральная инжекционная логика (И², I²L). Это перспек­тивное направление в изготовлении ИС. По своим характеристикам превосходит другие технологии, кроме ЭСЛ по быстродействию, КМОП по потребляемой в статике мощности и рМОП по стоимости.

Использование различных технологий для производства микро­процессорных семейств ИС обеспечивает широкое разнообразие технических характеристик средств МпВТ.