Учебно-методический комплекс по дисциплине “Моделирование процессов бурения ” (стр. 13 )

Выше говорилось о миниатюризации полупроводниковых элементов, приведшей к появлению больших интегральных схем (БИС) и компьютеров четвертого поколения.

Интегральные схемы создаются на кристаллах полупроводников. Количество элементов на одном кристалле объемом приблизительно в 1 см находится в пределах от 10 до 10. БИС в виде кристаллов создаются поточным методом на специальных высокоточных установках. Весь процесс создания БИС протекает под управлением компьютера практически без человеческого вмешательства.

Рис. 7.7. Структура интегральной схемы, созданной согласно МДП технологии

I – конденсатор; II – резистор; III – диод; IV – транзистор; 1 – окись кремния SiO (диэлектрик); 2 – кристалл кремния Si; 3 – металл – серебро Ag; 4 – металлические выводы; 5 – подложка из стекла.

Сокращение МДП означает “металл – диэлектрик – полупроводник ”. В кристалле кремния 2 методом диффузии создаются насыщенные сурьмой или индием зоны типов или (показаны на схеме). Комбинации этих зон образуют на кристалле полупроводниковые элементы. Каждый элемент снабжен своими металлическими выводами 4, выполненными в толще 1 диэлектрика SiO, что исключает создание между ними электрической связи. Ниже рисунка приведены традиционные обозначения изображенных на схеме конденсатора, резистора, диода и транзистора.

Элементы своими выводами объединяются в более крупные узлы и блоки, и в итоге один кристалл может представлять собой процессор (микропроцессор) компьютера, например подобный изображенному на рис. 7.8.

Рис. 7.8. Интегральная схема

А – Внешний вид; Б – кристалл со схемой; 1 – корпус; 2 – вывод

Рекомендуемая литература: Доп. 8 с. 88-112

Контрольные вопросы

1 Устройство работа и назначение вакуумного диода

2 Устройство, работа и назначение вакуумного триода

3 Особенности полупроводников

4 Кристаллическая решетка чистого кремния (германия)

5 Результат загрязнения кремния сурьмой. Тип проводимости

6 Результат загрязнения кремния индием. Тип проводимости

7 Назначение, устройство и работа полупроводникового диода

8 Назначение, устройство и работа транзистора

9 Назначение устройство и работа триггера

10 Интегральная микросхема и технология ее изготовления

ЛЕКЦИЯ 8. Элементы структуры процессора

Если для записи и хранения двоичной цифры служит триггер, то для записи и хранения комбинации двоичных цифр – двоичного числа – служит регистр. Регистр, показанный на рис. 8.1., предназначен для трехзначного двоичного числа и поэтому состоит их трех триггеров, содержащих цифры, занимающие 0-ю, 1-ю и 2-ю. позиции. Все входы

Рис. 8.1. Схема регистра

– входы триггеров ; , – их выходы; – записываемые двоичные цифры; 0, 1, 2 – позиции хранимого двоичного числа

присоединены к общей линии, входы работают раздельно и на них подают записываемые биты.

Таблица 8.1 демонстрирует работу регистра на примере записи двоичного числа 101 (пять) на месте числа 100 (четыре). Для этого выполняется три операции:

– Хранение ранее записанного двоичного числа 100. Оно записано на выходах .

– Обнуление выходов (т. е. стирание числа 100), что необходимо для записи нового числа. Для этого на соединяющую все три входа общую линию подается единица

– Подача новых двоичных цифр (числа 101) на входы

Таблица 8.1 Работа регистра

	Операция	Входы	Позиции выходов
2	1	0
1	Хранение ранее записанного числа	0	0	1	0	0	1	0	1
2	Обнуление выходов	1	0	0	1	0	1	0	1
3	Запись нового числа	0	101	1	0	0	1	1	0

От количества включаемых регистром триггеров зависит размер хранимого в нем числа. В свою очередь от размера числа зависит его точность, которая возрастает на порядок с каждой новой цифрой.

Сравним два действительных числа, полученных с помощью округления: 1.2 и 1.24. Абсолютная погрешность округления принимается равной половине единицы последнего разряда числа. Для приведенных чисел – это 0.05 т. е. 5*10 и 0.005 (5*10) соответственно. Видно, что с учетом знака степень десятки на единицу меньше номера позиции последней цифры числа. Обычные современные компьютеры имеют точность в 17 десятичных знаков. Вот, например, результат деления: 1/7 = 0.1428571492433548. Последнее число (8) стоит на –16-й позиции, и следовательно погрешность приведенного числа равна 0.5*10.

Поскольку десятичная цифра требует для своей записи в двоичной форме в среднем 2.78 бита, то чтобы записать число, содержащее 17 десятичных знаков необходим регистр состоящий из 48 триггеров.

Для учета количества различных операций, проводимых процессором, служит счетчик импульсов. Простейший счетчик (в котором общее число импульсов может быть выражено числом, вмещающемся в три позиции, представлен на рис. 8.2

Счетчик состоит из трех триггеров. Все входы этих триггеров подключены к общей линии. Импульсы, которые необходимо посчитать, подаются на вход С (“счетный” вход) триггера нулевой позиции. К входам С остальных триггеров подключены выходы триггеров, им предшествующих. Выходы всех триггеров используются для записи числа, означающего количество импульсов.

Работа счетчика начинается с обнуления всех выходов путем подачи единицы в общую линию входов . При этом все выходы обратились в единицы. Данная операция в таблице не показана.

Подаваемый на вход С триггера нулевой позиции импульс номер 0, как и любой импульс, подаваемый на этот вход, меняет состояние триггера на противоположное. Поэтому на выходе единица сменилась нулем, а на выходе нуль сменился единицей. Последняя подается на вход С триггера 1-й позиции, состояние которого меняется точно так же, как состояние триггера нулевой позиции. То же происходит и с триггером 2-й позиции. Результат показан в строке 0 (все три =1, все три =0). Здесь заканчивается предварительный этап и начинается счет входных импульсов