ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭВМ
1.Понятие об элементной базе ЭВМ. Два типа транзисторов. Полупроводниковые интегральные схемы.
Вычислительные устройства, в которых кодирование и обработка информации осуществляются в двоичной системе счисления, называются цифровыми устройствами. Они состоят из множества элементов, которые электрическим воздействием легко перевести в одно из двух устойчивых состояний. Элементы цифровых устройств предназначены для запоминания информации, ее арифметической и логической обработки, формирования и усиления сигналов управления, преобразования и отображения входной и выходной информации и т. д.
Основой большинства элементов современных ЭВМ является транзистор - полупроводниковый прибор, способный преобразовывать электрические сигналы. Существует два типа транзисторов: биполярный с двумя взаимодействующими электронно-дырочными переходами (рис. 1) и униполярный, или полевой (рис. 2). В полевом транзисторе управляющий электрод - затвор - изолирован от тела полупроводника слоем диэлектрика, обычно двуокиси кремния, вот почему этот прибор называют еще МОП- или
МДП-транзистором, подчеркивая его структуру: металл - окисел (диэлектрик) - полупроводник. Из сравнения рис. 1 и 2 видно, что изготовить
МДП-транзистор проще, чем биполярный, так как в
этом случае на поверхности подложки - полупроводника
n-типа - достаточно лишь сформировать две небольшие области полупроводника
р-типа и покрыть всю поверхность слоем окисной пленки, в то время как в первом случае нужно провести два процесса формирования
микрообластей с разной проводимостью.
Интегральная схема (ИС) – это логический, запоминающий или какой-либо другой элемент цифрового устройства. Конструктивно ИС выполняется на монокристаллической пластинке кремния размером в несколько квадратных миллиметров путем формирования с помощью специальной технологии отдельных микрокомпонентов. Конструкция полевого транзистора проще, чем биполярного, поэтому на МДП-транзисторе миниатюризацию элементов ИС осуществить легче. При одинаковой функциональной сложности МДП ИС занимают площадь на кристалле в несколько раз меньше, чем биполярные. Кроме того, из-за более простой технологии изготовления МДП-приборов возможно делать ИС с большей функциональной сложностью, чем на биполярных полупроводниках.
Число элементов в ИС характеризует её степень интеграции. В соответствии с этим, все ИС условно делят на малые (МИС - до 102 элементов на кристалл), средние (СИС - до 103 ), большие (БИС - до 104), сверхбольшие (СБИС - до 106), ультрабольшие (УБИС - до 109) и гигабольшие (ГБИС - свыше 109 элементов на кристалл).
Сейчас по МДП-технологии разработаны сверхбольшие и ультрабольшие интегральные схемы (СБИС и УБИС). Однако МДП ИС имеют и недостатки. Главный из них - сравнительно низкое быстродействие. По этому параметру биполярные ИС превосходят МДП в 10 и более раз, однако потребляемая энергия их существенно больше, чем МДП ИС. Таким образом, каждый тип ИС имеет свои достоинства и недостатки, которые и определяют их место в электронной аппаратуре.
