Obvody vysoké integrace © 2004, Martin Dobrovolný

Historický vývoj Tranzistor 1947 Shockley, Bardeen, Brattain Integrovaný obvod (IO) Jack Kilby, Texas Instruments germanium Jednočipový mikroprocesor (uP), 1971 Intel 4004, 2300 tranzistorů, 108KHz

Zvyšování integrace 194 7, William Shockley, první tranzistor několik tranzistorů na jednom křemíkovém plátku. – Tyto typy obvodů byly označovány jako obvody malé integrace (SSI). Do roku 1966 desítky až stovky tranzistorů na křemíkovém plátku – obvody střední integrace (MSI) více než 100,000 tranzistorů na křemíkovém plátku - obvody velmi velké integrace (VLSI). TypPočet tranzistorůTypická aplikace SSI MSI LSI VLSI ULSI , , ,000 >500,000 Logická hradla.. Registry, filtry bitový mikroprocesor bitový mikroprocesor.. 64-bitový mikroprocesor.....

Porovnání Intel KHz cca tranzistorů AMD / P4  3GHz Prescott 125 mil. tranzistorů

CPU – počet tranzistorů na čipu

Návrh integrovaných obvodů Kremíkový plátek obsahuje řádově stovky integrovaných obvodů integrovaný obvod obsahuje řádově milióny tranzistorů tranzistor

VLSI – Very Large Scale Integration Běžné IO Zakázkové IO Paměti Mikroprocesory Hradlová pole Digitální signálové procesory

Běžné IO Pokrývají celou škálu zpracování analogového a digitálního zpracování signálů +Jednoduché +Levné +Rychlé   10ns +Opravitelná zařízení základní hradla AD převodníky čítače, budiče, děliče… řídící IO pro spínané zdroje stabilizátory audio / TV technika telefonní obvody … -Komplikovaná zařízení -Vysoká spotřeba -Nemožnost změn -Vysoké náklady -Komplikované DPS

Sdružují velké množství dílčích funkcí Běžně nedostupné nízká cena malá velikost úspora místa v miniaturních zařízeních ochrana proti průmyslové špionáži Zařízení jsou často neopravitelná Zakázkové IO ASIC – Application Specific Integrated CirCuits

Paměti

Statické RAM (SRAM) informace zůstává pouze po dobu napájení oproti dynamickým RAM mají kratší přístupovou dobu, jsou však dražší a mají vyšší energetickou spotřebu používají se především jako paměti typu cache (vyrovnávací paměť) a jako tzv. „paměť CMOS“ výrobní technologie CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) má v klidovém stavu velmi nízkou spotřebu elektrické energie, proto se SRAM CMOS používají pro uchovávání konfigurace počítače a hodin reálného času (paměť je při vypnutém počítači napájena malým akumulátorem nebo baterií)

Dynamické RAM (DRAM) informace zapsaná do paměťové buňky zůstává uchována jen po určitou dobu (řádově milisekundy), potom musí dojít k jejímu obnovení (tzv. Refresh) oproti SRAM jsou pomalejší a levnější, mají menší spotřebu a vyšší kapacitu přístupová doba obvykle desítky nanosekund používají se obvykle jako operační paměť počítače existuje několik typů dynamických RAM, které se liší svou rychlostí a činností:  FPM – Fast Page Mode,  EDO – Extended Data Output,  SDRAM – Synchronous DRAM, DDR…  ECC – Error Checking and Correcting, …

Paměťové moduly SIMM (72-pin) DIMM

Paměti typu ROM Read Only Memory – paměť pouze pro čtení obsah paměti je u klasické ROM určen již při výrobě po vypnutí napájecího napětí zůstává obsah paměti zachován ve srovnání s RAM je pomalejší, mívá menší kapacitu pro uložení základních konfiguračních údajů

nemožnost programování je velkou nevýhodou, proto se postupně vyvinulo několik podtypů:  ROM – klasická, obsah určen již při výrobě  PROM (Programmable ROM) – programovatelná, uživatel si ji může sám naprogramovat (jen jednou)  EPROM (Erasable PROM) – lze opakovaně programovat, před každým programováním se však musí obsah paměti vymazat působením ultrafialového záření (asi ½ hodiny)  EEPROM (Electrically EPROM) – maže se elektrickými impulsy, počet programování a mazání však bývá omezen  Flash-EEPROM – rychlejší než předešlé typy, dá se programovat přímo na desce Paměti typu ROM

Schopnost systematického vykonávání instrukcí MikrokontroléryMikroprocesoryDSP Mikroprocesory Charakteristická vlastnost – délka instrukčního cyklu Omezení rychlosti zpracování a vyhodnocování

Architektura:Von Neumanova – společný programový a datový prostor Harvardská – oddělené paměťové prostory CISC - Complex Instruction Set Computer RISC -Reduced Instruction Set Computer Architektura mikroprocesorů Velikost registrů a možnosti adresace: 4 bit procesoryprvní CPU, kalkulačky 8 bit procesoryprůmyslové mikrokontroléry 16 bitovémikrokontroléry + počítače 32+ bitovéPC + DSP