Obvody vysoké integrace © 2004, Martin Dobrovolný.

Prezentace na téma: "Obvody vysoké integrace © 2004, Martin Dobrovolný."— Transkript prezentace:

1 Obvody vysoké integrace © 2004, Martin Dobrovolný

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

3 Zvyšování integrace 194 7, William Shockley, první tranzistor. 1960 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). 1975 více než 100,000 tranzistorů na křemíkovém plátku - obvody velmi velké integrace (VLSI). TypPočet tranzistorůTypická aplikace SSI MSI LSI VLSI ULSI 1-100 100-1000 1000-100,000 100,000-500,000 >500,000 Logická hradla.. Registry, filtry...... 8-bitový mikroprocesor.... 32-bitový mikroprocesor.. 64-bitový mikroprocesor.....

4 Porovnání 1971 - 2005 Intel 4004108KHz cca. 2300 tranzistorů AMD / P4  3GHz Prescott 125 mil. tranzistorů

5 CPU – počet tranzistorů na čipu

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

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

8 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

9 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

10 Paměti

11 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)

12 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, …

13 Paměťové moduly SIMM (72-pin) DIMM

14 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

15 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

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

17 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