Основные параметры и характеристики цифровых ИМС

Введение

Современные вычислительные системы выполняют ряд функций преобразования над аналоговыми и цифровыми сигналами. Одним из вариантов таких систем являются микроЭВМ различного назначения и конфигурации, универсальные и специализированные микропроцессорные устройства. Многообразие выполняемых функций приводит к большой вариантности структурной реализации систем. Однако можно выделить основные функции, присущие любой вычислительной системе: прием-передача данных,  хранение, обработка данных  по соответствующему алгоритму.

Разработка любой вычислительной системы основана на схемотехнике или микросхемотехнике (интегральной схемотехнике), охватывающей исследования и реализацию схемотехнических решений (электрических и структурных схем). Основными элементами при разработке являются интегральные микросхемы (ИМС).

ИМС — это микроэлектронное изделие, выполняющее функцию преобразования электрических сигналов, выполненное в едином технологическом цикле и помещенное в неразборный корпус.

Для изготовления ИМС используются специальные технологические процессы изготовления полупроводниковых кристаллов. Основными технологиями в настоящее время являются: КМОП, ПТШ, ТТЛШ, ТТЛ, ЭСЛ, И2Л.

Предпочтение отдается КМОП технологии как наиболее экономичной и имеющей значительный запас для последующего увеличения частотного диапазона.

Основной функцией ИМС является преобразование электрических сигналов. Электрические сигналы могут представлять информацию в непрерывной (аналоговой) и дискретно-цифровой формах. Поэтому ИМС подразделяются на аналоговые и цифровые. Параметром, определяющим уровень сложности ИМС, является степень компонентной интеграции,  которая количественно определяет общее число полупроводниковых элементов расположенных на кристалле ИМС. По уровню сложности ИМС подразделяются на:

простые ИМС — ИС (до 100 элементов на кристалле);

ИМС средней интеграции — СИС (до 1000 элементов);

ИМС большой степени интеграции — БИС (до 10000 элементов);

сверхбольшие интегральные схемы — СБИС ( от 10000 до 106 элементов).

Любая современная вычислительная система имеет в своем составе определенный набор функциональных устройств. Можно выделить четыре основных устройства, которые являются обязательными для любой обработки. На рис.1 представлена структура вычислительной системы.

Информация, поступающая в вычислительную систему, и информация, являющаяся результатом обработки, требуют определенных преобразований (согласование, перекодировка и т.д.). Для этой цели используются интерфейсные устройства (ИУ), которые обеспечивают связь с внешними устройствами (ВУ). Для хранения программ, результатов и т.д. необходимы запоминающие устройства (ЗУ). Собственно обработка по заданному алгоритму осуществляется в операционных устройствах (ОУ). Наиболее простые ОУ представляют собой арифметико-логические устройства (АЛУ). Синхронизацию всей системы и порядок работы определяет устройство управления (УУ) [1].

[pic 1]

шинные формирующие устройства

Рис. 1

Каждое из устройств системы включает в себя функциональные узлы, которые выполняют определенную операцию (сложение, сдвиг, кодировка, мультиплексирование и т.д.).

Эти функциональные узлы однотипны для всех устройств системы. По принципу логического функционирования узлы подразделяются на два класса:

• комбинационные узлы, которые не обладают памятью (их состояние определяется комбинацией входных величин);
• последовательные узлы, которые обладают памятью (их состояния определяются входной комбинацией переменных как в настоящий, так и в предыдущие моменты).

Функциональные узлы выполняются в виде отдельных ИМС соответствующей сложности. Поэтому все цифровые ИМС подразделяются по функциональному назначению [2]:

Формирователи:        Буквенное обозначение