Что такое интегральные схемы?
Интегральная схема (ИС), иногда называемая чипом, микрочипом или микроэлектронной схемой, представляет собой полупроводниковую пластину, на которой изготовлены тысячи или миллионы крошечных резисторов, конденсаторов, диодов и транзисторов. Микросхема может функционировать как усилитель, генератор, таймер, счетчик, логический элемент, компьютерная память, микроконтроллер или микропроцессор.
Микросхема является фундаментальным строительным блоком всех современных электронных устройств. Как следует из названия, это интегрированная система из множества миниатюрных и взаимосвязанных компонентов, встроенных в тонкую подложку из полупроводникового материала (обычно кристалла кремния).
Одна микросхема может содержать тысячи или миллионы:
транзисторы
резисторы
конденсаторы
диоды
На нем также могут располагаться дополнительные компоненты, соединенные между собой сложной сетью полупроводниковых пластин, кремния, меди и других материалов. По размеру каждый компонент небольшой, обычно микроскопический. Получающаяся в результате схема, монолитный чип, также является крошечной — часто достаточно, чтобы занять несколько квадратных миллиметров или сантиметров пространства.
Одним из распространенных примеров современных ИС является компьютерный процессор, который обычно содержит миллионы или миллиарды транзисторов, конденсаторов, логических элементов и т. д., соединенных вместе, чтобы сформировать сложную цифровую схему. Хотя процессор представляет собой микросхему, не все микросхемы являются процессорами.
История и эволюция интегральных схем
Изобретение транзистора (комбинации слов «перенос» и «резистор») в 1947 году заложило основу для современной компьютерной эпохи.
Раньше каждый транзистор поставлялся в отдельном пластиковом корпусе, а каждая схема состояла из отдельных транзисторов, конденсаторов и резисторов. Из-за большого размера этих компонентов ранние микросхемы были способны удерживать на печатной плате только несколько из них, соединенных вместе.
Со временем развитие твердотельной электроники облегчило уменьшение размеров компонентов.
В конце 1950-х годов изобретатели Джек Килби из Texas Instruments, Inc. и Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor Corporation нашли способы проложить тонкие металлические дорожки на устройствах и заставить их работать как провода. Их решение проблемы проводки между небольшими электрическими устройствами положило начало развитию современных ИС.
Современные интегральные схемы: проектирование и конструкция.
За последние полвека микросхемы значительно продвинулись вперед, увеличив скорость, увеличив емкость и уменьшив размеры.
По сравнению с тем, что было раньше, сегодняшние микросхемы невероятно сложны и способны содержать миллиарды транзисторов и других компонентов на одном небольшом куске материала. Современные микросхемы представляют собой единое целое, отдельные компоненты которых встроены непосредственно в кремниевый кристалл, а не просто установлены на нем.
IC опирается на несколько уровней абстракции. Полупроводниковая пластина, из которой состоит ИС, хрупкая и содержит множество сложных связей между своими слоями. Комбинация этих пластин известна как матрица.
С миллионами или миллиардами компонентов на одном чипе невозможно расположить и подключить каждый компонент по отдельности. Кристаллы слишком малы для пайки и подключения. Вместо этого разработчики используют специальный язык программирования для создания небольших элементов схемы и объединения их для постепенного увеличения размера и плотности компонентов на кристалле в соответствии с требованиями приложения.
Микросхемы «упакованы» так, чтобы превратить тонкий и крошечный кристалл в черный чип, который сейчас составляет основу сотен устройств, в том числе:
компьютеры
мобильные телефоны и смартфоны
автомобили и самолеты
усилители
сетевые коммутаторы
другие электронные устройства: стиральные машины, тостеры, микроволновые печи, телевизоры и т. д.