Home - Rasfoiesc.com
Educatie Sanatate Inginerie Business Familie Hobby Legal
Meseria se fura, ingineria se invata.Telecomunicatii, comunicatiile la distanta, Retele de, telefonie, VOIP, TV, satelit




Aeronautica Comunicatii Constructii Electronica Navigatie Pompieri
Tehnica mecanica

Electronica


Index » inginerie » Electronica
» Microprocesoare - calculatoare electronice numerice


Microprocesoare - calculatoare electronice numerice




MICROPROCESOARE

CALCULATOARE ELECTRONICE NUMERICE-CONSIDERATII GENERALE

Un calculator electronic numeric este un asamblu de dispozitive si circuite, de mare diversitate, care prelucreaza informatii reprezentate in forma numerica. Deoarece in constructia calculatoarelor s-au impus elementele de circuit cu doua stari, forma numerica de reprezentare a informatiei este cea binara (numita codificare binara a informatiei). Pentru a usura studiul functionarii calculatoarelor marea diversitate a dispozitivelor si circuitelor electronice constituiente se grupeaza in unitati care indeplinesc functii mai complexe si care poarta denumirea de unitati functionale. Se da in figura 1.1 structura unui sistem de calcul, structura care pune in evidenta unitatile functionale fundamentale si sensul transferului de informatii dintre acestea (linie continua). Dupa cum se observa un astfel de sistem este compus din patru unitati functionale: unitatea de intrare, memoria, unitatea centrala de prelucrare si unitatea de iesire. Denumirea fiecarei unitati indica functia pe care o indeplineste. Se prezinta in cele ce urmeaza functiile unitatilor componente, urmarind fluxul informatiei.




Calculatorul preia informatia de la utilizatori prin intermediul unitatii de intrare care realizeaza conversia informatiei de la o forma accesibila omului, la forma interna, binara, accesibila calculatorului. Ca unitati de intrare se pot mentiona: claviatura (tastatura), de la care informatia se introduce caracter de caracter prin apasarea succesiva a clapelor corespunzatoare, cititorul optic de caractere, care poate prelua un text inscris pe hartie la o masina de scris obisnuita, cititorul de cartele, care preia informatia de pe cartele perforate de utilizator cu ajutorul unor masini de perforat speciale.

Informatia transmisa calculatorului prin unitatea de intrare este inregistrata si pastrata in memorie. De aici, ea poate fi transmisa ulterior celorlalte unitati functionale, asa cum indica fluxul informational din figura 1.1. Din punct de vedere fizic, memoria este constituita din elemente cu doua stari stabile, stari carora li se asociaza cifrele binare 0 si 1. Prin constructie, inregistrarea si „citirea” informatiei in/din memorie se realizeaza la nivelul unui grup numit locatie sau cuvant de memorie. Numarul total de locatii al unei memorii constituie capacitatea sa. Informatia binara memorata intr-un element cu doua stari stabile se numeste bit (prescurtare cuvintelor din limba engleza binary digit – cifra binara). Capacitatea memoriei se exprima de obicei cu multipli de K, 1 K fiind egal cu 1024 (2 la puterea 10). Intr-o exprimare mai riguroasa se precizeaza si lungimea cuvantului de memorie (in numar de biti). De exemplu 64 Kocteti (1 octet = 8 biti).

Fig. 1.1 Schema bloc generala a unui calculator.

Unitatile functionale

Cu cat capacitatea memoriei este mai mare, cu atat pretul sau este mai ridicat. De aceea memoria unui calculator se compune de fapt din „memoria interna” si „memoria externa”. In memoria interna, cu timpi de inscriere si citire a informatiilor relativ mici (uzual de ordinul sutelor de nanosecunde pana la microsecunde) si cu un pret ridicat, sunt inscrise informatiile necesare intr-un anumit interval de timp in procesul de calcul. Acesta poate fi realizata cu elemente semiconductoare si cu inele de ferita CHD (cu Ciclu de Hysterezis Dreptunghiular). In scopul pastrari unei cantitati mai mari de informatie se foloseste memoria externa, cu un timp de acces la informatie (inscriere sau citire) sensibil mai mare fata de memoria interna, deci de tip cu pret pe unitatea de informatie mai scazut. In mod curent memoria externa este constituita din unitati de banda magnetica si unitati de discuri magnetice.

Unitatea centrala de prelucrare este compusa in fapt din doua subunitati functionale unitatea de prelucrare si unitatea de comanda.

Unitatea de prelucrare realizeaza prelucrarea informatiei efectuand transformari asupra reprezentarilor binare ale acesteia. Ea contine un numar de cuvinte de memorie, numite „registre”, folosite pentru emorarea temporara a informatiei precum si circuitele electronice pentru eventuala modificare a continutului registrelor. Transformarile efectuate de unitatea de calcul reprezinta operatii aritmetice, logice, comparari, deplasari ale reprezentarilor binare ale unor valori numerice, logice sau alfanumerice (siruri de carcatere).

Functionarea unui calculator presupune functionarea corelata a unitatilor sale componente. Fiecare operatie a calculatorului in ansamblu este realizata ca un grup de operatii mai simple, executate de anumite unitati (subunitati) functionale intr-o anumita ordine. De exemplu transferul informatiei de la utilizator in memorie se realizeaza prin executarea unei operatii de citire de catre unitatea de intrare, urmata de o operatie de inregistrare (scriere) in memorie. Coordonarea functionarii diverselor unitati functionale ale unui calculator este realizata de unitatea de comanda (cealalta subunitate functionala a unitatii centrale de prelucrare). Aceasta genereaza si transmite semnale de control, fiecare semnal declansand executia unei anumite operatii intr-o anumita unitate (sagetile desenate prin linie intrerupta in fig. 1.1). Fiecarei operatii pe care calculatorul, in ansamblu, o poate executa ii corespunde o secventa tipica de semnale de control. Pe de alta parte, fiecarei operatii ii corespunde un cod binar (o secventa de 0 si 1) numit instructiune. Prin recunoasterea (decodificarea) acestui cod, unitatea de comanda poate stabili secventa de semnale de control pe care trebuie sa o genereze. Functionarea unitatii de comanda este strict secventiala, adica la un moment dat ea poate controla executia unei singure operatii. Operatiile implicate de o anumita prelucrare de informatie sunt reprezentate de o succesiune de instructiuni, alcatuind un „program”.

Ca parte a informatiei transmise de utilizatori, programul este pastrat in memoria calculatorului (memoria interna). De aici, instructiunile componente pot fi preluate succesiv de unitatea de comanda, care controleaza executia lor. In acest mod executia programului se realizeaza automat, fara a necesita interventia utilizatorilor pe parcursul ei.

Unitatea de iesire are rolul de a transmite utilizatorilor, intr-o forma accesibila acestora, rezultatele prelucrarilor asupra informatiilor introduse in calculator. Ca exemple pot fi enumerate: imprimanta, care converteste informatia din forma binara in text tiparit, analog unei masini de scris; dispozitiv de afisare alfanumeric (display alfanumeric), care converteste informatia binara intr-un text redat pe ecranul unui tub catodic.

A.ARHITECTURA INTERNA A MICROPROCESOARELOR

NOTIUNI INTRODUCTIVE

Microprocesorul este un circuit LSI (Large Scale Integration) complex care implementeaza cea mai mare parte a functiilor unei unitati centrale de prelucrare traditionala, adica este capabil de a efectua operatii aritmetice si logice sub controlul unui program. Un circuit LSI este rezultatul unui proces de integrare pe scara larga, in urma caruia mai multe mii de componente electronice elementare (tranzistoare, diode etc.), se realizeaza pe o singura pastila de siliciu.

Deci, microprocesorul nu este un calculator, ci numai o parte a sa, ingloband in general dispozitivul aritmetic si dispozitivul de comanda. Pentru a realiza un calculator cu ajutorul unui microprocesor, denumit in mod obisnuit microcalculatorul, este necesar sa se mai ataseze microprocesorului element de memorie si circuite de interfata, pe langa unele circuite indinspensabile pentru buna functionare a microprocesorului (generator de tact, amplificator de semnal etc.). Elementele de memorie integrate pot fi de tip ROM sau permanente, in care informatia se inscrie prin procedee speciale si nu poate fi decat citita in timpul functionarii microcalculatorului si de tipul RAM sau cu acces aleator, in care informatia poate fi atat scrisa, cat si citita in timpul functionarii microcalculatorului. Circuitele de interfata realizeaza comunicatia intre microsistem si diferite tipuri de echipamente periferice, asa cum se arata in schema bloc a unui microcalculator, redata in figura 1.1.



Fig 1.2 Schema bloc a unui microcalculator realizat cu microprocesor

Interconexiunile intre elementele constituiente ale unui microcalculator se realizeaza prin intermediul magistralelor. O magistrala reprezinta suportul fizic de transmitere a informatiei sau semnalelor, grupate de obicei pe functiuni. Dupa functiunile indeplinite de semnalele transmise, deosebim urmatoarele tipuri de magistrale: magistrala de date, pe care se transmit datele schimbate intre module. Numarul de linii ale acestei magistrale depinde de numarul de biti din care este format cuvantul de date al microprocesorului toti bitii unui cuvant fiind transmisi in paralel. De obicei magistrala de date este bidirectionala, adica permite transmiterea datelor in ambele sensuri (bineinteles nu simultan), magistrala de adrese serveste pentru selectarea sursei sau destinatiei semnalelor de pe o alta magistrala. Pe aceasta magistrala sunt vehiculate adrese care pot reprezenta fie adresa unui cuvant de memorie, fie adresa unui circuit de interfata (de fapt a unui registru dintr-un circuit de interfata). Uzual, numarul de linii al acestei magistrale este de 16, permitand astfel adresarea unui spatiu de memorie de = 64 K cuvinte: magistrala de comanda asigura sincronizarea operatiilor sistemului. Pe aceasta magistrala se transmit informatii de stare si de comanda indreptate catre (sau de la) microprocesor. Pentru a putea fi utila, o magistrala de comanda comporta un numar de cel putin 10 linii, in mod curent chiar mai multe.

Magistralele din figura 1.2 sunt magistrale externe, spre deosebire de magistrale interne, continute in pastila de siliciu pe care este realizat microprocesul si care interconecteaza diferitele blocuri functionale ale acestuia.

2. ARHITECTURA „STANDARD” A UNUI MICROPROCESOR

Arhitectura cea mai simpla a unui microprocesor, care poate fi regasita in forme asemanatoare la majoritatea microprocesoarelor, este prezentata in figura 1.3. Se deosebesc urmatoarele blocuri functionale interconectate unitatea aritmetico-logica, denumita prescurtat UAL: registre; unitatea de comanda si control.

Fiecare microprocesor este caracterizat prin lungimea in biti a cuvantului de informatie. Aceasta determina dimensiunea (numarul de biti) ai registrelor interne si capacitatea magistralelor. Uzual, lungimea cuvantului unui microprocesor este de 8 biti, car exista si microprocesoare cu lungimea cuvantului de 16, respectiv 32 biti (cele mai evoluate).

Fig. 1.3. Arhitectura „standard” a unui microprocesor

Se vor analiza in continuare blocurile functionale indicate in figura 1.3.

Unitatea aritmetico-logica (UAL) are rolul de a efectua operatiile aritmetice si logice. O componenta a acestuia este un registru special, numit acumulator. De obicei acumulatorul pastreaza initial unul din operanzi, iar in final rezultatul operatiei. Se mentioneaza ca exista sisteme care poseda mai mult de un acumulator. Acumulatorul este prevazut cu circuite logice suplimentare, care pot realiza deplasarea informatiei din acesta la dreapta, la stanga sau circular. Deplasarea circulara se poate face numai intre celulele acumulatorului (vezi fig. 1.4) sau flosind si unul din indicatorii de conditii, asa numitul indicator de transport CY (vezi fig 1.5).

Un alt element component al UAL il constituie reteaua de circuite logice combinationale de tipul unui sumator, cu rolul de a realiza fizic operatiile aritmetice si logice. Operatiile au loc in paralel, asupra tuturor bitilor cuvantului cu care lucreaza microprocesorul, de obicei intre continutul acumulatorului si continutul unui registru. Operatiile aritmetice efectuate sunt scaderea si adunarea, iar cele logice sunt: SI, SAU, SAU EXCLUSIV, COINCIDENTA. Unele microprocesoare sunt echipate cu circuite suplimentare de corectie, care permit efectuarea operatiilor aritmetice asupra numerelor reprezentate in codul binar-zecimal.

Tot in UAL se intalnesc o serie de circuite bistabile numite indicatori de conditie, care au rolul de a memora conditiile specifice prin care trece acesta in urma efectuarii operatiilor aritmetice si logice. Asa sunt CY – transport, Z – rezultat zero, S – semn, P – paritatea si altele. Valoril memorate de catre acesti bistabili de conditii sunt folosite de obicei in executia instructiunilor de salt conditionat.

Fig. 1.4. Deplasarea circulara intre celulele acumulatorului

Fig. 1.5. Deplasarea circulara utilizand indicatorul de transport CY.

In figura 1.3 (paretea stanga) apar registrele microprocesorului. O prima categorie o formeaza registrele cu destinatie generala, care pot pastra operanzi sau rezultate intermediare. Ele sunt conectate la magistrala interna prin intermediul unui multiplexor (notat MUX), care selecteaza continutul unuia dintre ele. Datorita restrictilor de adresabilitate, numarul acestor registre este limitat de obicei la 8. Capacitatea unui astfel de registru este egala cu lungimea cuvantului microprocesorului (in exemplul analizat 8 biti), existand posibilitatea in unele micro-procesoare de a manipula doua astfel de registre perechi.

O alta categorie de registre existente in microprocesoare o formeaza registrele de adresare (in fig 1.3 registrele cu destibatie speciala). Acestea au o capacitate egala cu doua registre generale. Caracteristica esentiala a acestor registre o constituie corectarea lor directa la magistrala de adrese externa. Incarcarea registrelor de adresare se face prin magistrala interna de 8 biti, fiind necesare doua transferuri pentru a incarca un registru de adresare.

Cel mai important registru din aceasta categorie il constituie numaratorul de adrese, prezent in toate tipurile de microprocesoare. Aceasta contine in orice moment adresa intructiunii, continutul numaratorului de adrese este transmis pe magistrala de adrese catre memorie, sau catre un circuit de interfata al unui periferic. In mod normal microprocesorul, prin circuitul sau de comanda, incrementeaza cu o unitate continutul numaratorului de adrese dupa fiecare ciclu de analiza. Aceasta incrementare secventiala nu este respectata in cazul unei instructiuni de salt, instructiune care contine adresa de salt.

Celelalte doua registre speciale, registrul undex si indicatorul de stiva, servesc tot pentru adresare, dar in cazuri mai deosebite.

Un ultim registru care trebuie amintit este registrul de instructiuni, care are rolul de a pastra codul operatiei instructiunii in curs de executie.



Blocul functional cel mai complex al unui microprocesor il constituie unitatea de comanda si control. Aceste bloc are rolul de a genera secventa semnalelor necesare pentru executia fiecarei operatii executate de catre microprocesor. Unitatea de comanda si control genereaza atat semnalele de comanda necesare sincronizarii operatiilor interne din microprocesor cat si a schimbarilor de informatii dintre acesta si memorie, respectiv circuitele de interfata. Comunicarea cu exteriorul se face pe magistrala de comanda si control. In majoritatea microprocesoarelor aceasta este implementata intern, folosind tehnica micropropagarii, tehnica ce consta in memorarea succesiunii semnalelor de comanda intr-o memorie de tip ROM, neaccesibila utilizatorului, continutul acesteia fiind stabilit la fabricarea microprocesorului. Singurul tip de microprocesor, la care conceperea si inscriereea programului de comanda (numit microprogram) in memoria ROM este realizata de utilizatori, este cel de tip „bitslice”.

3. MODUL DE LUCRU AL UNUI MICROPROCESOR

Analiza si executia unei instructiuni intr-un microprocesor comporta actiuni care pot fi grupate in doua cicluri: ciclul de extragere (INSTRUCTION FETCH) si ciclul de executie (INSTRUCTION EXECUTE).

In ciclul de extragere microprocesorul transmite pe magistrala de adrese continutul numaratorului de adrese, concomitent cu o comanda de citire adresata memoriei pe linia corespunzatoare a magistralei externe de comanda de citire adrsata memoriei pe linia corespunzatoare a magistralei externe de comanda si control. Dupa un timp (de obicei de ordinul sutelor de nanosecunde), denumit timp de acces, memoria depune pe magistrala externa de date continutul cuvantului de memorie selectat. Acest continut, prin intermediul magistralei interne a microprocesorului, este depus in registrul de instructiuni al acestuia.

In ciclul de executie, unitatea de comanda si control, folosindu-se de semnalele obtinute prin decodificarea continutului registrului de instructiuni, creeaza semnalele de comanda necesare executarii instructiunii implicate (aceste semnale sunt create secvential, adica unul dupa altul si nu simultan).

Pentru un microprocesor cu lungimea cuvantului de 8 biti, aceasta lungime de cuvant nu este suficienta pentru orice tip de instructiune. De exemplu, instructiunile care fac referire la memorie (comanda citirea sau scrierea unei date din/in memorie) au nevoie de o lungime mai mare a cuvantului. Prin urmare, o instructiune poate fi formata din 1, 2 sau 3 octeti (adica 8, 16 sau 24 biti). Pentru astfel de instructiuni microprocesorul va executa 2 sau 3 cicluri de extragere inaintea unui ciclu de executie. Intotdeauna primul octet al instructiunii reprezinta codul acesteia si se plaseaza in registrul de instructiuni, iar in urmatorii octeti sunt plasati (in urma citirii lor din memorie) in registrele generale. Necesitatea repetarii ciclului de extragere sau trecerii la ciclul de executie hotarata de unitatea de comanda si control in urma decodificarii primului octet al instructiunii, plasat dupa cum s-a vazut in registrul instructiuni.

In mod normal, un program pe care trebuie sa-l execute un microprocesor (in general un sistem de calcul), pentru rezolvarea unei anumite probleme, se compune din mai multe instructiuni, care se executa, dupa cum s-a mentionat, secvential. Microprocesorul realizeaza acest lucru incrementand cu unu (adunand cu unu) continutul numaratorului de adrese, imediat dupa ce a fost citit continutul cuvantului de memorie de la adresa continuta in acesta. Deci, microprocesorul parcurge in mod repetat ciclurile de extragere si executive, analizand secvential intrsuctiunile inscrie in memorie.

Momentele de timp la care se efectueaza diferitele operatii sunt fixate cu alutorul unui oscilator de cuartz, numit generator de tact.

In unele cazuri, timpul de acces al memoriei este mai mare decat cel presupus implicit de catre microprocesor (de obicei o perioada a semnalului de tact, adica o asa-numita stare). Deci, microprocesorul trebuie sa astepte pana cand informatia dorita este disponibila pe magistrala de date. Pentru aceasta, magistrala de comanda a acestuia este prevazuta cu o linie numita READY, pe care memoria, primind comanda de citire, emite un semnal care informeaza microprocesorul ca trebuie sa astepte (sa intre in asa-numita stare de WAIT) pana la disparitia acestuia, cand informatia este disponibila (de obicei linia READY este retrecuta in starea zero logic cand se doreste asteptare din partea microprocesorului. Microprocesorul paraseste starea WAIT atunci cand linia READY este retrecuta in starea unu logic).

Operatiile de intrare/iesire sunt similare celor de citire/scriere din memorie, cu observatia ca sunt adresate registre din unitatile de interfata si nu cuvinte ale meoriei. Microprocesorul comunica natura operatiei de intrare/iesire (intrarea sau iesire) si adresa ciruitului de interfata, urmand a receptiona sau transmite informatia in paralel, cu o lungime egala cu numarul de biti ai magistralei de date.

Deoarece unele echipamente sunt mult mai lente decat microprocesorul si folosind facilitatea READY-WAIT s-ar diminua drastic viteza de lucru a acestuia, majoritatea microprocesoarelor au prevazut modul de lucru cu intreruperi. Principal, aceasta consa in faptul ca microprocesorul dupa ce a executat un transfer de informatie cu un echipament periferic, nu asteapta terminarea operatiei de catre echipament, ci isi continua executia programului, urmand ca echipamentul periferic sa il anunte, prin activarea unei anumite linii a magistralei de comanda, cand a terminat operatia si poate efectua alta.

In general, transferul de informare intre diferite echipamente periferice si memorie se face prin intermediul microprocesorului. De exemplu, un caracter care trebuie preluat din memorie si scris la imprimanta, se citeste intai din memorie si se depune in acumulatorul microprocesorului (prin executarea unei instructiuni corespunzatoare), apoi este trimis din acumulator la imprimanta (prin executarea altei instructiuni de catre microprocesor). Pentru a mari eficienta microprocesorului in astfel de situatii se precede facilitatea de acces direct la memorie (DMA). Aceasta tehnica permite un transfer de intrare/iesire fara interventia programului, transferul fiind efectuat pe magistrala de date a microprocesorului, direct intre memorie si echipamentul periferic. De mentionat ca spre deosebire de sistemul intreruperilor, cand pe durata executarii actiuni comandate la periferic microprocesorul executa in continuare instructiunile programului sau, in timpul unui transfer DMA microprocesorul nu executa alte instructiuni, generand semnalele necesare trasnferului de date (aceste date insa nu mai trec prin microprocesor). Transferul de tip DMA este util in cazul echipamentelor periferice cu viteza mare de lucru (de exemplu unitatile de „floppy-disk”), in timpul schimbului unor blocuri de date.

4. VARIANTE IN ARHITECTURA STANDARD

Pentru transferul informatiei microprocesorului utilizeaza dupa tipuri de magistrale interne si externe. Rolul celor trei tipuri de magistrale, prin care microprocesorul comunica cu exteriorul (date, adrese si control), a fost prezentat anterior.

Unul dintre criteriile de diferentiere a arhitecturii unui microprocesor il constituie numarul de magistrale interne. Microprocesoarele pot avea una, doua sau trei magistrale interne.

Cea mai simpla si, in acelasi timp, cea mai des utilizata este arhitectura cu o singura magistrala interna, prezentata in paragraful 5.B.2. Intr-un microprocesor cu o astfel de structura, transferul datelor intre registre, precum si intre registre si unitatea aritmetico-logica (UAL) se face pe o singura magistrala. In acest caz, magistrala interna este conectata la ambele intrari ale UAL, precum si la iesire sa (vezi fig. 1.3). In timpul lucrului, magistrala interna este multiplexata (impartita in timp, distribuita) intre diferitii solicitanti. Deoarece in cazul unei operatii in UAL rezultatul apare la iesirea acesteia (deci pe magistrala), in timp ce pe magistrala este prezent al doilea operand, este necesara (pentru a nu aparea conflicte pe magistrala) o memorie temporara la cea de-a doua intrare a UAL sau la iesirea sa. Se prefera de obicei plasarea acesteia memorii la intrarea sa.



Avantajul arhitecturii cu o singura magistrala interna il constituie spatiul minim necesitar de liniile acestei magistrale pe pastila de siliciu pe care este realizat microprocesorul. Majoritatea microprocesoarelor actuale au arhitectura cu o singura magistrala interna. Dezavantajul acestei arhitecturi il constituie viteza mai mica de lucru, datorita numarului mai mare de transferuri executate pentru efectuarea unei operatii. De exemplu, pentru a insuma continutul a doua registre, se transfera intai continutul primului registru in acumulator, apoi continutul celui de-al doilea registru in memoria temporara de la a doua intrare a UAL si, in sfarsit, rezultatul de la iesirea UAL in acumulator (toate cele trei transferuri de mai sus se fac succesiv pe magistrala interna).

Pentru a mari viteza de lucru (prin micsorarea numarului de transferului necesare in executarea unei operatii), unuele microprocesoare au fost realizate cu o arhitectura continand doua sau chiar trei magistrale interne.

Fig. 1.6. Arhitectura unui microprocesor cu trei magistrale

Structura cu trei magistrale interne conduce la maximum de viteza. Acesta strucura este prezentata principal in figura 1.6.

Se observa ca fiecare intrare a UAL este conectata la cate o magistrala (A si B), continutul fiecarui registru putand fi depus pe oricare din aceste doua magistrale. Iesirea UAL este conectata la a treia magistrala (C), la care sunt conectate si intrarile tuturor registrelor. In felul acesta se poate face un singur transfer pentru depunerea celor doi operanzi pe magistralele A si B, iar dupa un timp dat de timpul necesar efectuarii operatiei in UAL, rezultatul de pe magistrala C poate fi depus in registrul dorit.

B. CONSIDERATII TEHNOLOGICE. TIPURI DE MICROPROCESARE

Tehnologiile de tip LSI permit realizarea a 10.000 - 15.000 de tranzistoare pe o pastila de siliciu. Tehnologiile de tip VLSI     (Very Large Scale Integration) permit o densitate de pana la 50.00 de tranzistoare pe o singura pastila de siliciu.

Tipurile de tehnologii utilizate se impart, in functie de materialul substratului, in doua categorii principale: cu substrat neizolat de siliciu si cu substrat izolat de siliciu, categorie in care predomina tehnologia siliciului implantat in rubin. Cea mai utilizata este varianta cu substrat neizolat de siliciu. In cadrul acesteia, in functie de tehnologia tranzistorului si structura cricuitului elementar, se deosebeste tehnologia bipolara si tehnologia MOS. Cea mai mare parte a microprocesoarelor actuale utilizeaza tehnologiile de tip MOS. Se vor prezenta in continuare variantele cele mai folosite ale acestei tehnologii.

Tehnologia PMOS este prima care a fost folosita la realizarea microprocesoarelor. Permite o densitate mare, dar are dezavantajul ca este mai lenta in raport cu celelalte variante, in special NMOS.

Tehnologia NMOS este astazi cea mai raspandita in fabricarea microprocesoarelor. Se stie ca electronii, purtatorii de sarcina in canalul de tip N al unui tranzistor NMOS, au viteza de deplasare mai mare decat golurile (de mai mult de doua ori), purtatorii de sarcina in canalul de tip P al unui tranzistor PMOS. Viteza mai mare de lucru rezultata prin aceasta tehnologie constituie caracteristica esentiala (se asigura o viteza de aproape doua ori mai mare decat cea a microprocesoarelor realizate prin tehnologie PMOS).

Tehnologia NMOS constituie cel mai bun compromis intre densitate si viteza, in scopul fabricarii microprocesoarelor complexe, cu un pret relativ scazut, pentru o productie de masa.

Tehnologia CMOS (C – complementar) utilizeaza la realizarea unei celule elementare o combinatie formata dintr-un tranzistor NMOS si unul PMOS. Prin urmare, caracteristicile de viteza si de densitate sunt intermediare intre cele ale tehnologiilor PMOS si NMOS. Avantajele principale ale acestei tehnologii sunt consumul redus de putere si imunitatea ridicata la zgomot. Mai exista si alte variante ale tehnologiei MOS, mai putin utilizate.

Dintre variantele existente ale tehnologiilor bipolare este preferata solutia TLS (TTL, SHOTTKY), care asigura o viteza mare de lucru, fiind recomandata pentru realizarea microsistemelor ultrarapide de tip „bit slice”. La un astfel de sistem, timpul de analiza si executie a unei instructiuni este de ordinul 70 100 ns, fata de aproximativ 1μs, pentru cele mai rapide microprocesoare monolitice realizate in una dintre variantele tehnologiei MOS.

O alta tehnologie bipolara, caracterizata printr-o viteza apropiata de cea a circuitelor TTL clasice, avand totodata un consum redus de putere si un inalt grad de integrare, este tehnologia IL (INTEGRATED INJECTION LOGIC).

In consecinta, fiecare tehnologie are anumite caracteristici care o face mai potrivita pentru un anumit tip de aplicatii. Criteriile utilizatorului sunt viteza (timpi de propagare), puterea consumata, gradul de integrare (deinsitatea), costul. Fabricantul trebuie sa mai tina cont si de alte criterii legate strict de tehnologie: numarul fazelor de difuzie sau implantare, numarul mastilor, coeficientul de reusita.








Politica de confidentialitate





Copyright © 2021 - Toate drepturile rezervate