Как развивались компьютеры от первого до пятого поколения. Какие технологии использовались в разных поколениях ЭВМ. Каковы основные характеристики компьютеров разных поколений.
Первое поколение компьютеров: эра электронных ламп
Первое поколение компьютеров появилось в период с 1946 по 1960 годы. Эти ЭВМ были основаны на электронных лампах и имели следующие характеристики:
- Огромные размеры — занимали целые комнаты
- Низкая надежность из-за частого выхода из строя ламп
- Высокое энергопотребление и сильный нагрев
- Низкая производительность — до 20 тысяч операций в секунду
- Маленький объем памяти — до 2 Кб
- Программирование осуществлялось в машинных кодах
Яркими представителями первого поколения были компьютеры ЭНИАК, БЭСМ-1, «Стрела». Несмотря на все недостатки, эти машины произвели настоящую революцию в вычислительной технике.
Второе поколение: транзисторная революция
Второе поколение компьютеров пришлось на период с 1960 по 1965 годы. Основным достижением стало использование транзисторов вместо ламп, что привело к значительному улучшению характеристик:
- Уменьшение размеров и энергопотребления
- Повышение надежности
- Рост производительности до 100-500 тысяч операций в секунду
- Увеличение объема памяти до 32 Кб
- Появление языков программирования высокого уровня
Компьютеры второго поколения, такие как IBM 1401 и М-20, стали гораздо доступнее и нашли широкое применение в науке и промышленности.
Третье поколение: интегральные схемы меняют правила игры
Третье поколение компьютеров, появившееся в 1965-1975 годах, ознаменовалось внедрением интегральных схем. Это привело к революционным изменениям:
- Дальнейшая миниатюризация компьютеров
- Многократное повышение производительности — до миллионов операций в секунду
- Появление мини-компьютеров
- Развитие операционных систем и программного обеспечения
- Внедрение мультипрограммирования и разделения времени
Знаковыми представителями этого поколения стали IBM System/360 и отечественные ЕС ЭВМ. Компьютеры стали доступны для средних предприятий и организаций.
Четвертое поколение: эпоха микропроцессоров
Четвертое поколение компьютеров, начавшееся в середине 1970-х годов, связано с появлением микропроцессоров. Основные достижения:
- Создание персональных компьютеров
- Резкий рост производительности — до сотен миллионов операций в секунду
- Появление графических пользовательских интерфейсов
- Развитие сетевых технологий
- Массовое распространение компьютеров
Ярчайшими представителями стали Apple II, IBM PC, Macintosh. Компьютеры проникли во все сферы жизни общества.
Пятое поколение: искусственный интеллект и параллельные вычисления
Пятое поколение компьютеров, разрабатываемое с 1980-х годов, нацелено на создание интеллектуальных систем. Основные направления развития:
- Массовое распараллеливание вычислений
- Развитие нейронных сетей и машинного обучения
- Создание квантовых компьютеров
- Разработка систем искусственного интеллекта
- Развитие облачных технологий
Хотя полноценные компьютеры пятого поколения еще не созданы, многие их черты уже реализованы в современных суперкомпьютерах и системах искусственного интеллекта.
Основные типы современных компьютеров
В настоящее время существует несколько основных типов компьютеров, различающихся по назначению и характеристикам:
- Персональные компьютеры — для индивидуального использования
- Серверы — для обработки запросов от множества клиентов
- Суперкомпьютеры — для решения сложнейших вычислительных задач
- Мейнфреймы — для централизованной обработки данных в крупных организациях
- Встраиваемые компьютеры — для управления различными устройствами
Каждый тип имеет свои особенности архитектуры и программного обеспечения, оптимизированные под конкретные задачи.
Ключевые компоненты современного компьютера
Несмотря на огромное разнообразие современных компьютеров, все они имеют схожую базовую архитектуру, включающую следующие основные компоненты:
- Центральный процессор (CPU) — выполняет вычисления и управляет работой системы
- Оперативная память (RAM) — хранит данные и программы во время работы компьютера
- Постоянная память (ROM) — содержит базовые настройки и программы
- Накопители (HDD, SSD) — для долговременного хранения информации
- Устройства ввода-вывода — для взаимодействия с пользователем и внешним миром
Все эти компоненты соединены системной шиной, обеспечивающей обмен данными между ними. Понимание этой архитектуры помогает лучше представлять принципы работы современных компьютеров.
Будущее компьютерных технологий
Развитие компьютерных технологий продолжается стремительными темпами. Некоторые перспективные направления включают:
- Квантовые вычисления — использование квантовых эффектов для экспоненциального роста производительности
- Нейроморфные компьютеры — системы, имитирующие работу человеческого мозга
- Оптические компьютеры — использование света вместо электричества для обработки информации
- Биокомпьютеры — использование биологических материалов для создания вычислительных систем
- Молекулярные компьютеры — вычисления на уровне отдельных молекул
Эти технологии могут привести к появлению принципиально новых типов компьютеров, которые произведут очередную революцию в информационных технологиях.
Поколения компьютеров | Batalygina.com
Такие компьютеры, как Эниак и Юнивак, представляли собой лишь первые модели ЭВМ. Их возможности поражали воображение. Тем не менее через некоторое время появились еще более совершенные ЭВМ . В течении десяти лет после создания Юнивака были изготовлены и введены в эксплуатацию в США 5000 компьютеров с хранимой программой. Еще через шесть лет количество компьютеров в США увеличилось в четверо.
Второе поколение ЭВМ — машины на транзисторах
Гигантские компьютеры на электронных лампах 50-х годов составили первое поколение. Благодаря развитию техники появились новые и более совершенные электронные схемы. Усовершенствование электронных схем в свою очередь привело к созданию следующих поколений ЭВМ, каждое из которых становилось более совершенным, чем предыдущее.
Второе поколение компьютеров появилось около 1960 года, когда на смену электронным лампам пришли транзисторы. Изобретенные в 1948 году транзисторы оказались способные выполнять все те функции, которые до этого выполняли электронные лампы. Но при этом они занимали существенно меньший объем и потребляли значительно меньше электроэнергии.
Транзисторные приемники стали особенно популярны в конце 50-х годов. Благодаря крошечному транзистору такие приемники имели намного меньшие габариты и вес, чем приемники на электронных лампах. Именно такими же преимуществами обладали и компьютеры на транзисторах. К этому следует добавить, что транзисторы дешевле, выделяют меньше тепла и более надежны, чем электронные лампы. Таким образом, с появлением транзисторов стало возможным не только уменьшить габариты компьютеров, но и сделать их более надежными и дешевыми. Самой удивительной способностью транзистора является то, что он один способен трудиться за 40 электронных ламп и при этом работать с большей скоростью, чем они. В результате быстродействие машин второго поколения возросло в 10 раз, объем их памяти также увеличился.
Одновременно с процессом замены электронных ламп транзисторами совершенствовались методы хранения информации. Магнитную ленту, впервые примененную в ЭВМ Юнивак, начали использовать как для ввода, так и для вывода информации. А в середине 60-х годов получило распространение хранение информации на дисках.
Третье поколение ЭВМ — машины на интегральных схемах
Подобно тому как появление транзисторов привело к созданию второго поколения компьютеров, появление интегральных схем ознаменовало собой новый этап в развитии вычислительной техники — рождение машин третьего поколения. Интегральная схема, которую называют также кристаллом, представляет собой миниатюрную электронную схему, вытравленную на поверхности кремниевого кристалла площадью около 10 мм 2.
Первые интегральные схемы (ИС) появились в 1964 году. Сначала они использовались в космической военной технике. Сейчас их можно обнаружить где угодно, включая автомобиль и бытовые приборы.
Появление интегральных схем означало подленную революцию в вычислительной технике. Ведь одна интегральная схема способна заменить тысячи транзисторов, каждый из которых в свою очередь уже заменил 40 эллектронных ламп. Другими словами, один крошечный, но сложный кристалл обладает такими же вычислительными возможностями, как 30-тонный Эниак.
Снижение габаритов ЭВМ можно проиллюстрировать следующим образом: в 1950 году в объеме машины, равном 1 куб. футу (0,028 м3), умещались 1000 электрических цепей, в 1960 году — 100 тысяч, в 1970 году — 10 миллионов, а сегодня миллиарды.
Ко всем достоинствам ЭВМ третьего поколения добавилось еще и то, что их производство оказалось дешевле, чем производство машин второго поколению Благодаря этому многие организации смогли приобрести и освоить такие машины. А это в свою очередь привело к росту спроса на универсальные ЭВМ, предназначенные для решения самых различных задач. Большинство созданных до этого машин являлись специализированными машинами, на которых можно было решать задачи какого-то одного типа.
Четвертое поколение ЭВМ — машины на больших интегральных схемах
В начале 70-х годов была предпринята попытка выяснить, можно ли на одном кремниевом кристалле разместить больше одной интегральной схемы. Развитие микроэлектроники привело к созданию возможности размещать на одном-единственном кристалле тысячи интегральных схем, Так, уже в 1980 году ЦП небольшой ЭВМ оказалось возможным разместить на кристалле площадью всего в четверть квадратного дюйма (1,61см 2). Началась эпоха микрокомпьютеров.Быстродействие микро-ЭВМ в 10 раз превышало быстродействие третьего поколения на интегральных схемах, в 1000 раз — быстродействие ЭВМ второго поколения на транзисторах и в 10 000 аз — быстродействие ЭВМ первого поколения на электронных лампах.
Почти 55 лет назад компьютеры типа Юнивак стоили около 2,5 млн. долларов. Каждые два года стоимость ЭВМ снижалась примерно в два раза.
Таблица характеристик
| Характеристика | Поколения | |||
| Первое | Второе | Третье | Четвертое | |
| Годы применения | 1946 — 1960 | 1960-1964 | 1964-1970 | 1970- |
| Основной элемент | Электронная лампа | Транзистор | Интегральная схема | Большая интегральная схема |
| Количество ЭВМ в мире | Сотни | Тысячи | Десятки тысяч | Миллионы |
| Ко-во электрических цепей в кубическом футе(1.62см3) | 1000 | 100000 | 10млн | Миллиарды |
| Размеры | Очень большие(ENIAC, EDSAC, UNIVAC) | Значительно меньше | Миникомпьютеры | Микрокомпьютеры |
| Быстродействие | 1 (условно) | 10 | 1000 | 100000 |
| Носитель информации | — | Магнитная лента | Диск | Гибкий диск |
Основные даты в истории развития компьютеров
Около 3000г. до нашей эры — счеты в Китае.
1642г. — первая механическая суммирующая машина Паскаля.
1694г. — счетная машина Лейбница.
1801г. — Жаккаром изобретены перфорационные карты для ткацких станков.
1830-е годы — Бэбиджем разработан первый программируемый компьютер.
1836 г — изобретен телеграф.
1846г. — изобретена швейная машина.
1860г. — изобретен двигатель внутреннего сгорания.
1867г. — изобретена пишущая машинка.
1876г. — изобретен телефон.
1890г. — счетно — аналитическая машина Холлерита, в которой впервые для расчетов использовано электричество.
1895г. — изобретено радио.
1930г. — первый аналоговый компьютер Буша.
1944г. — первый цифровой компьютер Айкена (Марк I).
1946г. — первый полностью электронный цифровой компьютер Маушли и Эккерта (Эниак).
1948г. — изобретен транзистор.
1949г. — завершена работа над первым компьютером с хранимой программой (Эдзак).
1951г. — первая серийная ЭВМ (Юнивак).
1964г. — появление интегральных схем.
1965г. — первый мини-компьютер.
1969г. — высадка астронавтов на Луну.
1970-е -создание больших интеральных схем.
1977 г. — первый микрокомпьютер Возниака и Джобса, выпущенной фирмой Apple.
1980г. — создан центральный процессор на одном кремниевом кристалле.
1980-е — появились сверхбольшие интегральные схемы.
Источник: «Основы компьютерной грамотности» 1989 г. Б. Кёршан, А.Новембер,Дж Стоун
Поколения компьютеров
I поколение компьютеров
Появились в 1946 году. К особенностям этих компьютеров относится применение вакуумно-ламповой технологии. Для ввода-вывода данных использовались перфоленты и перфокарты , магнитные ленты и печатающие устройства. В компьютерах первого поколения была реализована концепция хранимой программы. Компьютеры данного поколения сумели зарекомендовать себя в прогнозировании погоды , энергетических задач , Задач военного характера и других сложнейших операциях.
II поколение компьютеров
Появились в 1955 году. В них вместо ламп использовались транзисторы. Они стали более надежными, быстродействие их повысилось, потребление энергии уменьшилось. С появлением памяти на магнитных сердечниках цикл ее работы уменьшился до десятков микросекунд. Главный принцип структуры — централизация. Для компьютеров этого поколения характерно использование первых языков программирования высокого уровня, которые получили свое развитие в компьютерах следующего поколения.
III поколение компьютеров
Появились в 1964 году. Они проектировались на основе интегральных схем малой степени интеграции. Появились операционные системы , которые стали брать на себя задачи управления памятью , устройствами ввода-вывода и другими ресурсами ; стало возможным мультипрограммирование. В начале 60-х гг. группой разработчиков фирмы IBM был введен термин «архитектура компьютера». К концу 60-х гг. появились мини-компьютеры. Экономичность мини-компьютеров быстро расширила сферу их применения : управление, передача данных , автоматизация научных экспериментов и т. д. В рамках рассматриваемого поколения в 1971 году появился первый микропроцессор, как неожиданный результат работы фирмы Intel над схемами калькуляторов.
IV поколение компьютеров
Появились в 1975 г. с изобретением больших и сверхбольших интегральных схем. В компьютерах этого поколения стали использоваться быстродействующие системы памяти на интегральных схемах емкостью несколько мегабайт. Появление в середине 70-х первых персональных компьютеров предоставило индивидуальному пользователю такие же вычислительные ресурсы, какими в 60-е годы обладали большие компьютеры. К концу 80-х четко определилось существование двух классов компьютеров, определяющих развитие компьютерного мира:
суперкомпьютеров , имеющих многопроцессорную архитектуру и использующих принципы параллелизма, и персональных компьютеров .
V поколение компьютеров
Появились в 1990 г. Главный упор при создании компьютеров сделан на их «интеллектуальность». Внимание акцентируется на архитектуре, ориентированной на обработку знаний. Обработка знаний — это одна из областей практического применения искусственного интеллекта, предполагающая использование и обработку компьютером знаний, которыми владеет человек для решения проблем и принятия решений.
Третье поколение. Компьютеры на интегральных схемах (1965-1980)
Быстродействие: миллионы операций в секунду.
Интегральная схема представляет собой электронную схему, вытравленную на кремниевом кристалле. На такой схеме умещаются тысячи транзисторов. Следовательно, компьютеры этого поколения были вынуждены стать еще мельче, быстрее и дешевле.
Последнее свойство позволяло компьютерам проникать в различные сферы деятельности человека. Из-за этого они становились более специализиро- ванными (т.е. имелись различные вычислительные машины под различные задачи).
Появилась проблема совместимости выпускаемых моделей (программного обеспечения под них). Впервые большое внимание совместимости уделила ком- пания IBM.
Было реализовано мультипрограммирование (это когда в памяти находится несколько выполняемых программ, что дает эффект экономии ресурсов процессора).
Дальнейшее развитие миникомпьютеров (PDP-11)
Четвертое поколение. Компьютеры на больших (и сверхбольших) интегральных схемах (1980-…)
Быстродействие: сотни миллионов операций в секунду.
Появилась возможность размещать на одном кристалле не одну интегральную схему, а тысячи. Быстродействие компьютеров увеличилось значительно. Компьютеры продолжали дешеветь и теперь их покупали даже отдельные личности, что ознаменовало так называемую эру персональных компьютеров. Но отдельная личность чаще всего не была профессиональным программистом. Следовательно, потребовалось развитие программного обеспечения, чтобы личность могла использовать компьютер в соответствие со своей фантазией.
В конце 70-х – начале 80-х популярностью пользовался компьютера Apple, разработанный Стивом Джобсом и Стивом Возняком. Позднее в массовое производство был запущен персональный компьютер IBM PC на процессоре Intel.
Позднее появились суперскалярные процессоры, способные выполнять множество команд одновременно, а также 64-разрядные компьютеры.
Пятое поколение ЭВМ
Сюда относят неудавшийся проект Японии (хорошо описан в Википедии). Другие источники относят к пятому поколению вычислительных машин так называемые невидимые компьютеры (микроконтроллеры, встраиваемые в бытовую технику, машины и др.) или карманные компьютеры.
Также существует мнение, что к пятому поколению следует относить компьютеры с двухядерными процессорами. С этой точки зрения пятое поколение началось примерно с 2005 года.
Типы компьютеров: персональные, микроконтроллеры, серверы, мейн- фреймы и др.
Персональные компьютеры, знакомые большинству людей, являются далеко не единственным типом вычислительных машин. Обычно компьютеры классифицируют по производительности и способу использования.
Персональные компьютеры (ПК)
Различают стационарные и портативные (ноутбуки).
Для персональных компьютеров обязательно наличие монитора и ряда других периферийных устройств. В блоке ПК находятся материнская (системная) плата, процессор, различная память (ОЗУ, жесткий диск), устройства ввода-вывода, интерфейсы периферийных устройств и др.
ПК хорошо расширяемы. К ним легко подключаются различные дополнительные устройства. На персональные компьютеры можно устанавливать широкий спектр различного программного обеспечения.
Игровые компьютеры
По сравнению с персональными вычислительными машинами у игровых компьютеров увеличены мультимедийные возможности (звук, видео, интерактивность), но существуют ограничения на объем программного обеспечения, а также возможность дальнейшего расширения (подключения новых устройств). У игровых компьютеров не предполагается наличие монитора и жесткого диска.
В качестве примера игрового компьютера можно привести Sony Play Station.
Цены на игровые компьютеры обычно ниже, чем на персональные.
Карманные компьютеры
Похожи на персональные компьютеры, но меньше их по размеру (представляют собой «наладонники»). Обычно используются как электронные ежедневники или для чтения электронных книг.
Микроконтроллеры
Микроконтроллеры устанавливаются на различные бытовые и технические устройства (сотовые телефоны, стиральные машины, принтеры, телевизоры, автомобили и др.). Они предоставляют человеку возможность управления устройством.
Микроконтроллер, не смотря на свои размеры, является полноценным вычислительным устройством, т.к. имеет память, процессор и средства ввода-вывода. Программа для микроконтроллера обычно устанавливается его производителем, при этом отсутствует возможность ее изменения в дальнейшем.
Микроконтроллеры производятся в огромных количествах (большими партиями).
Серверы
Серверы отличаются от ПК лишь своей мощностью (серверы мощнее) и необязательностью присутствия монитора и др. периферийных устройств. Используются в сетях.
У серверов обычно увеличены объемы памяти (ОЗУ и жесткий диск) и установлены высокоскоростные сетевые интерфейсы. На сервере хранят данные и программы (выделяют файловый сервер и сервер приложений). Процессор сервера обычно занимается управлением пользователями и правами для доступа к данным. Вычисления производятся на компьютерах-клиентах.
Мейнфреймы
Мейнфреймы представляют собой большие компьютеры (с комнату), производящие централизованную обработку данных больших объемов. Пользователи получают доступ через терминалы (клавиатура+монитор) и/или ПК, в основном предназначенные для ввода и вывода информации. Количество подключаемых терминалов обычно составляет несколько сотен.
Мейнфреймы характеризуются высокой надежностью.
Мощность мейнфреймов хоть и больше чем у ПК и серверов, но не намного. Зато они обладают высокой скоростью процессов ввода-вывода и имеют увеличенный размер постоянной памяти.
Мейнфреймы достаточно дорого стоят (в пределах миллиона долларов). Используются в больших организациях (банки, аэропорты, правительственные учреждения).
Суперкомпьютеры
Суперкомпьютеры – это очень мощные системы (мощный процессор), которые зародились в 60-х годах. Используются для решения задач, которые требуют сложных вычислений больших объемов (например, изучение космоса, составление прогноза погоды). Стоят десятки миллионов долларов.
Рабочие станции
Рабочие станции, как и персональные компьютеры, предназначены для одного пользователя, однако, более мощные и могут выполнять более сложные операции.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
Поколения компьютеров: краткое описание
В соответствии с общепринятой методикой оценки развития вычислительной техники первым поколением считались ламповые компьютеры, вторым —транзисторные, третьим — компьютеры на интегральных схемах, а четвёртым — с использованием микропроцессоров.
Первое поколение ЭВМ (1948–1958) создавалось на основе вакуумных электроламп, машина управлялась с пульта и перфокарт с использованием машинных кодов. Эти ЭВМ размещались в нескольких больших металлических шкафах, занимавших целые залы.
Элементной базой машин этого поколения были электронные лампы – диоды и триоды. Машины предназначались для решения сравнительно несложных научно-технических задач. К этому поколению ЭВМ можно отнести: МЭСМ, БЭСМ-1, М-1, М-2, М-З, «Стрела», Минск-1, Урал-1, Урал-2, Урал-3, М-20, «Сетунь», БЭСМ-2, «Раздан» (рис. 2.1).
ЭВМ первого поколения были значительных размеров, потребляли большую мощность, имели невысокую надежность работы и слабое программное обеспечение. Быстродействие их не превышало 2–3 тысячи операций в секунду, емкость оперативной памяти – 2 кб или 2048 машинных слов (1 кб = 1024) длиной 48 двоичных знаков.
Второе поколение ЭВМ (1959–1967) появилось в 60-е гг. ХХ века. Элементы ЭВМ выполнялись на основе полупроводниковых транзисторов (рис. 2.2, 2.3). Эти машины обрабатывали информацию под управлением программ на языке Ассемблер. Ввод данных и программ осуществлялся с перфокарт и перфолент.
Элементной базой машин этого поколения были полупроводниковые приборы. Машины предназначались для решения различных трудоемких научно-технических задач, а также для управления технологическими процессами в производстве. Появление полупроводниковых элементов в электронных схемах существенно увеличило емкость оперативной памяти, надежность и быстродействие ЭВМ. Уменьшились размеры, масса и потребляемая мощность. С появлением машин второго поколения значительно расширилась сфера использования электронной вычислительной техники, главным образом за счет развития ПО.
Третье поколение ЭВМ (1968–1973). Элементная база ЭВМ – малые интегральные схемы (МИС), содержавшие на одной пластинке сотни или тысячи транзисторов. Управление работой этих машин происходило с алфавитно-цифровых терминалов. Для управления использовались языки высокого уровня и Ассемблер. Данные и программы вводились как с терминала, так и с перфокарт и перфолент. Машины предназначались для широкого использования в различных областях науки и техники (проведение расчетов, управление производством, подвижными объектами и др.). Благодаря интегральным схемам удалось существенно улучшить технико-эксплуатационные характеристики ЭВМ и резко снизить цены на аппаратное обеспечение. Например, машины третьего поколения по сравнению с машинами второго поколения имеют больший объем оперативной памяти, увеличенное быстродействие, повышенную надежность, а потребляемая мощность, занимаемая площадь и масса уменьшились.
Четвертое поколение ЭВМ (1974–1982). Элементная база ЭВМ – большие интегральные схемы (БИС). Наиболее яркие представители четвертого поколения ЭВМ – персональные компьютеры (ПК). Связь с пользователем осуществлялась посредством цветного графического дисплея с применением языков высокого уровня.
Машины предназначались для резкого повышения производительности труда в науке, производстве, управлении, здравоохранении, обслуживании и быту. Высокая степень интеграции способствовала увеличению плотности компоновки электронной аппаратуры, повышению ее надежности, что привело к увеличению быстродействия ЭВМ и снижению ее стоимости. Все это оказывает существенное воздействие на логическую структуру (архитектуру) ЭВМ и на ее ПО. Более тесной становится связь структуры машины и ее программного обеспечения, особенно операционной системы (ОС) (или монитора) – набора программ, которые организуют непрерывную работу машины без вмешательства человека
Пятое поколение ЭВМ (1990 – настоящее время) создано на основе сверхбольших интегральных схем (СБИС), которые отличаются колоссальной плотностью размещения логических элементов на кристалле.
6. Организация компьютерных систем
Процессоры
На рис. 2.1 показана структура обычного компьютера с шинной организацией. Центральный процессор — это мозг компьютера. Его задача — выполнять программы, находящиеся в основной памяти. Он вызывает команды из памяти, определяет их тип, а затем выполняет одну за другой. Компоненты соединены шиной, представляющей собой набор параллельно связанных проводов, по которым передаются адреса, данные и сигналы управления. Шины могут быть внешними (связывающими процессор с памятью и устройствами ввода-вывода) и внутренними.
Рис. 2.1. Схема компьютера с одним центральным процессором и двумя устройствами ввода-вывода
Процессор состоит из нескольких частей. Блок управления отвечает за вызов команд из памяти и определение их типа. Арифметико-логическое устройство выполняет арифметические операции (например, сложение) и логические операции (например, логическое И).
Внутри центрального процессора находится память для хранения промежуточных результатов и некоторых команд управления. Эта память состоит из нескольких регистров, каждый из которых выполняет определенную функцию. Обычно размер всех регистров одинаков. Каждый регистр содержит одно число, которое ограничивается размером регистра. Регистры считываются и записываются очень быстро, поскольку они находятся внутри центрального процессора.
Самый важный регистр — счетчик команд, который указывает, какую команду нужно выполнять следующей. Название «счетчик команд» не соответствует действительности, поскольку он ничего не считает, но этот термин употребляется повсеместно1. Еще есть регистр команд, в котором находится выполняемая в данный момент команда. У большинства компьютеров имеются и другие регистры, одни из них многофункциональны, другие выполняют лишь какие-либо специфические функции.
7. Программное обеспечение. Основная память.
Вся совокупность программ, хранящихся на всех устройствах долговременной памяти компьютера, составляет его программное обеспечение (ПО).
| Взаимодействие между пользователем, прикладным программным обеспечением, операционной системой и аппаратным обеспечением (оборудованием). |
— системное ПО;
— прикладное ПО;
— инструментальное ПО.
Поколения ЭВМ — урок. Информатика, 10 класс.
Можно выделить \(5\) основных поколений ЭВМ. Но деление компьютерной техники на поколения — весьма условная.
I поколение ЭВМ: ЭВМ, сконструированные в \(1946\)-\(1955\) гг.
1. Элементная база: электронно-вакуумные лампы.
2. Соединение элементов: навесной монтаж проводами.
3. Габариты: ЭВМ выполнена в виде громадных шкафов.
Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести крупные корпорации и правительства.
Лампы потребляли большое количество электроэнергии и выделяли много тепла.
4. Быстродействие: \(10-20\) тыс. операций в секунду.
5. Эксплуатация: сложная из-за частого выхода из строя электронно-вакуумных ламп.
6. Программирование: машинные коды. При этом надо знать все команды машины, двоичное представление, архитектуру ЭВМ. В основном были заняты математики-программисты. Обслуживание ЭВМ требовало от персонала высокого профессионализма.
7. Оперативная память: до \(2\) Кбайт.
8. Данные вводились и выводились с помощью перфокарт, перфолент.
II поколение ЭВМ: ЭВМ, сконструированные в \(1955\)-\(1965\) гг.
В \(1948\) году Джон Бардин, Уильям Шокли, Уолтер Браттейн изобрели транзистор, за изобретение транзистора они получили Нобелевскую премию в \(1956\) г.
\(1\) транзистор заменял \(40\) электронных ламп, был намного дешевле и надёжнее.
В \(1958\) году создана машина М-20, выполнявшая \(20\) тыс. операций в секунду — самая мощная ЭВМ \(50-х\) годов в Европе.
1. Элементная база: полупроводниковые элементы (транзисторы, диоды).
2. Соединение элементов: печатные платы и навесной монтаж.
3. Габариты: ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек, чуть выше человеческого роста, но для размещения требовался специальный машинный зал.
4. Быстродействие: \(100-500\) тыс. операций в секунду.
5. Эксплуатация: вычислительные центры со специальным штатом обслуживающего персонала, появилась новая специальность — оператор ЭВМ.
6. Программирование: на алгоритмических языках, появление первых операционных систем.
7. Оперативная память: \(2-32\) Кбайт.
8. Введён принцип разделения времени — совмещение во времени работы разных устройств.
9. Недостаток: несовместимость программного обеспечения.
Уже начиная со второго поколения, машины стали делиться на большие, средние и малые по признакам размеров, стоимости, вычислительных возможностей.
Так, небольшие отечественные машины второго поколения («Наири», «Раздан», «Мир» и др.) были в конце \(60\)-х годов вполне доступны каждому вузу, в то время как упомянутая выше БЭСМ-6 имела профессиональные показатели (и стоимость) на \(2-3\) порядка выше.
III поколение ЭВМ: ЭВМ, сконструированные в \(1965\)-\(1970\) гг.
В \(1958\) году Джек Килби и Роберт Нойс, независимо друг от друга, изобретают интегральную схему (ИС).
В \(1961\) году в продажу поступила первая, выполненная на пластине кремния, интегральная схема.
В \(1965\) году начат выпуск семейства машин третьего поколения IBM-360 (США). Модели имели единую систему команд и отличались друг от друга объёмом оперативной памяти и производительностью.
Рис. \(1\) IBM-\(360\)
В \(1967\) году начат выпуск БЭСМ — 6 (\(1\) млн. операций в \(1\) с) и «Эльбрус» (\(10\) млн. операций в \(1\) с).
В \(1968\) году сотрудник Стэндфордского исследовательского центра Дуглас Энгельбарт продемонстрировал работу первой мыши.
Рис. \(2\) Первая компьютерная мышь
В \(1969\) году фирма IBM разделила понятия аппаратных средств (hardware) и программные средства (software). Фирма начала продавать программное обеспечение отдельно от железа, положив начало индустрии программного обеспечения.
\(29\) октября \(1969\) года проходит проверка работы самой первой глобальной военной компьютерной сети ARPANet, связывающей исследовательские лаборатории на территории США.
Обрати внимание!
29 октября — день рождения Интернета.
IV поколение ЭВМ: ЭВМ, сконструированные начиная с \(1970\) г. по начало \(90\)-х годов.
В \(1971\) году создан первый микропроцессор фирмой Intel. На \(1\) кристалле сформировали \(2250\) транзисторов.
1. Элементная база: интегральные схемы.
2. Соединение элементов: печатные платы.
3. Габариты: ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек.
4. Быстродействие: \(1-10\) млн. операций в секунду.
5. Эксплуатация: вычислительные центры, дисплейные классы, новая специальность — системный программист.
6. Программирование: алгоритмические языки, операционные системы.
7. Оперативная память: \(64\) Кбайт.
При продвижении от первого к третьему поколению радикально изменились возможности программирования. Написание программ в машинном коде для машин первого поколения (и чуть более простое на Ассемблере) для большей части машин второго поколения является занятием, с которым подавляющее большинство современных программистов знакомятся при обучении в вузе.
Появление процедурных языков высокого уровня и трансляторов с них было первым шагом на пути радикального расширения круга программистов. Научные работники и инженеры сами стали писать программы для решения своих задач.
Уже в третьем поколении появились крупные унифицированные серии ЭВМ. Для больших и средних машин в США это прежде всего семейство IBM 360/370. В СССР \(70\)-е и \(80\)-е годы были временем создания унифицированных серии: ЕС (единая система) ЭВМ (крупные и средние машины), СМ (система малых) ЭВМ и «Электроника» (серия микро-ЭВМ).
В их основу были положены американские прототипы фирм IBM и DEC (Digital Equipment Corporation). Были созданы и выпущены десятки моделей ЭВМ, различающиеся назначением и производительностью. Их выпуск был практически прекращен в начале \(90\)-х годов.
В \(1975\) году IBM первой начинает промышленное производство лазерных принтеров.
В \(1976\) году фирма IBM создает первый струйный принтер.
В \(1976\) году создана первая ПЭВМ.
Стив Джобс и Стив Возняк организовали предприятие по изготовлению персональных компьютеров «Apple», предназначенных для большого круга непрофессиональных пользователей. Продавался \(Apple 1\) по весьма интересной цене — \(666,66\) доллара. За десять месяцев удалось реализовать около двухсот комплектов.
Рис. \(3\) Apple-\(1\)
В \(1976\) году появилась первая дискета диаметром \(5,25\) дюйма.
В \(1982\) году фирма IBM приступила к выпуску компьютеров IBM РС с процессором Intel 8088, в котором были заложены принципы открытой архитектуры, благодаря которому каждый компьютер может собираться как из кубиков, с учётом имеющихся средств и с возможностью последующих замен блоков и добавления новых.
В \(1988\) году был создан первый вирус-«червь», поражающий электронную почту.
В \(1993\) году начался выпуск компьютеров IBM РС с процессором Pentium.
1. Элементная база: большие интегральные схемы (БИС).
2. Соединение элементов: печатные платы.
3. Габариты: компактные ЭВМ, ноутбуки.
4. Быстродействие: \(10-100\) млн. операций в секунду.
5. Эксплуатация: многопроцессорные и многомашинные комплексы, любые пользователи ЭВМ.
6. Программирование: базы и банки данных.
7. Оперативная память: \(2-5\) Мбайт.
8. Телекоммуникационная обработка данных, объединение в компьютерные сети.
V поколение ЭВМ: разработки с \(90\)-х годов ХХ века
Элементной базой являются сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) с использованием оптоэлектронных принципов (лазеры, голография).
Источники:
Рис. 1 Автор: Ben Franske — DM IBM S360.jpg on en.wiki, CC BY 2.5, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1189162
Рис. 2 Автор: Federico Durán Soto — http://www.cerncourier.com/main/article/40/10/24/1/cernbooks2_12-00, Добросовестное использование, https://ru.wikipedia.org/w/index.php?curid=19892
Рис. 3 Автор: Photo taken by rebelpilot — rebelpilot's Flickr Site, CC BY-SA 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=183820
Поколения ЭВМ
Компьютерная грамотность предполагает наличие представления о пяти поколениях ЭВМ, которое Вы получите после ознакомления с данной статьей.
Когда говорят о поколениях, то в первую очередь говорят об историческом портрете электронно-вычислительных машин (ЭВМ).
Содержание:
1. Первое поколение ЭВМ
2. ЭВМ второго поколения
3. Третье поколение
4. ЭВМ четвертого поколения
5. Пятое поколение
Фотографии в фотоальбоме по истечении определенного срока показывают, как изменился во времени один и тот же человек. Точно так же поколения ЭВМ представляют серию портретов вычислительной техники на разных этапах ее развития.
Всю историю развития электронно-вычислительной техники принято делить на поколения. Смены поколений чаще всего были связаны со сменой элементной базы ЭВМ, с прогрессом электронной техники. Это всегда приводило к росту быстродействия и увеличению объема памяти. Кроме этого, как правило, происходили изменения в архитектуре ЭВМ, расширялся круг задач, решаемых на ЭВМ, менялся способ взаимодействия между пользователем и компьютером.
ЭВМ первого поколения
Они были ламповыми машинами 50-х годов. Их элементной базой были электровакуумные лампы. Эти ЭВМ были весьма громоздкими сооружениями, содержавшими в себе тысячи ламп, занимавшими иногда сотни квадратных метров территории, потреблявшими электроэнергию в сотни киловатт.
Например, одна из первых ЭВМ – ENIAC представляла собой огромный по объему агрегат длиной более 30 метров, содержала 18 тысяч электровакуумных ламп и потребляла около 150 киловатт электроэнергии.
Для ввода программ и данных применялись перфоленты и перфокарты. Не было монитора, клавиатуры и мышки. Использовались эти машины, главным образом, для инженерных и научных расчетов, не связанных с переработкой больших объемов данных. В 1949 году в США был создан первый полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу. Он получил название транзистор.
ЭВМ второго поколения
Транзисторы
В 60-х годах транзисторы стали элементной базой для ЭВМ второго поколения. Машины стали компактнее, надежнее, менее энергоемкими. Возросло быстродействие и объем внутренней памяти. Большое развитие получили устройства внешней (магнитной) памяти: магнитные барабаны, накопители на магнитных лентах.
В этот период стали развиваться языки программирования высокого уровня: ФОРТРАН, АЛГОЛ, КОБОЛ. Составление программы перестало зависеть от конкретной модели машины, сделалось проще, понятнее, доступнее.
В 1959 г. был изобретен метод, позволивший создавать на одной пластине и транзисторы, и все необходимые соединения между ними. Полученные таким образом схемы стали называться интегральными схемами или чипами. Изобретение интегральных схем послужило основой для дальнейшей миниатюризации компьютеров.
В дальнейшем количество транзисторов, которое удавалось разместить на единицу площади интегральной схемы, увеличивалось приблизительно вдвое каждый год.
ЭВМ третьего поколения
Это поколение ЭВМ создавалось на новой элементной базе – интегральных схемах (ИС).
Микросхемы
ЭВМ третьего поколения начали производиться во второй половине 60-х годов, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM-360. Немного позднее появились машины серии IBM-370.
В Советском Союзе в 70-х годах начался выпуск машин серии ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ) по образцу IBM 360/370. Скорость работы наиболее мощных моделей ЭВМ достигла уже нескольких миллионов операций в секунду. На машинах третьего поколения появился новый тип внешних запоминающих устройств – магнитные диски.
Успехи в развитии электроники привели к созданию больших интегральных схем (БИС), где в одном кристалле размещалось несколько десятков тысяч электрических элементов.
Микропроцессор
В 1971 году американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора. Это событие стало революционным в электронике.
Микропроцессор – это миниатюрный мозг, работающий по программе, заложенной в его память.
Соединив микропроцессор с устройствами ввода-вывода и внешней памяти, получили новый тип компьютера: микро-ЭВМ.
ЭВМ четвертого поколения
Микро-ЭВМ относится к машинам четвертого поколения. Наибольшее распространение получили персональные компьютеры (ПК). Их появление связано с именами двух американских специалистов: Стива Джобса и Стива Возняка. В 1976 году на свет появился их первый серийный ПК Apple-1, а в 1977 году – Apple-2.
Однако с 1980 года «законодателем мод» на рынке ПК становится американская фирма IBM. Ее архитектура стала фактически международным стандартом на профессиональные ПК. Машины этой серии получили название IBM PC (Personal Computer). Появление и распространение ПК по своему значению для общественного развития сопоставимо с появлением книгопечатания.
С развитием этого типа машин появилось понятие «информационные технологии», без которых невозможно обойтись в большинстве областей деятельности человека. Появилась новая дисциплина – информатика.
ЭВМ пятого поколения
Они будут основаны на принципиально новой элементной базе. Основным их качеством должен быть высокий интеллектуальный уровень, в частности, распознавание речи, образов. Это требует перехода от традиционной фон-неймановской архитектуры компьютера к архитектурам, учитывающим требования задач создания искусственного интеллекта.
Таким образом, для компьютерной грамотности необходимо понимать, что на данный момент создано четыре поколения ЭВМ:
- 1-ое поколение: 1946 г. создание машины ЭНИАК на электронных лампах.
- 2-ое поколение: 60-е годы. ЭВМ построены на транзисторах.
- 3-ье поколение: 70-е годы. ЭВМ построены на интегральных микросхемах (ИС).
- 4-ое поколение: Начало создаваться с 1971 г. с изобретением микропроцессора (МП). Построены на основе больших интегральных схем (БИС) и сверх БИС (СБИС).
Пятое поколение ЭВМ строится по принципу человеческого мозга, управляется голосом. Соответственно, предполагается применение принципиально новых технологий. Огромные усилия были предприняты Японией в разработке компьютера 5-го поколения с искусственным интеллектом, но успеха они пока не добились.
Фирма IBM тоже не намерена сдавать свои позиции мирового лидера, например, Японии. Мировая гонка за создание компьютера пятого поколения началась еще в 1981 году. С тех пор еще никто не достиг финиша. Поживем – увидим.
P.S. Статья закончилась, но можно еще прочитать:
1. Аналитическая машина Бэббиджа
2. Леди Ада Лавлейс и первая компьютерная программа
3. Может ли компьютер быть умнее человека?
4. Пять возможностей сотовых телефонов, которых не хватает в наши дни
5. Виртуальная интерактивность: что такое VR, MR, AR и их отличия
Получайте актуальные статьи по компьютерной грамотности прямо на ваш почтовый ящик.
Уже более 3.000 подписчиков
Важно: необходимо подтвердить свою подписку! В своей почте откройте письмо для активации и кликните по указанной там ссылке. Если письма нет, проверьте папку Спам.
Автор: Надежда Широбокова
19 мая 2010
Третье поколение. Компьютеры на интегральных схемах (1965-1980) — Студопедия.Нет
Быстродействие: миллионы операций в секунду.
Интегральная схема представляет собой электронную схему, вытравленную на кремниевом кристалле. На такой схеме умещаются тысячи транзисторов. Следовательно, компьютеры этого поколения были вынуждены стать еще мельче, быстрее и дешевле.
Последнее свойство позволяло компьютерам проникать в различные сферы деятельности человека. Из-за этого они становились более специализированными (т.е. имелись различные вычислительные машины под различные задачи).
Появилась проблема совместимости выпускаемых моделей (программного обеспечения под них). Впервые большое внимание совместимости уделила компания IBM.
Было реализовано мультипрограммирование (это когда в памяти находится несколько выполняемых программ, что дает эффект экономии ресурсов процессора).
Дальнейшее развитие миникомпьютеров (PDP-11).
Четвертое поколение. Компьютеры на больших (и сверхбольших) интегральных схемах (1980-…)
Быстродействие: сотни миллионов операций в секунду.
Появилась возможность размещать на одном кристалле не одну интегральную схему, а тысячи. Быстродействие компьютеров увеличилось значительно. Компьютеры продолжали дешеветь и теперь их покупали даже отдельные личности, что ознаменовало так называемую эру персональных компьютеров. Но отдельная личность чаще всего не была профессиональным программистом. Следовательно, потребовалось развитие программного обеспечения, чтобы личность могла использовать компьютер в соответствие со своей фантазией.
В конце 70-х – начале 80-х популярностью пользовался компьютера Apple, разработанный Стивом Джобсом и Стивом Возняком. Позднее в массовое производство был запущен персональный компьютер IBM PC на процессоре Intel.
Позднее появились суперскалярные процессоры, способные выполнять множество команд одновременно, а также 64-разрядные компьютеры.
Пятое поколение?
Сюда относят неудавшийся проект Японии (хорошо описан в Википедии). Другие источники относят к пятому поколению вычислительных машин так называемые невидимые компьютеры (микроконтроллеры, встраиваемые в бытовую технику, машины и др.) или карманные компьютеры.
Также существует мнение, что к пятому поколению следует относить компьютеры с двухядерными процессорами. С этой точки зрения пятое поколение началось примерно с 2005 года.
Источник: https://inf1.info/computergeneration
Поколения компьютеров
I поколение компьютеров
Появились в 1946 году. К особенностям этих компьютеров относится применение вакуумно-ламповой технологии. Для ввода-вывода данных использовались перфоленты и перфокарты , магнитные ленты и печатающие устройства. В компьютерах первого поколения была реализована концепция хранимой программы. Компьютеры данного поколения сумели зарекомендовать себя в прогнозировании погоды , энергетических задач , Задач военного характера и других сложнейших операциях.
II поколение компьютеров
Появились в 1955 году. В них вместо ламп использовались транзисторы. Они стали более надежными, быстродействие их повысилось, потребление энергии уменьшилось. С появлением памяти на магнитных сердечниках цикл ее работы уменьшился до десятков микросекунд. Главный принцип структуры — централизация. Для компьютеров этого поколения характерно использование первых языков программирования высокого уровня, которые получили свое развитие в компьютерах следующего поколения.
III поколение компьютеров
Появились в 1964 году. Они проектировались на основе интегральных схем малой степени интеграции. Появились операционные системы , которые стали брать на себя задачи управления памятью , устройствами ввода-вывода и другими ресурсами ; стало возможным мультипрограммирование. В начале 60-х гг. группой разработчиков фирмы IBM был введен термин «архитектура компьютера». К концу 60-х гг. появились мини-компьютеры. Экономичность мини-компьютеров быстро расширила сферу их применения : управление, передача данных , автоматизация научных экспериментов и т. д. В рамках рассматриваемого поколения в 1971 году появился первый микропроцессор, как неожиданный результат работы фирмы Intel над схемами калькуляторов.
IV поколение компьютеров
Появились в 1975 г. с изобретением больших и сверхбольших интегральных схем. В компьютерах этого поколения стали использоваться быстродействующие системы памяти на интегральных схемах емкостью несколько мегабайт. Появление в середине 70-х первых персональных компьютеров предоставило индивидуальному пользователю такие же вычислительные ресурсы, какими в 60-е годы обладали большие компьютеры. К концу 80-х четко определилось существование двух классов компьютеров, определяющих развитие компьютерного мира:+
суперкомпьютеров , имеющих многопроцессорную архитектуру и использующих принципы параллелизма, и персональных компьютеров .
V поколение компьютеров
Появились в 1990 г. Главный упор при создании компьютеров сделан на их «интеллектуальность». Внимание акцентируется на архитектуре, ориентированной на обработку знаний. Обработка знаний — это одна из областей практического применения искусственного интеллекта, предполагающая использование и обработку компьютером знаний, которыми владеет человек для решения проблем и принятия решений.
Источник: https://www.examen.ru/add/manual/school-subjects/mathematics-and-computer-science/computer-science/istoriya-vyichislitelnoj-texniki/pokoleniya-kompyuterov/
Поколения ЭВМ
В соответствии с общепринятой методикой оценки развития вычислительной техники первым поколением считались ламповые компьютеры, вторым —транзисторные, третьим — компьютеры на интегральных схемах, а четвёртым — с использованием микропроцессоров.
Первое поколение ЭВМ (1948–1958) создавалось на основе вакуумных электроламп, машина управлялась с пульта и перфокарт с использованием машинных кодов. Эти ЭВМ размещались в нескольких больших металлических шкафах, занимавших целые залы.
Элементной базой машин этого поколения были электронные лампы – диоды и триоды. Машины предназначались для решения сравнительно несложных научно-технических задач. К этому поколению ЭВМ можно отнести: МЭСМ, БЭСМ-1, М-1, М-2, М-З, «Стрела», Минск-1, Урал-1, Урал-2, Урал-3, М-20, «Сетунь», БЭСМ-2, «Раздан» (рис. 2.1).
ЭВМ первого поколения были значительных размеров, потребляли большую мощность, имели невысокую надежность работы и слабое программное обеспечение. Быстродействие их не превышало 2–3 тысячи операций в секунду, емкость оперативной памяти – 2 кб или 2048 машинных слов (1 кб = 1024) длиной 48 двоичных знаков.
Второе поколение ЭВМ (1959–1967) появилось в 60-е гг. ХХ века. Элементы ЭВМ выполнялись на основе полупроводниковых транзисторов (рис. 2.2, 2.3). Эти машины обрабатывали информацию под управлением программ на языке Ассемблер. Ввод данных и программ осуществлялся с перфокарт и перфолент.
Элементной базой машин этого поколения были полупроводниковые приборы. Машины предназначались для решения различных трудоемких научно-технических задач, а также для управления технологическими процессами в производстве. Появление полупроводниковых элементов в электронных схемах существенно увеличило емкость оперативной памяти, надежность и быстродействие ЭВМ. Уменьшились размеры, масса и потребляемая мощность. С появлением машин второго поколения значительно расширилась сфера использования электронной вычислительной техники, главным образом за счет развития ПО.
Третье поколение ЭВМ (1968–1973). Элементная база ЭВМ – малые интегральные схемы (МИС), содержавшие на одной пластинке сотни или тысячи транзисторов. Управление работой этих машин происходило с алфавитно-цифровых терминалов. Для управления использовались языки высокого уровня и Ассемблер. Данные и программы вводились как с терминала, так и с перфокарт и перфолент. Машины предназначались для широкого использования в различных областях науки и техники (проведение расчетов, управление производством, подвижными объектами и др.). Благодаря интегральным схемам удалось существенно улучшить технико-эксплуатационные характеристики ЭВМ и резко снизить цены на аппаратное обеспечение. Например, машины третьего поколения по сравнению с машинами второго поколения имеют больший объем оперативной памяти, увеличенное быстродействие, повышенную надежность, а потребляемая мощность, занимаемая площадь и масса уменьшились.
Четвертое поколение ЭВМ (1974–1982). Элементная база ЭВМ – большие интегральные схемы (БИС). Наиболее яркие представители четвертого поколения ЭВМ – персональные компьютеры (ПК). Связь с пользователем осуществлялась посредством цветного графического дисплея с применением языков высокого уровня.
Машины предназначались для резкого повышения производительности труда в науке, производстве, управлении, здравоохранении, обслуживании и быту. Высокая степень интеграции способствовала увеличению плотности компоновки электронной аппаратуры, повышению ее надежности, что привело к увеличению быстродействия ЭВМ и снижению ее стоимости. Все это оказывает существенное воздействие на логическую структуру (архитектуру) ЭВМ и на ее ПО. Более тесной становится связь структуры машины и ее программного обеспечения, особенно операционной системы (ОС) (или монитора) – набора программ, которые организуют непрерывную работу машины без вмешательства человека
Пятое поколение ЭВМ (1990 – настоящее время) создано на основе сверхбольших интегральных схем (СБИС), которые отличаются колоссальной плотностью размещения логических элементов на кристалле.
Источник: https://infopedia.su/10x59bc.html
Что такое интегральная схема (ИС)? Жизненно важный компонент современной электроники
Что такое интегральные схемы?Интегральная схема (ИС), иногда называемая микросхемой, микрочипом или микроэлектронной схемой, представляет собой полупроводниковую пластину, на которой изготовлены тысячи или миллионы крошечных резисторов, конденсаторов, диодов и транзисторов. ИС может функционировать как усилитель, генератор, таймер, счетчик, логический вентиль, память компьютера, микроконтроллер или микропроцессор.
ИС — это фундаментальный строительный блок 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).
Микроконтроллеры — это интегральные схемы, которые управляют определенными операциями во встроенных системах, состоящих из процессора, памяти и периферийных устройств ввода / вывода на микросхеме. На этом изображении показан микроконтроллер Microchip Technology ATtiny817.Одна ИС может содержать тысячи или миллионы:
- транзисторы
- резисторы
- конденсаторы
- диоды
На нем также могут находиться дополнительные компоненты, все связанные между собой сложной сеткой полупроводниковых пластин, кремния, меди и других материалов.По размеру каждый компонент небольшой, обычно микроскопический. Получающаяся в результате схема, монолитная микросхема, также крошечная — часто достаточно, чтобы занимать несколько квадратных миллиметров или сантиметров пространства.
Одним из распространенных примеров современной ИС является компьютерный процессор, который обычно содержит миллионы или миллиарды транзисторов, конденсаторов, логических вентилей и т. Д., Соединенных вместе, чтобы сформировать сложную цифровую схему. Хотя процессор является ИС, не все ИС являются процессорами.
История и эволюция интегральных схемИзобретение транзистора — комбинации слов transfer и resistor — в 1947 году заложило основу для современной компьютерной эпохи.
Раньше каждый транзистор поставлялся в отдельном пластиковом корпусе, а каждая схема состояла из дискретных транзисторов, конденсаторов и резисторов. Из-за большого размера этих компонентов ранние ИС были способны удерживать на печатной плате только некоторые из них — соединенные вместе.
Со временем развитие твердотельной электроники упростило уменьшение размеров компонентов.
В конце 1950-х годов изобретатели Джек Килби из Texas Instruments, Inc.и Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor Corporation нашли способы прокладывать тонкие металлические дорожки на устройствах и заставлять их работать как провода. Их решение проблемы проводки между небольшими электрическими устройствами стало началом развития современной ИС.
Интегральные схемы претерпели несколько поколений усовершенствований в зависимости от их конструкции, размера и количества компонентов на кристалле. Современные микросхемы: проектирование и изготовлениеЗа последние полвека ИС значительно продвинулись вперед благодаря более высоким скоростям, большей емкости и меньшим размерам.
По сравнению с ранними временами сегодняшние ИС невероятно сложны и способны удерживать миллиарды транзисторов и других компонентов на одном небольшом куске материала. Современная ИС представляет собой единое целое, с отдельными компонентами, встроенными непосредственно в кристалл кремния, а не просто закрепленными на нем.
IC полагается на несколько уровней абстракции. Полупроводниковая пластина, из которой состоит ИС, хрупкая и содержит множество сложных соединений между своими многочисленными слоями.Комбинация этих пластин известна как кристалл.
При наличии миллионов или миллиардов компонентов на одной микросхеме невозможно разместить и подключить каждый компонент по отдельности. Матрицы слишком малы для пайки и подсоединения. Вместо этого разработчики используют специальный язык программирования для создания небольших схемных элементов и комбинирования их для постепенного увеличения размера и плотности компонентов на кристалле в соответствии с требованиями приложения.
ИС «упакованы», чтобы превратить тонкий и крошечный кристалл в черный чип, который теперь составляет основу сотен устройств, в том числе:
Новый масштабируемый процессор Intel Xeon 3-го поколения под кодовым названием Ice Lake. Типы интегральных схем ИСмогут быть линейными (аналоговыми), цифровыми или их комбинацией, в зависимости от их предполагаемого применения.
Аналоговые или линейные ИС имеют плавно регулируемый выход в зависимости от уровня входного сигнала. Теоретически такие ИС могут находиться в бесконечном количестве состояний. В этом типе ИС уровень выходного сигнала является линейной функцией уровня входного сигнала. В идеале, когда мгновенный выходной сигнал сопоставлен с мгновенным входным сигналом, график выглядит как прямая линия.
Аналоговые ИСобычно используют всего несколько компонентов и довольно просты.
Линейные ИС используются в качестве усилителей звуковой частоты (AF) и радиочастоты (RF). Операционный усилитель (ОУ) — обычное устройство в этих приложениях. Еще одно распространенное применение аналоговой ИС — датчик температуры. Линейные ИС можно запрограммировать на включение и выключение различных устройств, когда сигнал достигает определенного значения. К ним относятся:
- кондиционеры
- обогреватели
- духовки
В отличие от аналоговых ИС, цифровые ИС не работают в непрерывном диапазоне амплитуд сигнала.Скорее, они работают только на нескольких определенных (дискретных) уровнях или состояниях. Основными строительными блоками цифровых ИС являются логические элементы, которые работают с двоичными данными, то есть сигналами, которые имеют только два разных состояния, называемых низким (логический 0) и высоким (логическая 1).
цифровых ИС в настоящее время используются во все большем количестве приложений, в том числе:
- компьютеров
- корпоративные сети
- модемы
- частотомеры
A смешанная ИС объединяет в себе принципы аналогового и цифрового проектирования.Он может функционировать как:
Микропроцессоры и ИС
Микропроцессор — наиболее сложный тип ИС, способный выполнять миллиарды операций в секунду. В вычислительном устройстве микропроцессор содержит центральный процессор (ЦП), который запускает компьютер, или графический процессор (ГП), который специализируется на рендеринге изображений и видео. Один микропроцессор содержит миллиарды взаимосвязанных транзисторов, каждый из которых выполняет определенную логическую функцию на основе инструкций часов.
Когда часы меняют состояние, транзисторы выполняют логические функции (например, вычисления), на выполнение которых они запрограммированы. Тактовая частота определяет скорость этих функций.
Современные процессоры и графические процессоры являются многоядерными, что означает, что их интегральные схемы имеют два или более процессора для одновременной обработки нескольких задач, повышения производительности и снижения энергопотребления. Первый может иметь несколько ядер, второй — тысячи. Микропроцессорытакже содержат различные типы заранее определенных ячеек памяти или регистров, в которых хранится информация:
- Постоянный регистр: хранит запрограммированные инструкции для различных операций.
- Временный регистр: хранит числа, над которыми нужно работать, и результаты операции.
- Счетчик: содержит адрес памяти следующей инструкции.
- Указатель стека: содержит адрес последней инструкции, помещенной в память стека.
- Регистр адреса памяти: содержит расположение (адрес) данных, над которыми нужно работать.
Микросхема сделала нашу жизнь намного лучше.Современный портативный компьютер в тысячи раз мощнее и примерно в 100 раз меньше, чем первый компьютер, разработанный в 1940-х годах. ENIAC был размером с три-четыре двухэтажных автобуса и работал на 18 000 электронных ламп.
Сказать, что мы прошли долгий путь, — значит ничего не сказать о ENIAC. ИК был ключом к этому прогрессу.
Что такое IC?
Обновлено: 30.06.2019 компанией Computer Hope
IC может относиться к любому из следующего:
1.Альтернативно упоминается как голая микросхема , монолитная интегральная схема или микрочип , IC сокращенно от интегральной схемы или интегральной микросхемы . ИС представляет собой пакет, содержащий кремний с множеством схем, логических вентилей, цепей, транзисторов и других компонентов, работающих вместе для выполнения определенной функции или ряда функций. Интегральные схемы — это строительные блоки компьютерного оборудования.
На рисунке показан пример нескольких интегральных схем.Поскольку ИС хрупкая, ее часто заключают в пластиковый корпус с металлическими штырями, выходящими из него для подключения к печатной плате. ИС может быть упакована как SIP (одинарная линейная упаковка), DIP (двойная линейная упаковка), PLCC (пластиковая проводка микросхемы) или другого типа.
Когда была впервые создана ИС?
Интегральная схема была впервые представлена как концепция британским радиолокационным инженером Джеффри Даммером 7 мая 1952 года. Технология IC была позже разработана Джеком Килби и Робертом Нойсом и успешно продемонстрирована 12 сентября 1958 года.
Поколения интегральных схем
С момента их создания появилось много различных поколений интегральных схем с увеличением количества транзисторов и логических вентилей на микросхему. Ниже приведен список каждого поколения и примерная емкость каждого чипа.
- SSI ( маломасштабная интеграция ) — от 1 до 10 транзисторов и от 1 до 12 логических вентилей.
- MSI ( средней интеграции ) — от 10 до 500 транзисторов и от 13 до 99 логических вентилей.
- LSI ( крупномасштабная интеграция ) — от 500 до 20 000 транзисторов и от 100 до 9 999 логических вентилей.
- VLSI ( очень крупномасштабная интеграция ) — от 20 000 до 1 000 000 транзисторов и от 10 000 до 99 999 логических вентилей.
- ULSI ( сверхбольшая интеграция ) — более 1000000 транзисторов и 100000 логических вентилей.
2. В ролевых играх IC является сокращением от в иероглифе .IC используется для описания игрока, разыгрывающего роль своего персонажа в игре, а не для разговора о вещах, не связанных с игрой.
3. В чатах IC является сокращением для , я вижу . Он также может быть сокращен как OIC , что является сокращением от Oh I See . Ниже приведен пример того, как это можно использовать в чате.
Пользователь1: Что означает ЦП?
Пользователь2: Центральный процессор
Пользователь1: OIC
Условия чата, Схема, Условия использования электроники, Fab, Условия игры, Условия оборудования, Интегрированный, MOSFET, OOC, PCB, RTC, ULSI
Как работают интегральные схемы?
Как работают интегральные схемы? — Объясни это Рекламное объявлениеКриса Вудфорда.Последнее изменение: 28 июня 2021 г.
Вы когда-нибудь слышали о компьютере 1940-х годов? называется ENIAC? Он был примерно такой же длины и веса, как три-четыре двухэтажных автобуса. содержал 18 000 гудящих электронных переключателей, известных как вакуумные лампы. Несмотря на свои гигантские размеры, это были тысячи в разы менее мощный, чем современный ноутбук — машина примерно в 100 раз меньше.
Если история вычислительной техники звучит как волшебный трюк — выжать все больше и больше мощности во все меньшее и меньшее пространство — это так! Что сделало это возможно было изобретение интегрированного схема (IC) в 1958 г.Это отличный способ набить сотни, тысячи, миллионы или даже миллиарды электронных компонентов на крошечные чипы кремния нет больше ногтя. Давайте подробнее рассмотрим микросхемы и то, как они работают!
Фото: Интегральная схема снаружи. Он поставляется в удобной форме, называемой двухрядным корпусом (DIP), который состоит из черного пластика или керамический внешний корпус с металлическими штырями по бокам для подключения к электронной плате большего размера (коричневая деталь, которую вы видите на заднем плане).Фактическая схема, которая выполняет эту работу, представляет собой крошечный чип, встроенный в DIP; вы можете увидеть, как он подключен к внешним контактам DIP на следующей фотографии.
Что такое интегральная схема?
Откройте телевизор или радио, и вы увидите, что оно построено вокруг печатная плата (PCB) : немного похоже на электрическую карту улиц с маленький электронный компоненты (например, резисторы и конденсаторы) на месте здания и печатные медные соединения связывая их вместе как миниатюрные металлические улочки.Печатные платы хороши в небольших таких приборов, но если вы попытаетесь использовать ту же технику для построить сложную электронную машину, например компьютер, вы быстро врезался в препятствие. Даже самому простому компьютеру нужно восемь электронных переключает на хранение одного байта (символа) информации. Итак, если вы хотите построить компьютер с достаточным объемом памяти для хранения этого абзаца, вы смотрите примерно 750 символов, умноженных на 8 или около того 6000 переключателей — за один абзац! Если вы любите переключатели, как в ENIAC — электронные лампы размером взрослый палец — скоро вы получите колоссально большой, энергоемкая машина, которой нужно собственное мини-электричество завод, чтобы он работал.
Фото: «Электрическая карта улиц»: Интегральная схема (справа) на печатной плате (PCB) с различными обычными электронными компонентами.
Когда в 1947 году три американских физика изобрели транзисторы, несколько улучшилось. Транзисторы были размером с электронные лампы и реле. (электромагнитные переключатели, которые начали заменять электронные лампы в середина 1940-х годов), потребляли гораздо меньше энергии и были гораздо более надежными. Но все еще оставалась проблема соединить все эти транзисторы вместе в сложных схемах.Даже после того, как были изобретены транзисторы, компьютеры по-прежнему представляли собой спутанную массу проводов.
Фото: Интегральные схемы вставляются в печатные платы (ПП), как зеленая, которую вы видите здесь. Обратите внимание на тонкие дорожки, соединяющие «ножки» (клеммы) двух разных ИС. Другие дорожки связывают ИС с обычными электронными компонентами, такими как резисторы и конденсаторы. Вы можете думать о дорожках как о «улицах», прокладывающих пути между «зданиями», где делаются полезные вещи (сами компоненты).Также существует миниатюрная версия печатной платы внутри интегральной схемы: дорожки создаются в микроскопической форме на поверхности кремниевой пластины.
Интегральные схемы все изменили. Основная идея заключалась в том, чтобы взять полная схема, со всеми ее многочисленными компонентами и связями между их, и воссоздать все это в микроскопически крошечной форме на поверхности кусок кремния. Это была удивительно умная идея, и она реализована возможно всевозможные «микроэлектронные» гаджеты, которые мы сейчас принимаем за предоставлено, от цифровых часов и карманные калькуляторы на Луну ракеты и ракеты со встроенной спутниковой навигацией.
Фото: Интегральная схема изнутри. Если бы вы могли снять крышку с типичного микрочипа, такого как тот, что на верхнем фото (а это не очень легко — поверьте, я пробовал!), Вы бы нашли внутри именно это. Интегральная схема — это крошечный квадрат в центре. От него выходят соединения к клеммам (металлические штыри или ножки) по краю. Когда вы подключаете что-либо к одной из этих клемм, вы фактически подключаетесь к самой цепи. Вы можете увидеть рисунок электронных компонентов на поверхности самого чипа.Фото любезно предоставлено Исследовательским центром NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).
Закон Мура
Интегральные схемы произвели революцию в электронике и вычислительной технике в 1960-х и 1970-х годах. Первый, инженеры помещали десятки компонентов на микросхему в так называемой маломасштабной интеграции (SSI). Вскоре последовала Medium-Scale Integration (MSI) с сотнями компонентов в области такого же размера. Как и ожидалось, примерно в 1970 году крупномасштабная интеграция (БИС) принесла тысячи компонентов, очень крупномасштабная интеграция (СБИС). дали нам десятки тысяч и миллионы сверхбольших масштабов (ULSI) — и все на микросхемах не больше, чем они был раньше.В 1965 году Гордон Мур из компании Intel, ведущего производителя микросхем, заметил, что количество компонентов на микросхеме удваивалась примерно каждые один-два года. Закон Мура , как он известен, продолжает действовать с тех пор. В интервью The New York Times 50 лет спустя, в 2015 году, Мур выразил свое удивление по поводу того, что закон продолжает оставаться в силе: «Первоначальное предсказание заключалось в том, чтобы смотреть на 10 лет, что, по моему мнению, было большой натяжкой. Это исходило примерно из 60 элементов. на интегральной схеме до 60 000 — тысячекратная экстраполяция за 10 лет.Я думал, что это было довольно дико. То, что нечто подобное происходит уже 50 лет, поистине удивительно ».
Диаграмма: Закон Мура: количество транзисторов, упакованных в микрочипы, примерно удваивается каждый год или два за последние пять десятилетий — другими словами, оно растет в геометрической прогрессии. Если вы построите график количества транзисторов (ось y) в зависимости от года выпуска (ось x) для некоторых распространенных микрочипов за последние несколько десятилетий (желтые звезды), вы получите экспоненциальную кривую; вместо этого построив логарифм, вы получите прямую линию.Обратите внимание, что вертикальная ось (y) на этой диаграмме является логарифмической. и (из-за графического программного обеспечения OpenOffice, которое я использовал) горизонтальная ось (x) имеет лишь неопределенно линейную форму. Источник: построено с использованием данных Transistor Count, Wikipedia, сверено с данными из других источников.
Рекламные ссылкиКак изготавливаются интегральные схемы?
Как сделать что-то вроде микросхемы памяти или процессора для компьютера? Все начинается с необработанного химического элемента, такого как кремний, который подвергается химической обработке или легированию, чтобы придать ему другие электрические свойства…
Легирование полупроводников
Фото: кремниевая пластина. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).
Если вы читали наши статьи о диодах и транзисторы, ты будешь знаком с идеей полупроводников . Традиционно люди думали, что материалы можно разделить на две аккуратные категории: которые позволяют электричеству течь через их довольно легко (проводники) и те, что нет (изоляторы). Металлы составляют большую часть проводников, а неметаллы, такие как пластик, дерево и стекло изоляторы.На самом деле все гораздо сложнее, особенно когда речь идет об определенных элементы в середине периодической таблицы (в группах 14 и 15), особенно кремний и германий. Обычно изоляторы, эти элементы могут быть заставить вести себя больше как проводники, если мы добавим небольшое количество примеси к ним в процессе, известном как легирование . Если вы добавите сурьму в кремний, вы дадите ему немного больше электронов, чем он. обычно имеет — и способность проводить электричество. Кремний «легированный» таким образом называется n-типа .Добавляем бор вместо сурьмы и вы удаляете часть электронов кремния, оставляя после себя «дырки» которые работают как «отрицательные электроны», неся положительный электрический ток в обратном порядке. Такой кремний называется p-типа . Помещение областей кремния n-типа и p-типа рядом друг с другом создает переходы, в которых электроны ведут себя очень интересным образом — и это как мы создаем электронные компоненты на основе полупроводников, такие как диоды, транзисторы и воспоминания.
Внутри завода по производству микросхем
Фото: Интегральные схемы производятся в безупречно чистых условиях; Рабочие должны носить вот такие «костюмы для кроликов», чтобы они не загрязняли чипы, которые они производят.Это завод Intel по производству пластин в Чандлере, Аризона, США. Фото любезно предоставлено архивом Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.
Процесс создания интегральной схемы начинается с большого монокристалл кремния, имеющий форму длинной сплошной трубки, которая «нарезана салями» на тонкие диски (про габариты компакт-диска) называл вафли . Пластины разделены на множество одинаковых квадратных или прямоугольных областей, каждая из которых из которых будет составлять один кремниевый чип (иногда называемый микрочип).Тогда тысячи, миллионы или миллиарды компонентов создается на каждом чипе путем легирования различных участков поверхности, чтобы превратить их в Кремний n-типа или p-типа. Допинг осуществляется множеством разных процессы. В одном из них, известном как напыление , ионы легирующего материала стреляют по кремниевой пластине, как пули из пистолет. Другой процесс называется осаждение из паровой фазы включает введение легирующего материала в виде газа и его конденсацию, чтобы атомы примеси создают тонкую пленку на поверхности кремния вафля.Молекулярно-лучевая эпитаксия это гораздо более точная форма осаждения.
Конечно, создание интегральных схем, содержащих сотни, миллионы, или миллиарды компонентов на кремниевом чипе размером с ноготь — это все немного сложнее и запутаннее, чем кажется. Представьте себе хаос даже пятнышко грязи может вызвать, когда вы работаете на микроскопический (а иногда даже наноскопический) шкала. Вот почему полупроводники производятся в безупречных лабораторных условиях, называемых чистых помещений , где воздух тщательно продувается фильтрованный и рабочие должны входить и выходить через шлюзы в любых защитная одежда.
Как сделать микрочип — краткое описание
Хотя создание микросхемы очень сложно и сложно, на самом деле существует всего шесть отдельных шагов (некоторые из них повторяется более одного раза). Существенно упрощенный, вот как работает процесс:
- Изготовление пластин: мы выращиваем чистые кристаллы кремния в длинные цилиндры и разрезаем их (как салями) на тонкие пластины, каждая из которых в конечном итоге будет разрезана на множество чипов.
- Маскирование: мы нагреваем пластины, чтобы покрыть их диоксидом кремния, и используем ультрафиолетовый свет (синий), чтобы добавить твердый защитный слой, называемый фоторезистом.
- Травление: мы используем химические вещества для удаления части фоторезиста, создавая своего рода шаблон, показывающий, где нам нужны области кремния n-типа и p-типа.
- Легирование: Мы нагреваем протравленные пластины газами, содержащими примеси, для образования областей кремния n-типа и p-типа. Может последовать дополнительная маскировка и травление.
- Тестирование: длинные металлические соединительные провода проходят от испытательной машины с компьютерным управлением до клемм на каждой микросхеме. Любые чипы, которые не работают, помечаются и отклоняются.
- Упаковка: Все нормально работающие чипы вырезаны из пластины и упакованы в защитные куски пластика, готовые для использования в компьютерах и другом электронном оборудовании.
Кто изобрел интегральную схему?
Вы, наверное, читали в книгах, что ИС были разработаны совместно Джек Килби (1923–2005) и Роберт Нойс (1927–1990), как если бы эти двое мужчин с радостью сотрудничали в их гениальном изобретении! Фактически, Килби и Нойс пришла в голову самостоятельно, более или менее точно так же время, вызвав яростную битву за права на изобретение, которое был совсем не счастлив.
Как два человека могли изобрести одно и то же в одно и то же время? Легкий: Идея интегральных схем ждала воплощения. К середине 1950-х гг. мир (и, в частности, военные) открыли потрясающий потенциал электронных компьютеров, и это ослепляюще для таких провидцев, как Килби и Нойс, было очевидно, что лучший способ сборки и подключения транзисторов в больших количества. Килби работал в Texas Instruments, когда наткнулся на идею он назвал принципом монолитности : пытаясь построить все различные части электронной схемы на кремниевом чипе.12 сентября 1958 года он вручную собрал первую в мире грубую интегральную схему. используя чип из германия (полупроводниковый элемент, подобный кремний) и Texas Instruments подали заявку на патент на идея в следующем году.
Между тем, в другой компании под названием Fairchild Semiconductor (образованной небольшая группа сотрудников, которые изначально работали над транзистором пионер Уильям Шокли) не менее блестящий Роберт Нойс экспериментировал с миниатюрой схемы его собственные.В 1959 году он использовал серию фотографических и химические методы, известные как планарный процесс (который только что был разработан коллегой Жаном Орни) создать первую практическую интегральную схему, метод, который Fairchild затем попытался патент.
Работа: Snap! Два великих инженера-электрика, Джек Килби и Роберт Нойс, пришли к этой идее почти в одно и то же время в 1959 году. Хотя Килби первым подал свой патент, патент Нойса был выдан раньше.Вот рисунки из их оригинальных патентных заявок. Вы можете видеть, что у нас, по сути, одна и та же идея с электронными компонентами, сформированными из переходов между слоями полупроводников p-типа (синий) и n-типа (красный). Подключения к областям p-типа и n-типа показаны оранжевым и желтым, а базовые слои (подложки) показаны зеленым. Картины любезно предоставлены Управлением по патентам и товарным знакам США с нашей собственной добавленной окраской, чтобы улучшить ясность и подчеркнуть сходство. Вы можете найти ссылки на сами патенты в приведенных ниже ссылках.
Между работой двух мужчин и Техасом было значительное совпадение. Инструменты и Fairchild боролись в судах большую часть 1960-х годов за то, кто действительно разработал интегральную схему. Наконец, в 1969 г. компании согласились разделить идею.
Килби и Нойс теперь по праву считаются соавторами возможно, самая важная и далеко идущая технология, разработанная в 20-м веке. век. Оба мужчины были введены в Национальный зал изобретателей Слава (Килби в 1982 году, Нойс в следующем году) и Килби прорыв был также отмечен присуждением половины доли в Нобелевская премия в Физика в 2000 году (как очень великодушно отметил Килби в своей благодарственной речи, Нойс, несомненно, тоже разделил бы приз, если бы он не умер от сердечного приступа десятью годами ранее).
В то время как Килби помнят как блестящего ученого, наследие Нойса имеет большое значение. добавленное измерение. В 1968 году он стал соучредителем компании Intel Electronics. с Gordon Moore (1929–), который продолжил разработку микропроцессора (однокристальный компьютер) в 1974 г. С IBM, Microsoft, Apple и др. компаниям-новаторам, Intel приписывают помощь в создании доступные персональные компьютеры для дома и на рабочем месте. Спасибо Нойсу и Килби и блестящих инженеров, которые впоследствии основывались на своей работе, сейчас используется около двух миллиардов компьютеров. во всем мире многие из них встроены в мобильные телефоны, портативные устройства спутниковой навигации и другие электронные устройства.
Рекламные ссылкиУзнать больше
На этом сайте
На других сайтах
- Хотите узнать больше о пионерах? Посмотрите на эти страницы о Джек Килби, первоначально опубликовано на веб-сайте Texas Instruments или посетите музей Intel, чтобы узнать о Роберте Нойсе, Гордоне Муре и их коллегах. На обоих сайтах есть великолепная коллекция фотографии ранних интегральных схем.
Статьи
- Startup Graphcore берет верх над Nvidia с последней версией A.I. Чип Джереми Кана, Fortune, 15 июля 2020 г. Представлен транзисторный чип на 59 миллиардов долларов!
- Хорошее, плохое и странное: 3 направления закона Мура Сэмюэля К. Мура. IEEE Spectrum, 26 октября 2018 г. Взгляд на недавний технический прогресс в получении новой жизни из старого закона.
- Intel находит следующий шаг закона Мура при 10 нанометрах, автор Рэйчел Кортленд. IEEE Spectrum, 30 декабря 2016 г. Как новый завод по производству микросхем поможет Intel вдохнуть новую жизнь в закон Мура.
- Закон Мура «Закончилось место, технология ищет преемника» Джона Маркова.The New York Times, 4 мая 2016 г. Почему это имеет значение, если производители микросхем больше не могут следовать закону Мура?
- Закон Мура менее важен для технической индустрии? пользователя Quentin Hardy. Нью-Йорк Таймс. 25 июля 2014 г. Изменение рабочих привычек и появление облачных вычислений меняют ожидания людей от своих компьютеров, а это означает, что закон Мура, возможно, уже не так важен, как был.
- Замедляет ли конец закона Мура мировую гонку суперкомпьютеров? пользователя Роберт Макмиллан.Wired, 23 июня 2014 г. Суперкомпьютеры не работают быстрее, чем раньше. Может быть, закон Мура, наконец, подходит к концу?
- «25 микрочипов, потрясших мир» Брайана Санто. IEEE Spectrum, 1 мая 2009 г. Если вы думаете, что микросхема — это просто микросхема, подумайте еще раз. В этой статье перечислены два десятка классических микросхем, от схем таймера до флэш-памяти и синтезаторов речи до микропроцессоров, которые радикально изменили историю вычислений.
Книги
История
Технологии
Видео
- От песка к кремнию: Intel показывает вам процесс создания микрочипа, начиная с пустыни (с песка, который дает нам кремний) и заканчивая готовым чипом.Довольно изящное видео, но некоторые комментарии или объяснения не пропали бы даром: это видео действительно имеет смысл только в том случае, если вы уже знаете обо всех процессах, которые вам показывают.
Патенты
Один из лучших способов узнать об изобретениях — это прочитать, как сами изобретатели видели и представляли свои собственные идеи; патенты предлагают отличный способ сделать это. Для тех, кто хочет получить более подробную информацию, вот пара ключевых патентов Килби и Нойса, на которые стоит обратить внимание:
- Патент США 3,115,581: Миниатюрная полупроводниковая интегральная схема от Джека С.Kilby, Texas Instruments, подана 6 мая 1959 г. и опубликована 24 декабря 1963 г. Описывает основную идею создания интегральных схем «с использованием только одного материала для всех элементов схемы и ограниченного числа совместимых этапов процесса для их производства».
- Патент США 2 981877: Полупроводниковое устройство и выводная структура Роберта Н. Нойса, Fairchild Semiconductor, поданный 30 июля 1959 г. и выданный 25 апреля 1961 г. Хотя Нойс подал заявку на это изобретение через два месяца после Килби, патент Нойса был предоставлен более чем через два месяца. годами ранее, что способствовало ожесточенной битве между Texas Instruments и Fairchild за то, кто именно изобрел интегральную схему.
Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты
статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.
Авторские права на текст © Chris Woodford 2009, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.
Подписывайтесь на нас
Сохранить или поделиться этой страницей
Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:
Цитировать эту страницу
Вудфорд, Крис.(2009/2020) Интегральные схемы. Получено с https://www.explainthatstuff.com/integratedcircuits.html. [Доступ (укажите дату здесь)]
Больше на нашем сайте …
Различий между интегральной схемой и микропроцессором
Появление интегральных схем (ИС) произвело революцию в том, как сегодня работают встроенные системы. Интегрируя транзисторные схемы в один кристалл, разработчики электроники могли создавать передовые вычислительные устройства, такие как портативные компьютеры и мобильные телефоны.Обсуждая, как работают встроенные системы, мы часто слышим об интегральных схемах и микропроцессорах. Итак, что именно представляют собой эти компоненты, чем они отличаются и как они соотносятся со встроенными системами? В этой статье мы расскажем об их отношениях и о том, как они модернизировали отрасль встраиваемых систем.
Что такое интегральная схема
В первые дни в компьютерах использовались электронные лампы, которые составляли логические схемы. Из-за большого размера и дорогостоящей сборки первый компьютер не был идеальным для массового использования.Изобретение транзистора, который регулирует ток или напряжение и действует как переключатель для электронных сигналов, помогло компенсировать эти неудачи, но все же имело свои ограничения.
Изобретение интегральной схемы (ИС) помогло революционизировать использование электронных сигналов, таких как транзисторы, в гораздо более компактную и прибыльную конструкцию. Интегральная схема, иногда называемая микросхемой или микрочипом, представляет собой полупроводниковую пластину, часто сделанную из кремния, которая объединяет набор электронных схем, включая резисторы, транзисторы, конденсаторы и диоды, которые соединяются между собой для выполнения заданной функции.Одна интегральная схема может включать от тысяч до миллионов таких электронных схем в зависимости от ее вычислительной мощности.
Интегральная схемаИнтегральные схемы очень важны при проектировании встроенных систем, поскольку они помогли произвести революцию и улучшить использование электронных схем. До того, как была использована ИС, такие компоненты, как транзисторы и резисторы, были соединены вместе на печатной плате. Но с появлением ИС эти компоненты теперь сформированы на единственном кристалле меньшего размера.
Сегодня интегральные схемы часто используются в разработке электроники и их можно разделить на аналоговые, цифровые или их комбинации. ИС могут использоваться для различных целей, включая усилители, видеопроцессоры, компьютерную память, переключатели и микропроцессоры.
Что такое микропроцессор
Итак, микропроцессор — это интегральная схема? Ответ положительный, и он считается одним из самых сложных в своем роде. Микропроцессор — это компьютерный процессор, который объединяет функции центрального процессора (ЦП) на одной интегральной схеме или одном кристалле.Он используется в компьютерной системе для выполнения логических и вычислительных задач, чтобы другие внешние схемы, включая память или периферийные ИС, могли выполнять свои функции.
Микропроцессор на печатной платеДо того, как был изобретен микропроцессор, компьютерный блок управления и обработки ЦП был построен с использованием транзисторов и, в конечном итоге, небольших интегральных схем; все они были прикреплены к печатной плате индивидуально. Изобретение микропроцессора позволило интегрировать такие компоненты на одном кристалле, сократив масштабы таких технологий.
Обычно микропроцессоры используются в приложениях, где задача не определена заранее, например, в компьютерах или видеоиграх, где задача зависит от пользователя. В этих случаях подходят микропроцессоры, поскольку они поддерживают множество вычислительных приложений.
Как интегральные схемы и микропроцессоры развивают встраиваемые системы
Интегральные схемы проложили путь к передовым встроенным системам, которые мы знаем и используем сегодня. Полупроводниковые микросхемы, которые используются в таких устройствах, как смартфоны, планшеты или портативные компьютеры, представляют собой интегральные схемы, которые обеспечивают систему электронными схемами, необходимыми для выполнения предполагаемой функции.
В частности, микропроцессорыпредставляют собой фундаментальные интегральные схемы, которые инженеры по встроенным системам часто используют во встроенных конструкциях. Микропроцессор используется для управления функциями ЦП встроенной системы, которая выполняет такие задачи, как получение и декодирование инструкций из основной памяти и использование этих инструкций для выполнения арифметических и логических операций для других устройств памяти или ввода-вывода.
Отладка и разработка встроенных систем с интегральными схемами
Интегральным схемам, как и микропроцессорам, требуется протокол связи, чтобы «общаться» и обмениваться данными между различными компонентами или даже другими ИС внутри системы.Микропроцессоры часто используют протоколы, включая I2C, SPI или USB, для обмена данными. При таком большом количестве взаимосвязанных частей, включая микропроцессор / микроконтроллер, устройства памяти и периферийные устройства ввода-вывода, разработка и проектирование встроенных систем может оказаться сложной задачей. Важно убедиться, что каждый из этих компонентов работает вместе, чтобы создать правильно работающую систему.
Чтобы определить, что каждый компонент работает должным образом, хост-адаптеры и анализаторы протоколов являются полезными инструментами, которые позволяют инженерам тестировать и отлаживать системы для проверки их производительности.Используя такие инструменты, пользователи могут легко эмулировать ведущие или ведомые устройства, быстро программировать память и контролировать шину, чтобы найти ошибки связи.
Total Phase предлагает линейку хост-адаптеров и анализаторов протоколов, отвечающих различным требованиям проекта.
Хост-адаптеры
Хост-адаптерыTotal Phase, включая хост-адаптер Aardvark I2C / SPI, хост-адаптер Cheetah SPI и последовательную платформу Promira, позволяют пользователям взаимодействовать со своими системами I2C и / или SPI и могут использоваться для различных приложений, включая создание прототипов. , эмуляция системы или высокоскоростное программирование вспышки.
Хост-адаптер Aardvark I2C / SPI — это универсальный хост-адаптер, поддерживающий протоколы I2C и SPI, который может работать на частотах до 800 кГц в качестве главного и подчиненного I2C, до 8 МГц в качестве главного устройства SPI и до 4 МГц в качестве главного устройства. Подчиненный SPI.
Хост-адаптер Cheetah SPI — это высокоскоростной адаптер SPI, способный обмениваться данными через SPI на частоте до 40+ МГц в качестве главного.
Последовательная платформа Promira — самое современное последовательное устройство Total Phase. Он построен на платформе, обновляемой на месте и настраиваемой в зависимости от требований проекта пользователя I2C и / или SPI, включая скорость, GPIO, выбор ведомого устройства и многое другое.В зависимости от приложения и уровня это устройство может поддерживать до 3,4 МГц в качестве главного и подчиненного устройства I2C, до 80 МГц в качестве главного устройства SPI и до 20 МГц в качестве подчиненного устройства SPI.
Анализаторы протокола
Линия анализаторов протоколовTotal Phase, включая анализатор протоколов Beagle I2C / SPI и набор анализаторов протоколов Beagle USB, позволяет пользователям получать информацию о шине и контролировать связь по I2C, SPI или USB (USB 2.0 и USB 3.0) в реальном -время. Пользователи могут легко просматривать низкоуровневые события шины, ошибки шины и многое другое.
Заключение
И интегральные схемы, и микропроцессоры являются важной частью понимания и создания встроенных систем. Интегральные схемы позволили нам масштабировать то, как мы используем и встраиваем транзисторы и другие электронные схемы в электронные конструкции. А без интегральных схем у нас не было бы микропроцессоров. Микропроцессоры позволяют нам размещать функциональные возможности ЦП в устройствах, что сделало наши повседневные устройства способными выполнять сложные вычисления и задачи.Хотя эти компоненты облегчают нашу жизнь, создание успешно работающих систем может оказаться сложной задачей. Наличие правильных инструментов отладки и разработки для тестирования и проверки систем может помочь упростить эти процессы.
Чтобы узнать больше о том, как наши хост-адаптеры и анализаторы протоколов могут помочь в отладке или разработке вашей собственной встроенной системы, посетите наш веб-сайт или напишите нам по адресу [email protected].
Полная история интегральной схемы
Роберт Нойс (слева) и Джек Килби (предоставлено Intel и Texas Instruments
3 Факты об интегральной схеме
- Интегральная схема была технически разработана и изобретена тремя разными людьми, не подозревающими о работе друг друга.Джеффри Даммер разработал концепцию дизайна, Роберт Нойс получил первый патент, а заявка Джека Килби находилась на рассмотрении, пока был выдан первый патент.
- Интегральные схемы отличаются от своих предшественников тем, что интегральные схемы устраняют необходимость в транзисторах, резисторах, диодах, конденсаторах и проводах за счет использования кремниевых плат и пайки.
- Функцию каждой цепи можно описать конструктивной схемой, в которой используются символы для отображения электрического потока и логических элементов управления.
История интегральных схем
Потребность в интегральных схемах (ИС) была вызвана необходимостью в меньших и меньших компонентах. До того, как британский ученый Джеффри Даммер (один из изобретателей ИС) разработал первую ИС, размер устройства был ограничен возможностью разместить на печатной плате как можно больше компонентов. Провода, транзисторы и все другие компоненты, составляющие схему, должны работать вместе для правильного функционирования, а размер компонентов определяет размер устройства.Важность этих новых схем заключается в их способности допускать миниатюризацию компонентов. Компоненты меньшего размера означают меньший общий размер, что позволило создать практически все устройства, которые мы используем сегодня, от смарт-телевизоров до сотовых телефонов. Интересно, что все три изобретателя интегральной схемы (ИС) имели опыт работы с радиолокационными технологиями.
Оригинальная интегральная схема Джека Килби
Схема: как это работало
Традиционные схемы состоят из групп проводов, транзисторов и других компонентов.Интегральные схемы отличаются тем, что некоторые компоненты заменены силиконовой древесно-стружечной плитой, типом плиты, отличным от того, что использовалось в то время. Благодаря использованию кремния размер платы был еще больше уменьшен за счет уменьшения потребности в транзисторах, резисторах, диодах и конденсаторах. Размер был дополнительно уменьшен за счет устранения необходимости в проводах, поскольку все эти части можно было припаять к силиконовой плате.
Джек Килби создал свою версию ИС в 1960 году, работая с Texas Instruments.К несчастью для Джека Килби (и для Джеффри Даммера), Роберт Нойс уже подал заявку на патент своей конструкции для первой интегральной схемы в 1959 году, который был выдан в 1961 году.
Интегральная схема, произведенная Texas Instruments.
Интегральная схема: историческое значение
Интегральные схемы играют важную роль в истории научных изобретений и развития технологий в целом. Уменьшение размера критически важных вычислительных компонентов различных типов открыло путь для создания множества других устройств.Без изобретения микросхемы, возможно, не было бы тонких смартфонов, которые каждый носит в кармане, автомобили могли бы не иметь многих наворотов, которые входят в стандартную комплектацию большинства моделей, и многие другие технологии, которые мы считаем удобством и частью повседневной жизни, могут либо не существуют или выглядят совершенно иначе.
Крупнейшими сторонниками и первыми энтузиастами интегральных схем были вооруженные силы США, которые были символом технического прогресса, когда была изобретена ИС.Важность поддержки со стороны вооруженных сил означала то, что они обычно делают для технологий; огромные объемы финансирования и бесконечные побочные эффекты изобретений, адаптированных для гражданского использования из военных технологий.
Первый электронный портативный калькулятор, изобретенный в Texas Instruments в 1967 г.
Джек Килби, Джерри Мерриман и Джеймс Ван Тассел (любезно предоставлено Texas Instruments)
Полная история часто задаваемых вопросов по интегральным схемам (часто задаваемые вопросы)
Что такое интегральная схема?
Интегральная схема — это способ построения схем, который устраняет необходимость в нескольких компонентах за счет использования силиконовой платы и пайки для обеспечения электропроводности.
Что означает IC на печатной плате?
IC обозначает интегральную схему. Это, в частности, относится к использованию конденсированных схем вместо старых методов создания схем с проводами, транзисторами и другими компонентами, увеличивающими размер всей печатной платы.
Какой номер схемы у микросхемы?
Номера схем, когда они относятся к интегральным схемам, относятся к логическим элементам и функциям этой конкретной схемы.
Как работает интегральная схема?
Интегральные схемы работают за счет устранения необходимости в транзисторах, резисторах, диодах, конденсаторах и проводах за счет использования кремниевых плат и пайки.
Какие примеры интегральных схем?
Существует несколько различных типов интегральных схем, которые выполняют множество функций. От усиления звука до регулирования напряжения и даже логических схем, каждая схема выполняет свою функцию.Каждая схема также имеет принципиальную схему с различными символами, объясняющими ее функции.
Источники- , доступно здесь: https://ieee-cas.org/sites/default/files/a_short_history_of_circuits_and_systems-_ebook-_web.pdf
- , доступно здесь: https://science.howstuffworks.com/environmental/energy /circuit3.htm
- , доступно здесь: https://www.elprocus.com/different-types-of-integrated-circuits/
Интегральные схемы — learn.sparkfun.com
Введение
Интегральные схемы (ИС) — краеугольный камень современной электроники.Они сердце и мозг большинства схем. Это вездесущие маленькие черные «микросхемы», которые можно найти практически на каждой печатной плате. Если вы не какой-то сумасшедший мастер аналоговой электроники, у вас, вероятно, будет хотя бы одна микросхема в каждом электронном проекте, который вы создаете, поэтому важно понимать их как внутри, так и снаружи.
Интегральные схемы — это маленькие черные «микросхемы», которые можно найти повсюду во встроенной электронике.
ИС — это набор электронных компонентов — резисторов, транзисторов, конденсаторов и т. Д.- все запихнуто в крошечный чип и соединено вместе для достижения общей цели. Они бывают самых разных видов: одноконтурные логические вентили, операционные усилители, таймеры 555, регуляторы напряжения, контроллеры двигателей, микроконтроллеры, микропроцессоры, FPGA … список можно продолжать и продолжать.
Рассмотрено в этом учебном пособии
- Состав IC
- Общие пакеты ИС
- Идентификация ИС
- Часто используемые ИС
Рекомендуемая литература
Интегральные схемы — одна из наиболее фундаментальных концепций электроники.Тем не менее, они основаны на некоторых предыдущих знаниях, поэтому, если вы не знакомы с этими темами, сначала подумайте о прочтении их руководств …
Что такое схема?
Каждый электрический проект начинается со схемы. Не знаю, что такое схема? Мы здесь, чтобы помочь.
Резисторы
Учебник по резисторам. Что такое резистор, как они ведут себя параллельно / последовательно, расшифровка цветовых кодов резисторов и применения резисторов.
Диоды
Праймер диодный! Свойства диодов, типы диодов и их применение.
Полярность
Введение в полярность электронных компонентов. Узнайте, что такое полярность, в каких частях она есть и как ее идентифицировать.
Конденсаторы
Узнайте обо всем, что касается конденсаторов.Как они сделаны. Как они работают. Как они выглядят. Типы конденсаторов. Последовательные / параллельные конденсаторы. Конденсаторные приложения.
Транзисторы
Ускоренный курс по биполярным транзисторам. Узнайте, как работают транзисторы и в каких схемах мы их используем.
Внутри IC
Когда мы думаем об интегральных схемах, на ум приходят маленькие черные микросхемы. Но что внутри этого черного ящика?
Внутренности интегральной схемы, видимые после снятия верхней части.Настоящее «мясо» ИС — это сложное наслоение полупроводниковых пластин, меди и других материалов, которые соединяются между собой, образуя транзисторы, резисторы или другие компоненты в цепи. Вырезанная и сформированная комбинация этих пластин называется матрицей .
Обзор кристалла ИС.
Хотя сама ИС крошечная, полупроводниковые пластины и слои меди, из которых она состоит, невероятно тонкие. Связи между слоями очень сложные.Вот увеличенная часть кубика выше:
Кристалл ИС — это схема в ее наименьшей возможной форме, слишком мала для пайки или подключения. Чтобы упростить нам работу по подключению к ИС, мы упаковываем кристалл. Пакет IC превращает тонкий крошечный кристалл в черный чип, с которым мы все знакомы.
Пакеты ИС
Пакет — это то, что инкапсулирует кристалл интегральной схемы и превращает его в устройство, к которому мы можем более легко подключиться. Каждое внешнее соединение на кристалле через крошечный кусочек золотого провода соединяется с контактной площадкой или контактом на корпусе.Контакты — это серебристые, выдавленные клеммы на ИС, которые затем подключаются к другим частям схемы. Они имеют для нас первостепенное значение, потому что именно они будут подключаться к остальным компонентам и проводам в цепи.
Существует множество различных типов корпусов, каждый из которых имеет уникальные размеры, типы монтажа и / или количество выводов.
Маркировка полярности и нумерация выводов
Все микросхемы поляризованы, и каждый вывод уникален как по расположению, так и по функциям.Это означает, что на упаковке должен быть какой-то способ передать, какой штифт какой. Большинство микросхем будут использовать либо отметку , либо точку , чтобы указать, какой вывод является первым выводом. (Иногда и то, и другое, иногда одно или другое.)
Как только вы узнаете, где находится первый вывод, номера оставшихся выводов последовательно увеличиваются по мере того, как вы перемещаетесь против часовой стрелки по микросхеме.
Тип монтажа
Одной из основных отличительных характеристик типа корпуса является способ его крепления на печатной плате.Все корпуса подразделяются на два типа монтажа: монтаж в сквозное отверстие (PTH) или поверхностный монтаж (SMD или SMT). Пакеты со сквозным отверстием , как правило, больше, и с ними намного проще работать. Они предназначены для вставки через одну сторону платы и припаивания к другой стороне.
Пакеты для поверхностного монтажа различаются по размеру от маленьких до крохотных. Все они предназначены для размещения на одной стороне печатной платы и припаяны к поверхности. Штыри SMD-корпуса либо выступают со стороны, перпендикулярно чипу, либо иногда располагаются в виде матрицы на дне чипа.ИС в этом форм-факторе не очень удобны для ручной сборки. Обычно для этого требуются специальные инструменты.
DIP (двухрядные корпуса)
DIP, сокращение от двухрядного корпуса, является наиболее распространенным корпусом ИС со сквозным отверстием, с которым вы столкнетесь. Эти маленькие микросхемы имеют два параллельных ряда штырей, перпендикулярно выступающих из прямоугольного черного пластикового корпуса.
28-контактный ATmega328 — один из самых популярных микроконтроллеров в корпусе DIP (спасибо, Arduino!).Расстояние между контактами DIP IC составляет 0,1 дюйма (2,54 мм), что является стандартным расстоянием и идеально подходит для установки в макетные платы и другие макетные платы. Общие размеры DIP-корпуса зависят от количества контактов, которое может быть от четырех до 64.
Область между каждым рядом контактов идеально разнесена, чтобы позволить микросхемам DIP занимать центральную часть макета. Это обеспечивает каждому контакту отдельный ряд на плате и гарантирует, что они не замыкаются друг на друга.
Помимо использования в макетных платах, микросхемы DIP также могут быть впаяны в печатные платы . Они вставлены в одну сторону платы и припаяны к другой стороне. Иногда, вместо того, чтобы паять микросхему непосредственно на микросхему, рекомендуется вставить в гнездо микросхемы. Использование сокетов позволяет снимать и заменять DIP IC, если он «выпустит синий дым».
Обычное гнездо DIP (вверху) и гнездо ZIF с ИС и без нее.Пакеты для поверхностного монтажа (SMD / SMT)
В наши дни существует огромное разнообразие типов корпусов для поверхностного монтажа.Чтобы работать с ИС в корпусе для поверхностного монтажа, вам обычно нужна специальная печатная плата (PCB), изготовленная для них, которая имеет соответствующий узор из меди, на которой они припаяны.
Вот несколько наиболее распространенных типов корпусов SMD, которые варьируются по способности пайки вручную от «выполнимо» до «выполнимо, но только со специальными инструментами» до «выполнимо только с очень специальными, обычно автоматизированными инструментами».
Small-Outline (СОП)
Малогабаритные ИС (SOIC) — это двоюродный брат DIP для поверхностного монтажа.Это то, что вы получите, если согнете все штыри на DIP наружу и уменьшите его до нужного размера. С твердой рукой и внимательным взглядом эти корпуса являются одними из самых простых для ручной пайки SMD-деталей. В корпусах SOIC каждый штифт обычно расположен на расстоянии около 0,05 дюйма (1,27 мм) от следующего.
SSOP (shrink small-outline package) — это еще меньшая версия пакетов SOIC. Другие похожие пакеты IC включают TSOP (тонкий корпус с мелкими контурами) и TSSOP (корпус с тонкой усадкой и мелкими контурами).
16-канальный мультиплексор (CD74HC4067) в 24-выводном SSOP корпусе.Устанавливается на доске посередине (четверть добавлена для сравнения размеров).Многие из более простых, ориентированных на одну задачу ИС, таких как MAX232 или мультиплексоры, выпускаются в формах SOIC или SSOP.
Quad Flat Pack
Распределение выводов микросхемы во всех четырех направлениях дает вам нечто, что может выглядеть как четырехугольный плоский корпус (QFP). ИС QFP могут иметь от восьми контактов на сторону (всего 32) до более семидесяти (всего 300+). Контакты на микросхеме QFP обычно разнесены от 0.От 4 мм до 1 мм. Меньшие варианты стандартного пакета QFP включают тонкий (TQFP), очень тонкий (VQFP) и низкопрофильный (LQFP) пакеты.
ATmega32U4 в 44-выводном (по 11 с каждой стороны) корпусе TQFP.Если вы отшлифуете ножки микросхемы QFP, вы получите что-то, что может выглядеть как корпус с четырьмя плоскими выводами без выводов (QFN) . Соединения на корпусах QFN представляют собой крошечные открытые площадки на нижних угловых краях ИС. Иногда они оборачиваются и обнажены как сбоку, так и снизу, в других упаковках открыта контактная площадка только в нижней части чипа.
Многофункциональный датчик IMU MPU-6050 поставляется в относительно крошечном корпусе QFN с 24 контактами, скрытыми на нижнем крае ИС.Тонкие (TQFN), очень тонкие (VQFN) и микропроводные (MLF) корпуса представляют собой меньшие варианты стандартного корпуса QFN. Существуют даже корпуса с двумя без выводами (DFN) и с тонкими двойными выводами (TDFN), которые имеют контакты только с двух сторон.
Многие микропроцессоры, датчики и другие современные ИС поставляются в корпусах QFP или QFN. Популярный микроконтроллер ATmega328 предлагается как в корпусе TQFP, так и в форме QFN-типа (MLF), в то время как крошечный акселерометр / гироскоп, такой как MPU-6050, поставляется в миниатюрной форме QFN.
Массивы с шариковой сеткой
Наконец, для действительно продвинутых ИС есть корпуса с шариковой решеткой (BGA). Это удивительно замысловатые маленькие корпусы, в которых маленькие шарики припоя расположены в виде двумерной сетки в нижней части ИС. Иногда шарики припоя прикрепляются непосредственно к матрице!
ПакетыBGA обычно предназначены для продвинутых микропроцессоров, таких как pcDuino или Raspberry Pi.
Если вы умеете паять ИМС в корпусе BGA вручную, считайте себя мастером пайки.Обычно, чтобы поместить эти пакеты на печатную плату, требуется автоматизированная процедура, включающая машины для захвата и размещения и печи оплавления.
Общие ИС
Интегральные схемы настолько распространены в электронике, что трудно охватить все. Вот несколько наиболее распространенных микросхем, которые могут встретиться в образовательной электронике.
Логические вентили, таймеры, регистры сдвига и т. Д.
Логические вентили, являющиеся строительными блоками для гораздо большего числа самих микросхем, могут быть объединены в их собственные интегральные схемы.Некоторые ИС логических вентилей могут содержать несколько вентилей в одном корпусе, как этот вентиль И с четырьмя входами:
Логические вентилимогут быть подключены внутри ИС для создания таймеров, счетчиков, защелок, регистров сдвига и других базовых логических схем. Большинство этих простых схем можно найти в пакетах DIP, а также в SOIC и SSOP.
Микроконтроллеры, микропроцессоры, ПЛИС и т. Д.
Микроконтроллеры, микропроцессоры и ПЛИС, содержащие тысячи, миллионы и даже миллиарды транзисторов в крошечной микросхеме, представляют собой интегральные схемы.Эти компоненты существуют в широком диапазоне функций, сложности и размеров; от 8-битного микроконтроллера, такого как ATmega328 в Arduino, до сложного 64-битного многоядерного микропроцессора, организующего деятельность на вашем компьютере.
Эти компоненты обычно являются самой большой ИС в цепи. Простые микроконтроллеры можно найти в корпусах от DIP до QFN / QFP, с количеством выводов от восьми до сотни. По мере того, как эти компоненты усложняются, пакет становится одинаково сложным.ПЛИС и сложные микропроцессоры могут иметь до тысячи контактов и доступны только в расширенных пакетах, таких как QFN, LGA или BGA.
Датчики
Современные цифровые датчики, такие как датчики температуры, акселерометры и гироскопы, упакованы в интегральную схему.
Эти микросхемы обычно меньше микроконтроллеров или других микросхем на печатной плате, с числом контактов от трех до двадцати. Микросхемы датчиков DIP становятся редкостью, поскольку современные компоненты обычно встречаются в корпусах QFP, QFN и даже BGA.
История интегральной схемы
Интегральная схема, иногда называемая ASIC, IC или просто микросхемой, представляет собой серию транзисторов, помещенных на небольшую плоскую деталь, обычно сделанную из кремния. ИС — действительно платформа для небольших транзисторов, небольшая микросхема, которая может работать быстрее, чем старые большие транзисторы, которые использовались в предыдущих поколениях. Они также намного более долговечны и значительно дешевле в производстве, что позволило им стать частью многих различных электронных устройств.
Появление интегральных схем произвело революцию в электронной промышленности и проложило путь для таких устройств, как мобильные телефоны, компьютеры, проигрыватели компакт-дисков, телевизоры и многие бытовые приборы, которые можно найти в доме. Кроме того, распространение чипов помогло доставить передовые электронные устройства во все части мира.
Ранняя история интегральной схемы
Истоки ИС действительно начались с ограничений, присущих вакуумной лампе, большому громоздкому устройству, предшествовавшему транзистору, который в конечном итоге привел к созданию микрочипа.Вакуумные лампы работали как электронная схема, но их нужно было прогреть, прежде чем они могли работать. Кроме того, они были весьма уязвимы для повреждения или разрушения даже при незначительных ударах или ударах.
Помня об ограничениях, немецкий инженер Вернер Якоби в 1949 году подал патент на полупроводник, который работал аналогично нынешней интегральной схеме. Якоби собрал пять транзисторов и использовал их в трехкаскадном усилителе. Результатом, как признал Якоби, стала способность уменьшать размеры таких устройств, как слуховые аппараты, и удешевлять их производство.
Несмотря на изобретение Якоби, непосредственного интереса к нему не было. Три года спустя Джеффри Даммер, который работал в Royal Radar Establishment при Министерстве обороны Великобритании, предложил первую полностью продуманную идею интегральной схемы. Однако, несмотря на то, что он читал лекции о своих идеях, он так и не смог успешно их реализовать. Именно неспособность создать ИС собственными силами привела к тому, что этот чип переместился за границу в Америку.
Изобретение IC
Перенесемся в 1957 год, когда идея создания небольших керамических пластин, каждая из которых содержала бы по одному компоненту, была впервые предложена Джеком Килби, который работал на армию США. Его идея привела к появлению многообещающей программы Micromodule. Однако по мере того, как проект по развитию этой идеи начал набирать обороты, Килби был вдохновлен на разработку другого, еще более продвинутого дизайна, который стал ИС, который мы знаем сегодня.
Прототип Килби был примитивным по сегодняшним меркам, но он сработал, и его идея действительно прижилась, когда он ушел из армии и пошел работать в Texas Instruments.12 сентября -го , 1958, Килби продемонстрировал первую работающую ИС и подал заявку на патент 6 февраля -го , 1959. Описание Килби устройства, представляющего собой работу электронной схемы, которая была полностью интегрирована, привело к чеканке термин, интегральная схема.
Неудивительно, что первыми покупателями изобретения Килби были ВВС США. Это было незадолго до того, как многие обычные электронные устройства были разработаны с учетом ИС.За свой вклад в изобретение первой настоящей интегральной схемы Килби получил Нобелевскую премию в 2000 году. Девять лет спустя его работа была названа IEEE важной вехой.
Разработка и производство
Хотя микросхема Килби была революционной, она не обошлась без проблем. Одна из самых неприятных проблем заключалась в том, что его ИС или чип были сделаны из германия. Примерно через шесть месяцев после того, как ИС Килби была впервые запатентована, Роберт Нойс, работавший в Fairchild Semiconductor, осознал ограничения германия и создал свой собственный чип, сделанный из кремния.
В то же время Джей Ласт, возглавлявший группу разработчиков Fairchild Semiconductor, работал над созданием первой планарной интегральной схемы. Вместо единственной версии он будет использовать две пары транзисторов, чтобы они могли работать отдельно. Между транзисторами была проделана канавка, чтобы они могли нормально работать. Несмотря на то, насколько революционной была идея Ласта и успех прототипа, боссы Fairchild либо не понимали, либо не признавали его работы, поэтому его отпустили.
Fairchild пошла вперед и создала микросхемы IC для использования в космическом корабле Apollo, который отправился на Луну. Именно эта программа наряду с использованием микросхем для спутников распространила ИС из военных приложений на коммерческий рынок. Это также резко снизило цену на микросхему, что сделало ее идеальной для использования во многих электронных устройствах.
Нойс, который останавливался в Fairchild, использовал идею Курта Леховца, работавшего в Sprague Electric, для создания изоляции p-n-перехода.Это была ценная новая концепция для ИС, поскольку она позволяла размещенным внутри транзисторам работать независимо друг от друга. Это открыло новые возможности для чипа, и вскоре компания Fairchild Semiconductor разработала самовыравнивающиеся вентили, которые сегодня используются во всех компьютерных чипах CMOS.
Первой заслугой в разработке самовыравнивающихся ворот был Федерико Фаггин, который придумал эту идею в 1968 году, и получил признание за свою работу в 2010 году, когда он получил Национальную медаль за технологии и инновации.
В 1960-е годы доминировало множество судебных процессов между конкурирующими компаниями, которые разработали свою собственную версию микрочипов, поскольку они улучшались для многих различных типов электронных устройств. Однако наибольшую пользу принесет компьютер. В 1950-х годах компьютеры были огромными устройствами, вмещающими едва ли несколько мегабайт. Включение интегрированного чипа в сочетании с другими нововведениями позволило компьютерам значительно уменьшить размер при одновременном увеличении объема памяти.
Сегодня ИС по-прежнему является жизненно важной частью многих различных типов электронных устройств. Он признан одним из самых важных изобретений 20 -го века и привел к тому, что Джек Килби и Роберт Нойс стали считаться изобретателями интегрированного чипа. Хотя Кирби был первым, Нойс добавил правильные элементы, чтобы заставить ИС работать должным образом и предоставить ей потенциал, который она демонстрировала на протяжении десятилетий.
