Реклама:

Вентили производятся и продаются не по отдельности, а в модулях, которые называются интегральными схемами (ИС), или микросхемами. Интегральная схема представляет собой квадратный кусок кремния размером примерно 5x5 мм, на котором располагаются несколько вентилей. Маленькие интегральные схемы обычно помещаются в прямоугольные пластиковые или керамические корпуса размером от 5 до 15 мм в ширину и от 20 до 50 мм в длину. Вдоль длинных сторон располагается два параллельных ряда выводов около 5 мм в длину, которые можно вставлять в разъемы или впаивать в печатную плату. Каждый вывод соединяется с входом или выходом какого-нибудь вентиля, с источником питания или с "землей". Корпус с двумя рядами выводов снаружи и интегральными схемами внутри официально называется корпусом с двусторонним расположением выводов (Dual Inline Package, DIP), но все называют его микросхемой, игнорируя разницу между куском кремния и корпусом, в который он помещается. Большинство корпусов имеют 14, 16, 18, 20, 22, 24, 28, 40, 64 или 68 выводов. Для больших микросхем часто используются корпуса, у которых выводы расположены со всех четырех сторон или снизу.

Микросхемы можно разделить на несколько классов с точки зрения количества вентилей, которые они содержат. Эта классификация, конечно, очень грубая, но иногда она может быть полезна:

♦ МИС (малая интегральная схема) - от 1 до 10 вентилей;

+ СИС (средняя интегральная схема) - от 1 до 100 вентилей;

+ БИС (большая интегральная схема) - от 100 до 100 000 вентилей;

♦ СБИС (сверхбольшая интегральная схема) - более 100 000 вентилей.

Эти схемы имеют различные свойства и используются для различных целей.

МИС обычно содержит от двух до шести независимых вентилей, каждый из которых может использоваться отдельно, как описано в предыдущих разделах. На рис. 3.9 изображена обычная МИС, содержащая четыре вентиля НЕ-И.

Интегральные схемы

Рис. 3.9. МИС из четырех вентилей

Каждый из этих вентилей имеет два входа и один выход, что требует 12 выводов. Кроме того, микросхеме требуются питание (Усс) и земля. Они общие для всех вентилей. На корпусе рядом с выводом 1 обычно имеется паз, чтобы можно было определить, что это вывод 1. Чтобы избежать путаницы на диаграмме, по соглашению не показываются неиспользованные вентили, источник питания и земля.

Подобные микросхемы стоят несколько центов. Каждая содержит несколько вентилей и примерно до 20 выводов. В 70-е годы компьютеры конструировались из большого числа таких микросхем, но в настоящее время на одну микросхему помещается целый центральный процессор и существенная часть памяти (кэш-память).

Для удобства мы считаем, что выходной сигнал вентиля изменяется, как только изменяется сигнал на его входе. На самом деле существует определенная задержка вентиля, которая включает в себя время прохождения сигнала через микросхему и время переключения. Задержка обычно составляет от 1 до 10 не.

В настоящее время стало возможным помещать до 10 млн транзисторов на одну микросхему1. Так как любая схема может быть сконструирована из вентилей НЕ-И, может создаться впечатление, что производитель способен изготовить микросхему, содержащую 5 млн вентилей НЕ-И. К несчастью, для создания такой микросхемы потребуется 15 ООО 002 выводов. Поскольку стандартный вывод занимает 0,1 дюйма, микросхема будет иметь в длину более 18 км, что, вероятно, отрицательно скажется на ее рыночных свойствах. Поэтому чтобы использовать преимущество данной технологии, нужно разработать такие схемы, в которых количество вентилей значительно превышает количество выводов. В следующих подразделах мы рассмотрим простые МИС, в которых для вычисления той или иной функции несколько вентилей соединяются определенным образом между собой, что позволяет уменьшить число внешних выводов.

Основные цифровые логические схемы || Оглавление || Комбинаторные схемы