Исследование характеристик основных компоновочных параметров логических схем процессорных устройств ЭВМ и выбор конструктивно-топологических параметров кристаллов БИС и СБИС

II.  Лабораторные работы и методические указания

 по их выполнению

Лабораторная работа № 1

Тема: Исследование характеристик основных компоновочных параметров логических схем процессорных устройств ЭВМ и выбор конструктивно-топологических параметров кристаллов БИС и СБИС

1.1.  Цель работы

Целью лабораторной работы является получение студентами представления и знаний о перечне и численных значениях основных компоновочных параметров логических схем устройств ЭВМ (таких как: БИС, СБИС, МКМ на бескорпусных БИС и панели на корпусных БИС) с учетом структуризации логической схемы по уровням компоновки и использования программного комплекса (ПК) на базе известных фундаментальных системных соотношений [1,2], отражающих аналитическую взаимосвязь основных компоновочных параметров со степенью интеграции  и уровнем технологии, и на этой основе ознакомление  студента с методами оценки и выбора предварительных размеров и общей топологии кристаллов БИС и СБИС.

1.2.  Методические указания

            Для достижения поставленной цели данную работу целесообразно разделить на 2 части (1а и 1б).

В первой части (1а) рекомендуется провести исследование зависимости характеристик основных компоновочных параметров логической схемы с 4-х уровневой компоновкой от степени интеграции для двух основных принципов компоновки элементов в логической схеме: общепроцессорного (ОП табл. 1) и микропроцессорной (МП табл. 2). По результатам исследования следует провести (текстом) сравнительный анализ значений основных компоновочных параметров (особенно таких как m_i, H_i) при одних и тех же значениях степени интеграции и уровнях компоновки схемы и сделать выводы о перспективности конструкций устройств ЭВМ с позиции обеспечения высокой интеграции и быстродействия.

            Во второй части (1б) – рекомендуется выполнить расчет значений конструктивно-топологических параметров кристаллов БИС и СБИС при заданной степени интеграции и КМОП - схемотехнике, используя известные соотношения по взаимосвязи между степенью интеграции, уровнем полупроводниковой технологии и размерами кристалла. Результаты расчета  следует оформить в виде топологических чертежей кристаллов БИС (для устройств МКМ и Панели) и кристаллов СБИС (для устройства СБИС).

 При выполнении первой части исследования (1а) необходимо учесть следующее:

 1) Каждый студен выполняет свой индивидуальный вариант задания для всех трех видов устройств;

 2) Значение параметра M₁ для всех вариантов лабораторных работ рекомендуется применять равным M₁=N₁=10 _{ЭЛЭ  ;}

3) Значение параметра M₄ для каждого студента определяется из типовой таблицы вариантов задания (таблица 0), приведенной выше;

4) Значения параметровM₂ и M₃ определяются студентом самостоятельно, соблюдая условие:

M₁ ∙M₂ ∙M₃∙M₄= N_{4 max.}

При выполнении второй части исследования (1б) следует учесть следующие обстоятельства:

1). В лабораторном ПК внешние выводы БИС, СБИС и других устройств, выводящихся на экран являются чисто логическими (m_i) и здесь не учитываются внешние выводы (контактные площадки) для цепей питания и земли (m_e). Для учета этого фактора (например, при определении шага контактных площадок на кристалле) необходимо число внешних выводов, получаемых с помощью ПК (m_i) увеличить на величинуm_e, определяемую как  или, что тоже самое, . Здесь K_e коэффициент, учитывающий тип схемотехники элементов. Для КМОП схемотехники рекомендуется принимать K_e=5÷6 ;