Сравним микропроцессор с ЭВМ, описанными в гл. 13. Универсальные ЭВМ, при этом не имеет значения — большие, малые или микро-, занимают свое место в робототехнике и автоматизированном производстве. Однако роль этих ЭВМ существенно отличается от роли микропроцессоров, применяемых в тех же областях. Применение микропроцессоров в действительности может быть связано с жесткой автоматизацией, поскольку здесь существует относительное постоянство в наладке, и при смене продукции требуется значительная переналадка. Однако микропроцессорная система в целом обладает большей гибкостью, чем жесткие системы автоматизации, и при переналадке требуется лишь незначительная доля затрат на технические средства по сравнению с жесткими системами автоматизации.
Программирование микропроцессоров, выполненных на малогабаритных кремниевых кристаллах, представляет собой сложную и трудоемкую задачу, которая рассмотрена ниже. Однако сначала рассмотрим конструктивные особенности интегральных микросхем, примером которых может служить микропроцессор.
Рис. 14.1
Конструкция транзистора n-типа МОП-структуры на микросхеме, функционирующего в релейном режиме:
а—выключатель: I—электрический ток блокирован n-р-переходом; II — ток к выходу отсутствует (0 В); 1 — изолирующий слой окиси кремния; 2 — металлическая пластина; 3 — кремний n-типа; 4 — кремний р-типа; б — переход материала р-типа в материал n-типа: 1 — управляющий сигнал 10В вводит положительные заряды в металлическую пластину; 2 — металл; 3 — окисел; 4 — полупроводник; 5 — кремний n-типа; 6 — кремний р-типа; 7 — электрическое поле создает временный канал n-типа; 8 — электрическое поле, сформированное положительным зарядом на металлической пластине
14.3. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ
На кремниевом кристалле могут быть размещены или нанесены электрохимическим путем схемы, реализующие программное обеспечение. Нет никаких трудностей в размещении схемного монтажа на большой печатной плате, поскольку монтаж выполняется в масштабе, который допускает визуальный контроль. Довольно просто распространить эту концепцию на микроскопический уровень. Однако затруднительно представить, каким образом такие компоненты микросхемы, как резисторы, конденсаторы и транзисторы, также могут быть в микроскопическом виде нанесены на кремниевый кристалл. Эта возможность существует благодаря тому, что кремний, являющийся непроводником, может быть трансформирован в полупроводник путем добавок соответствующих примесей. Более существенным является то, что электрическое напряжение, приложенное к полупроводнику, изменяет его проводимость. Возможность регулирования или управления электрическим током схемным путем с помощью сигнала является основой для создания полупроводниковых схем, выполняющих функции реле, усилителей, а также схем памяти ЭВМ. На рис. 14.1 показан принцип работы транзистора, который выполняет функции, аналогичные рассмотренным в гл. 2 для электромагнитного реле. На рисунке показаны два типа кремниевых полупроводников: га-типа и р-типа, которые получены путем внесения различных примесей. Ток, проходящий через полупроводник п-типа, блокируется малым участком кремниевого кристалла n-типа.
Однако, если приложить электрическое напряжение к небольшому участку полупроводника р-типа, то последний может оказаться временно в проводящем состоянии и будет пропускать электрический ток подобно полупроводнику n-типа. Металлическая пластина, на которую подано электрическое напряжение, отделена от полупроводниковых слоев n- и р-типа изоляционным слоем, представляющим собой окись кремния. При этом три слоя представляют собой МОП-структуру (металл—окисел—полупроводник). В этом приборе отсутствуют какие-либо детали, подлежащие сборке: на слоях, расположенных на кремниевой пластине, должен быть нанесен монтаж или произведено травление схемы. Эта особенность позволяет производить ИС на МОП-структурах в микроскопическом масштабе с использованием фотографических процессов для нанесения печатного монтажа.
Рис. 14.2 Тестирование микросхем на кремниевой пластине
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.