Элементная база компьютера это

Элементная база компьютера это

Как уже говорилось, для возможности представления, передачи и хранения любой информации, она должна быть закодирована. Другими словами, каждому элементу информации должен быть поставлен в соответствие некоторый сигнал или символ (который, по сути, также является сигналом), т.е. материальный носитель информации.

В настоящее время, информация в компьютерах в подавляющем большинстве случаев хранится, обрабатывается и пересылается в двоичной форме, т.е. в виде кодов двоичного алфавита, в котором имеется всего две буквы <0,1>. Практическому распространению двоичного алфавита в компьютерах и вообще в цифровой информационной технике послужили два обстоятельства.

1. Физические устройства всего с двумя устойчивыми состояниями реализуются технически наиболее просто и обладают наибольшей надежностью и помехоустойчивостью.

2. Двум состояниям такого устройства можно поставить в соответствие как основные категории формальной логики – «истинно» и «ложно», так и арифметические значения 0 и 1.

Пользуясь же категориями «истинно» и «ложно» можно строить логические заключения в соответствии с законами формальной логики, а, имея цифры 0 и 1, можно закодировать в двоичной системе счисления любые символы и числа, и осуществлять в этой системе счисления арифметические операции. Следовательно, используя для кодирования информации двоичный алфавит, можно практически реализовать простые и надежные цифровые устройства, позволяющие осуществлять логическую и арифметическую обработку информации любой сложности.

Как уже говорилось, материальный носитель информации называется сигналом. В настоящее время, в подавляющем большинстве случаев, в качестве сигналов в компьютерах используются уровни электрического потенциала. Как правило, символу «0» соответствует низкий уровень электрического потенциала, а символу «1» — высокий его уровень. Поэтому аппаратная часть компьютеров, как цифровых систем обработки информации, состоит из совокупности технических элементов, физически реализующих эти два состояния электрического потенциала. Техническая реализация этих элементов может быть выполнена в самом различном виде: электромеханическом (в виде электромагнитных реле), магнитном (в виде перемагничивающихся сердечников с прямоугольной петлей гистерезиса) или электронном. Самыми распространенными в настоящее время являются электронные элементы.

В основе любого современного цифрового автомата, в том числе и наиболее сложного, каковым является компьютер, как уже говорилось ранее, лежит небольшое количество типов элементарных схем, выполняющих элементарные логические функции: дизъюнкции, конъюнкции, инверсии и функции неравнозначности (исключенного «ИЛИ», или суммы по модулю 2). Техническими названиями физических элементов, реализующих эти элементарные функции, соответственно являются: дизъюнктор, конъюнктор, инвертор и полусумматор.

Эти простейшие логические элементы используются также и для формирования целого ряда быстродействующих запоминающих устройств компьютера.

Указанные элементарные логические элементы на функциональных схемах любых цифровых устройств изображаются в виде, показанном на рис. VII.1.

Рис.VII.1 Условные графические обозначения базовых логических

Все основные цифровые узлы компьютеров собраны на базе этих элементарных схем. Эти основные цифровые узлы относятся к двум типам цифровых устройств: комбинационным и накапливающим. Комбинационными называются такие цифровые устройства, которые выдают выходные сигналы сразу же после подачи на его входы входных сигналов. (При этом не учитывается физическая задержка сигнала за счет конечности распространения электрического сигнала в реальных схемах). Функциональная связь между входными и выходными сигналами определяется только схемой данного комбинационного устройства. Таким образом, выходные сигналы в нем определяются только комбинацией входных сигналов. Поэтому этот способ обработки и называется комбинационным, а устройства, осуществляющие этот способ обработки, – комбинационными устройствами.

Если же устройство содержит элементы памяти, то выходной сигнал зависит не только от входных сигналов, но и от состояния запоминающих элементов в этот момент времени. Такой способ обработки информации называется накапливающим, а устройства, реализующие такой способ обработки, называют последовательностными устройствами, цифровыми автоматами или автоматами с памятью.

Читайте также:  Стоимость работы укладки ламината за квадратный метр

Компьютер – пример сложного цифрового автомата с памятью.

Рассмотрим принципы построения и условные графические обозначения основных функциональных цифровых узлов компьютеров.

История развития элементной базы ЭВМ

Развитие элементной базы РЭА, в том числе и РЭС прошло четыре этапа, которые в основном связаны с развитием элементной базы. Четыре поколения РЭА

создание РЭА на основе электровакуумных приборов и дискретных ЭРЭ;

использование дискретных транзисторов и миниатюрных ЭРЭ;

применение ИС и микроминиатюрных дискретных ЭРЭ;

комплексное использование ЭРЭ, БИС и СБИС, УФЭ и микропроцессорных комплектов.

Развитие элементной базы определяется потребностями СМЭ и основано на достижениях физики, технологии и производства. Особенно быстро она стала развиваться с начала 60-х гг., когда достижения физики создали основу для появления микроэлектроники. Это привело к формированию в конструкции и технологии самостоятельного направления — конструирования и технологии радиоаппаратуры.

Четвертый этап продолжается и в настоящее время. Существуют и другие классификации, особенно в отдельных направлениях РЭА.

Современная микроэлектроника базируется на интеграции дискретных элементов электронной техники, при которой каждый элемент схемы формируется отдельно в полупроводниковом кристалле. При этом в основе создания, ИМС лежит принцип элементной (технологической) интеграции, сопровождающейся микроминиатюризацией элементов (активных и пассивных) микросхемы. В ИМС можно выделить области, представляющие собой активные (диоды, транзисторы) и пассивные (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности) элементы. В интегральной микроэлектронике сохраняется главный принцип дискретной электроники, основанной на разработке электрической схемы по законам теории цепей. Этот принцип неизбежно связан с ростом числа элементов микросхемы, и межэлементных соединений по мере усложнения выполняемых ею функций.

Повышение степени интеграции микросхем и связанное с. этим уменьшение размеров элементов имеет определенные пределы. Интеграция свыше нескольких сотен тысяч элементов (в отдельных случаях и миллионов) на одном кристалле оказывается экономически нецелесообразной и технологически трудно выполнимой.

Сложными становятся проблемы топологии и теплоотвода. Поэтому в отдаленной перспективе интегральная микроэлектроника уже не будет полностью удовлетворять разработчиков сложной радиоэлектронной аппаратуры.

Функциональная микроэлектроника предполагает принципиально новый подход, позволяющий реализовать определенную функцию аппаратуры без применения стандартных базовых элементов, основываясь непосредственно на физических явлениях в твердом теле. В этом случае локальному объекту твердого тела придаются такие свойства, которые требуются для выполнения данной функции, и промежуточный этап представления желаемой функции в виде эквивалентной электрической схемы не требуется. Функциональные микросхемы могут выполняться не только на основе полупроводников, но и на основе таких материалов, как сверхпроводники, сегнетоэлектрики, материалы с. фотопроводящими свойствами и др. Для переработки информации можно использовать явления, не связанные с электропроводностью (например, оптические и магнитные явления в диэлектриках, закономерности распространения ультразвука и т.д.).

Таким образом, функциональная микроэлектроника охватывает вопросы получения специальных сред с наперед заданными свойствами и создания различных электронных устройств методом физической интеграции, т.е. использования таких физических принципов и явлений, реализация которых позволяет получить приборы со сложным схемотехническим или системотехническим функциональным назначением.

Оптические явления (когерентная и некомпетентная оптика, нелинейная оптика, электрооптика, магнитооптика). Их свойства, связанные со свойствами светового потока, следующие:

  • ? зарядовая нейтральность, однонаправленность, отсутствие гальванических связей и электрических контактов;
  • ? двухмерность светового потока, а, следовательно, возможность многоканальной обработки информации;
  • ? высокая несущая частота и, следовательно, большая полоса пропускания каналов обработки информации.
Читайте также:  Система водоочистки своими руками

Эти особенности стали основой интенсивно развивающегося направления функциональной микроэлектроники — оптоэлектроники.

Физические явления, связанные с взаимодействием потока электронов с акустическими волнами в твердом теле. Такие явления, как генерация и усиление акустических воли потоком электронов, движущихся со сверхзвуковыми скоростями, обусловили появление нового направления функциональной микроэлектроники — акустоэлектроники. Особенность этих явлений заключается в малой скорости распространения акустических волн (1.105см/с) в отличие от электромагнитных волн (3.1010 см/с), что позволяет реализовать миниатюрные линии задержки, фильтры с заданными частотными свойствами, усилители СВЧ и др.

Преимущество этого направления состоит в том, что реализация заданной функции обеспечивается лишь выбором конфигурации устройства.

Новые магнитные материалы (слабые ферромагнетики и магнитные полупроводники), появление которых привело к созданию нового направления — магнетоэлектроники. Отличительной особенностью слабых ферромагнетиков является малая по сравнению с классическими магнитными материалами намагниченность насыщения. Это дает возможность управлять движением магнитных доменов, называемых пузырями, в двух и трех измерениях слабыми магнитными полями и осуществлять тем самым функции хранения, перемещения и обработки больших объемов информации.

Характерные размеры "пузырей", составлявших примерно 1 мкм, позволяют достичь, высокой плотности записи информации (1.108 бит/см 2). Большое преимущество таких систем состоит в том, что хранение информации осуществляется без питания, а перемещение "пузырей" — малым рассеянием мощности. Ряд новых материалов — магнитных полупроводников, обладающих свойствами магнетиков и полупроводников, — позволяет создавать приборы с большой функциональной гибкостью.

Покоящиеся и движущиеся электрические неоднородности (домены и шнуры) в однородных полупроводниках. Их исследование стимулировало создание функциональных интегральных микросхем.

Так как в данном случае используется однородный материал, то реализация заданной функции может быть достигнута выбором соответствующей конфигурации устройства. Высокие скорости движения неоднородностей электрического поля (1.107 см/с) обусловливают высокое быстродействие (меньше 1.10-9 с), а также генерацию и усиление в диапазоне СВЧ.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

"Элементная база компьютера"

учащийся гр.93491 МГВРК

Радкевич Павел Вячеславович

Каверович Василий Васильевич

1. История развития элементной базы ЭВМ

Транзисторные дискретные ЭВМ

Транзисторные интегральные ЭВМ

2. Современная элементная база и перспективы развития

1. История развития элементной базы ЭВМ

Механические ВМ

Вопреки сложившемуся стереотипу, история развития вычислительной техники начинается задолго до приручения человеком электричества. Ещё в XVв. Леонардо да Винчи представил чертёж машины, которая способна была складывать натуральные числа. Для этого машина использовала 13 стержней, поворот каждого из которых приводил к частичному повороту остальных. Примерно с тех же времён (XV-XVIвв.) на Руси появились счёты.

В 1642 г. Блез Паскаль, французский математик, изобрёл устройство, позволяющее складывать десятичные числа. В основе устройства были шестерни на стержнях.

В 1673 г. немецкий философ, математик, физик Готфрид Вильгейм Лейбниц создал "ступенчатый вычислитель" — счетную машину, позволяющую складывать, вычитать, умножать, делить, извлекать квадратные корни, при этом использовалась двоичная система счисления.

В 1822 г. английский математик Чарлз Бэббидж выдвинул идею создания программно-управляемой счетной машины, имеющей арифметическое устройство, устройство управления, ввода и печати. "Разностная машина", так называлось детище Чарлза, работала на паровом двигателе и считывала данные с перфокарт.

В 1918 г. русский ученый М.А. Бонч-Бруевич и английские ученые В. Икклз и Ф. Джордан (1919) независимо друг от друга создали электронное реле, которое сыграло большую роль в развитии компьютерной техники.

Читайте также:  Установка откосов из сэндвич панелей видео

Релейные ЭВМ

1941 год. Немецкий ученый Конрад Цузе создал компьютер Z3, работающий на основе электрических реле. Всего было использовано 2600 реле. Компьютер мог обрабатывать величины с плавающей точкой. Во время 2 мировой войны компьютер и вся документация, включая фотографии, были уничтожены (Цузе к тому времени эмигрировал), остался только рисунок, сделанный самим Цузе в 1939 году. После войны Цузе создал в Германии компьютерную компанию Zuse KG, которая успешно работала многие годы. В 1961 году Цузе в своей компании воссоздал компьютер Z3, чтобы доказать свой патент на эту машину. Z3 экспонировался на нескольких выставках, а сейчас находится в музее в Мюнхене.

Ламповые ЭВМ

В 1943 год. В Великобритании был построен компьютер Colossus Mark 1 на 1500 электронных лампах для дешифровки перехваченных германских шифровок. В разработке математической модели компьютера участвовал Алан Тюринг. Компьютер был собран в декабре 1943 года, а первые реальные расшифровки были сделаны в январе 1944 г. после его установки в г. Bletchley Park.

1945 год — Джон фон Нейман (John von Neumann), американский ученый, выдвинул идею использования внешних запоминающих устройств, для хранения программ и данных. Нейман разработал структурную принципиальную схему компьютера. Схеме Неймана соответствуют и все современные компьютеры.

Транзисторные дискретные ЭВМ

1955 год — изготовлен первый в мире компьютер на полупроводниковых транзисторах и диодах без использования электронных ламп — TRADIC, данный компьютер был разработан компанией Bell Labs для американских ВВС. В компьютере было 700 транзисторов и 10000 германиевых диодов.

Транзисторные интегральные ЭВМ

В 1968 году был создан первый компьютер на интегральных схемах.

1971 год. Именно с этого года начинается развитие микропроцессоров, и создала первый микропроцессор американская фирма Intel. Назывался он Intel4004. В этом же году появились интегральные схемы памяти.

В 1973 году появляется процессор Intel8080, который становится стандартом процессоров на долгое время. Все процессоры, созданные Intelдо 1999 года, поддерживают все функции, которыми обладал этот процессор.

В 1979 году в Японии началась программа по разработке компьютеров 5-го поколения. Компьютеры пятого поколения должны были для достижения сверхпроизводительности интегрировать огромное количество процессоров. Цели программы достигнуты не были, т.к. подобные компьютеры хоть и были созданы, однако по мощности они отставали даже от коммерческих компьютеров того времени.

2. Современная элементная база и перспективы развития

Компьютеры для коммерческого и домашнего использования продолжают строиться на основе микропроцессоров, так как данная технология является относительно дешевой и при этом позволяет достичь значительной производительности. Суперкомпьютеры же разрабатываются на основе искусственных нейронных сетей, которые используют массовый параллелизм и способность к обучению и обобщению на основе большого количества взаимосвязанных процессоров невысокой вычислительной способности.

Одной из появившихся недавно элементных баз также является искусственный биокомпьютер — компьютер, который функционирует как живой организм или содержит биологические компоненты. Создание биокомпьютеров основываются на направлении в исследовании — молекулярные вычисления. В качестве вычислительных элементов используются белки и нуклеиновые кислоты, реагирующие друг с другом.

Суперкомпьютер СКИФ, разработанный белорусскими и российскими специалистами

Ссылка на основную публикацию
Электромонтаж магазин на парковой
Электромонтаж работает по адресу 7-я Парковая улица, 21А в Москве. Основной вид деятельности — это «Электротехническая продукция». График работы: пн–сб...
Экран под ванну мдф 170
Выбирая ванну 170 см шириной — Вы найдете множество вариантов экранов из МДФ под нее, а также других элементов сантехники,...
Экструдер для полиэтиленовых труб
Компания «Европолимер-Рециклинг» предлагает купить оборудование для производства полипропиленовой, полиэтиленовой трубы разных типов – профильной, круглой и т. д. Мы спроектируем,...
Электромонтер по обслуживанию подстанций обязанности
Инструкция для должности "Электромонтер по обслуживанию подстанции V группа квалификации", представленная на сайте www.borovik.com, соответствует требованиям документа - "СПРАВОЧНИК квалификационных...
Adblock detector