Leksiya vlsi sistemaların joybarlaw. Tiykarǵı túsinikler. Integral sxemalardı (IS) joybarlaw evolyuciyası. Ierarxiyalıq joybarlaw hám kóp dárejeli abstrakciyalar túsinikleri. Is bahası, isenimliligi hám tezligin muǵdarlıq bahalaw

Forma. 1. 1. Birinshi belgili avtomatikalıq kalkulyator (London pán muzeyi ruxsatı menen [Swade93] kitabından alınǵan) dep esaplanǵan I Babbage (1832) parq mashinasınıń jumısshı bólegi)
Shıralar daǵı kompyuterler dáwirdiń eń joqarı noqatı ENIAC (artilleriya atıwdı úyreniw kestelerin esaplaw ushın mólsherlengen) hám UNIVAC I (birinshi kommerciyalıq tabıslı kompyuter) sıyaqlı kompyuterlerdiń rawajlanıwı edi. Integraciya dárejesi sıyaqlı kontseptsiyanı túsiniw ushın ENIAC 24, 4 metr uzınlıqta, 2, 6 metr biyiklikte hám 2 metr keńliginde; 18 000 lampanı óz ishine alǵan. Biraq, bunday texnologiya óz shegaralarına jetkenligi júdá tez anıq boldı. Isenimliligi hám úlken quwat sarpı menen baylanıslı máseleler ekonomikalıq hám derlik turmısqa ılayıq bolmaǵan kúshli mashinalardı ámelge asırıwǵa múmkinshilik berdi.
Hár bir zat 1947 jılda Bell Telephone Laboratories tranzistor [Bardeen48] de oylap tabıw menen ózgertirildi hám 1949 jılda bipolyar tranzistor [Schockley49] de Shoklining keyingi prezentaciyası boldı. Biraq, tek 1956 da, bul Xarris [Harris56] tárepinen bólek bólimlerge tiykarlanǵan birinshi logikalıq cifrlı vana payda bolıwına alıp keldi. 1958 de Texas Instruments kompaniyasınıń Jek Kilby (Jek Kilby) barlıq strukturalıq bólimleri passiv hám aktiv bolǵan bir yarım ótkeriwshi substratiga integraciya etilgen integral elektrondı (iyis) jaratıw ideyası payda boldı — bul jańa ashılıw ushın Nobel sıylıqı menen táǵdirlandi. Nátiyjede Fairchild [Norman60] dıń Micrologic shańaraǵı dep atalatuǵın integral logikalıq vanalarning birinshi kommerciya kompleksi payda boldı. Logikalıq IP shańaraǵınıń birinshi kommerciyalıq tabısı 1962 jılda bazarda birinshi ret payda bolǵan TTL - sxemalar shańaraǵı (tranzistor -tranzistor logika) edi [Beeson62]. Waqıt ótiwi menen basqa joqarı ayrıqshalıqlarǵa iye shańaraqlar da islep shıǵılǵan. Mısal jol menende, birinshi sub - nanosekund qaqpaqları qashannan berli ámelge asırılǵan zamanagóy tiykarǵı sxemalar bar. Bipolyar sabaqlardıń joqarı bólegi ESL-sxemalar shańaraǵınıń payda bolıwı (emitent menen baylanıslı logika) [Masaki74]. Biraq, TTL sxemaları joqarı integraciya qısıqlıǵın támiyinleytuǵın artıqmashılıqlarǵa iye edi hám olar integral mikrosxemalar salasında birinshi revolyuciyanıń hasası edi. Tiykarınan, TTL IP islep shıǵarıw Fairchild, National hám Texas Instruments sıyaqlı birinshi iri yarım ótkeriwshi kompaniyaları payda bolıwına dúmpish boldı. Shańaraq júdá tabıslı boldı, ol 1980-lerge shekem yarım ótkeriwshi úskeneleri bazarınıń úlken bólegin iyeledi. Shıralar daǵı kompyuterler dáwirdiń eń joqarı noqatı ENIAC (artilleriya atıwdı úyreniw kestelerin esaplaw ushın mólsherlengen) hám UNIVAC I (birinshi kommerciyalıq tabıslı kompyuter) sıyaqlı kompyuterlerdiń rawajlanıwı edi. Integraciya dárejesi sıyaqlı kontseptsiyanı túsiniw ushın ENIAC 24, 4 metr uzınlıqta, 2, 6 metr biyiklikte hám 2 metr keńliginde; 18 000 lampanı óz ishine alǵan. Biraq, bunday texnologiya óz shegaralarına jetkenligi júdá tez anıq boldı. Isenimliligi hám úlken quwat sarpı menen baylanıslı máseleler ekonomikalıq hám derlik turmısqa ılayıq bolmaǵan kúshli mashinalardı ámelge asırıwǵa múmkinshilik berdi.
Hár bir zat 1947 jılda Bell Telephone Laboratories tranzistor [Bardeen48] de oylap tabıw menen ózgertirildi hám 1949 jılda bipolyar tranzistor [Schockley49] de Shoklining keyingi prezentaciyası boldı. Biraq, tek 1956 da, bul Xarris [Harris56] tárepinen bólek bólimlerge tiykarlanǵan birinshi logikalıq cifrlı vana payda bolıwına alıp keldi. 1958 de Texas Instruments kompaniyasınıń Jek Kilby (Jek Kilby) barlıq strukturalıq bólimleri passiv hám aktiv bolǵan bir yarım ótkeriwshi substratiga integraciya etilgen integral elektrondı (iyis) jaratıw ideyası payda boldı — bul jańa ashılıw ushın Nobel sıylıqı menen táǵdirlandi. Nátiyjede Fairchild [Norman60] dıń Micrologic shańaraǵı dep atalatuǵın integral logikalıq vanalarning birinshi kommerciya kompleksi payda boldı. Logikalıq IP shańaraǵınıń birinshi kommerciyalıq tabısı 1962 jılda bazarda birinshi ret payda bolǵan TTL - sxemalar shańaraǵı (tranzistor -tranzistor logika) edi [Beeson62]. Waqıt ótiwi menen basqa joqarı ayrıqshalıqlarǵa iye shańaraqlar da islep shıǵılǵan. Mısal jol menende, birinshi sub - nanosekund qaqpaqları qashannan berli ámelge asırılǵan zamanagóy tiykarǵı sxemalar bar. Bipolyar sabaqlardıń joqarı bólegi ESL-sxemalar shańaraǵınıń payda bolıwı (emitent menen baylanıslı logika) [Masaki74]. Biraq, TTL sxemaları joqarı integraciya qısıqlıǵın támiyinleytuǵın artıqmashılıqlarǵa iye edi hám olar integral mikrosxemalar salasında birinshi revolyuciyanıń hasası edi. Tiykarınan, TTL IP islep shıǵarıw Fairchild, National hám Texas Instruments sıyaqlı birinshi iri yarım ótkeriwshi kompaniyaları payda bolıwına dúmpish boldı. Shańaraq júdá tabıslı boldı, ol 1980-lerge shekem yarım ótkeriwshi úskeneleri bazarınıń úlken bólegin iyeledi.
Biraq aqıbet bipolyar cifrlı logika cifrlı texnika dúnyasında ústinlik ushın jangni joǵatdı hám sol sebeplerge kóre elektron lampalar saqnasınan shıǵıp ketiwge alıp keldi: bir valfga salıstırǵanda úlken quwat sarpı joqarı shegaranı bir kristalda, bir denede, taxtada yamasa blokda isenimli tárzde jaylastırılǵan Vanalar sanına ornatadı. Joqarı tıǵızlıqlı integraciya (mısalı, lPJI-logika — integral injektsiya logikası [Hart72]) menen kem tutınıw etiwshi bipolyar IP shańaraqların jaratılıwma urınıslar bolsa -de, kúsh cifrlı IC-den paydalanıwǵa tiykarlanǵan jantasıwdı qolǵa kirgizdi.
Field MOSFET (MOSFET) (daslep izolyatsiya etilgen deklanşör, IGFET menen atız tranzistörü dep atalǵan) dizaynining tiykarǵı principlerı J.patentinde aytılǵan. Lilienfeld (J. Lilieiifeld) (Kanada) 1925 jılda qaytıp keldi hám 1935 jılda ingliz O. Xedl (O. Hell) tárepinen ǵárezsiz túrde. Usınıń menen birge, substrativ dielektrikning biyqararlıǵı menen baylanıslı materiallar hám máseleler haqqında bilim etiwmasligi uzaq waqıt dawamında bul apparattan ámeliy paydalanıw baslanıwın keshiktirdi. 1970-lerdiń basına kelip, bul máseleler echildi, cifrlı integral most sxemalarınıń eliriwi baslandı. Ájepsi sonda, birinshi bolıp CMOP [Wanlass63] dúzilisi menen logikalıq Vanalar payda boldı jáne bul tendentsiya 1960-lardıń aqırıǵa shekem dawam etdi, biraq islep shıǵarıw procesiniń quramalılıǵı bunday chiplardan jigirma jıldan artıq paydalanıwdı keshiktirdi. Birinshi ámeliy mose is] > - kanal logika tiykarında ámelge asırıldı hám tiykarınan kalkulyatorlarda isletilingen. 4004 1972 jılda [Faggin72] hám 8080 1974 jılda [Shima74]: cifrlı integral mikrosessorlari revolyuciya ekinshi basqıshı Intel birinshi mikroprotsessorlar usınıldı qashan baslandı. Bul protsessorlar n-kanal logikaına tiykarlanǵan halda ámelge asırıldı, bul bolsa p-kanal menen salıstırǵanda joqarı tezlikke iye edi. Usınıń menen birge, uyqas texnologiyası yarım ótkezgish yadınıń birinshi tıǵız paketlengen chiplarini alıw imkaniyatın berdi. Mısal ushın, 4 K quwatına iye bolǵan uyqas yad birinshi xrustal 1970 [Hoff70] jılda bazarda payda boldı.
Bul waqıyalar IP evolyutsiyası oyda sawlelendiriwiniń baslanıwı bolıp, integraciya hám tezliktiń barǵan sayın kúsheyip baratırǵan qısıqlıǵına aylandı,
házirde dawam jetip atırǵan revolyuciya dawam etpekte. Biraq, zamanagóy integraciya dárejelerine jol gedir-budır edi. 1970 - jıllardıń aqırında n-kanal logikası joqarı tıǵızlıqlı qabarǵan jerlew menen yoqimsiz hám turmısqa uqıpsız bipolyar sxemalardı islep shıǵaratuǵın birdey sebeplerge kóre qıyınshılıqlarǵa dus keldi — quwat sarpı sebepli. Bul haqıyqattı islep shıǵarıw texnologiyasındaǵı rawajlanıw menen birge ámelge asırıw, aqır-aqıbetde, CMOP texnologiyası paydasına tárezi egildi jáne bul jaǵday házirgi kungacha saqlanıp qaldı. Sonı atap ótiw kerek, energiya tutınıwı máselesi demde IP-dıń CMOS ushın zárúrli bolıp qaladı, tek bul sapar bul mashqalanı jónge salıw etetuǵın hesh qanday texnologiya joq.
Zamanagóy integral mikrosxemalar kópshiligi uyqas texnologiyasında islep shıǵarılǵan bolsa -de, tezlik menen islep atirǵan bolsa, basqa texnologiyalar da oyınǵa kiredi. Mısal ushın, bipolyar hám uyqas tranzistorlardı bir kristalda birlestirgen Bikmop texnologiyası. Eger siz jáne de joqarı tezlikti qolǵa kirgiziwińiz kerek bolsa, silikon-germaniy sıyaqlı texnologiyalar yamasa hátte Supero'tkazuvchilar materiallardan paydalanǵan halda texnologiya bar. Biraq cifrlı integral mikrosxemalar ulıwma basqıshında bul texnologiyalardıń roli júdá kem. Hám CMOP sxemalarınıń tezliginiń dawam jetip atırǵan artıwın esapqa alǵan halda, bul rol waqıt ótiwi menen azayıp baraveradi — sol sebepli bul kitapǵa tek CMOP IP-ga itibar qaratıladı.