Конспект урока по электротехнике и электронике
Дата: 11.11. 2020
Группа № 4 специальность «Техническая эксплуатация подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования», 2 курс
Урок № 47
Тема: «Интегральные микросхемы и микропроцессоры»
Форма работы: индивидуальная, дистанционное обучение
Тип урока: урок изучение нового материала
Цель урока: изучить интегральные микросхемы и микропроцессоры.
Используемая литература: Электротехника: Учебник для нач.проф.образования/ П.А. Бутырин, О.В.Толчеев, Ф.Н. Шакирзянов. – 7-е изд.,испр.- М.: Издательский центр «Академия», 2010.- 272 с.
Ход работы
1. Организационный этап. Здравствуйте, ребята! На этом уроке мы изучим понятие «микросхема», рассмотрим микропроцессоры.
Основной этап.
Интегральные микросхемы – это отдельные высокотехнологичные устройства (с огромным количеством электронных компонентов, заключенных в маленьком корпусе), которые выполняют какую-то функцию или действие.
Этих функций может быть или одна или несколько. Вот список некоторых основных функций, которые выполняют интегральные микросхемы:
- Преобразование сигнала (например, из аналогового в цифровой и обратно).
- Обработка сигнала (например, усиление и очистка звука)
- Действия вычитания, сложения, умножения и деления сигнала (логические микросхемы)
Микросхемы разделяют на два вида: 1 – полупроводниковые интегральные схемы; 2 – гибридные интегральные схемы.
Полупроводниковые интегральные элементы представляют собой кристалл, в глубине которого выполняют все элементы схемы. Изоляция различных элементов осуществляют с помощью (так называемых) «p-n» переходов.
Гибридные интегральные схемы выполняются по «пленочной» технологии и представляют пластину (подложку) из диэлектрического материала. На нее нанесены (в виде пленок) плоские компоненты (резисторы, дроссели, конденсаторы и т. д.) и соединения. Причем сопротивление резисторов может быть 105 Ом, емкость конденсаторов 103 пФ, а дроссели иметь индуктивность около 10 мкГн – не более.
Элементом ИМС называется ее часть, реализующая функцию какого-либо простого электрорадиоэлемента (например, транзистора, диода, резистора, конденсатора).
Элемент ИМС не может быть отделен от кристалла (или подложки), он выполнен нераздельно от него, поэтому элемент нельзя испытать, упаковать и эксплуатировать как самостоятельное изделие.
Компонентом ИМС также называется ее часть, реализующая функции какого-либо электрорадиоэлемента. Но данная часть перед монтажом ИМС была изготовлена как самостоятельное изделие в специальной упаковке (комплектующее изделие). Компонент в принципе может быть отделен от ИМС.
Аппаратуру, в которой используются в основном изделия микроэлектроники, называют микроэлектронной. Микроэлектронная аппаратура обладает повышенной надежностью, уменьшенными на два порядка и более габаритами и массой, малым электропотреблением. Повышение надежности достигается за счет использования специальной технологии на основе особо чистых материалов, прочности и герметичности покрытий внутренних соединений, компактности и механической прочности узлов.
Разработка интегральной схемы приписывается двум физикам — Джеку Килби и Роберту Нойсу, как совместное изобретение. Однако фактически Килби и Нойс вынашивали идею интегральной схемы независимо друг от друга. Между учёными даже существовала своего рода конкуренция за права на изобретение.
Рис. 1. Групповой метод изготовления ИМС: а — исходная функциональная схема; б — соединение элементов внутри микросхемы; в — полупроводниковая пластина, содержащая в заданной последовательности ИМС; г — ИМС в корпусе
На рис. 2 приведена классификация ИМС по применяемому методу их создания.
В связи с этим все микроэлектронные изделия подразделяют на три группы:
- 1) интегральные микросхемы, микроЭВМ и микропроцессоры;
- 2) функциональные приборы и микросхемы (оптоэлектронные, ионные, тепловые, акустические и т.д.), использующие различные свойства веществ (оптические явления, электролиз, эффект Холла, эффект Ганна и др.);
- 3) микрокомпоненты для монтажа и сборки микросхем в блоки или устройства (многослойные печатные платы, гибкие кабели, микроразъемы, микропереключатели, кнопки, индикаторы, элементы конструкций).
Микропроцессор (МП) - это программно-управляемое устройство, которое предназначено для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки и выполнено в виде одной или нескольких больших интегральных схем (БИС).
Характеристики универсальных микропроцессоров:
- разрядность: определяется максимальной разрядностью целочисленных данных, обрабатываемых за 1 такт;
- виды и форматы обрабатываемых данных;
- система команд, режимы адресации операндов;
- емкость прямоадресуемой оперативной памяти;
- частота внешней синхронизации. Для частоты синхронизации обычно указывается ее максимально возможное значение, при котором гарантируется работоспособность схемы;
- производительность: определяется с помощью специальных тестов.
Домашнее задание: законспектировать лекцию, выписав выделенные определения.