Как расшифровывается имс термин в работе компьютера

Обновлено: 04.07.2024

ГОСТ Р 57435-2017

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Термины и определения

Integrated circuits. Terms and definitions

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Акционерным обществом "Российский научно-исследовательский институт "Электронстандарт" (АО "РНИИ "Электронстандарт"), Акционерным обществом "Центральное конструкторское бюро "Дейтон" (АО "ЦКБ "Дейтон"), Акционерным обществом "Научно-исследовательский институт микроэлектронной аппаратуры "Прогресс" (АО "НИИМА "Прогресс")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 303 "Электронная компонентная база, материалы и оборудование"

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Введение

Установленные в настоящем стандарте термины расположены в систематизированном порядке, отражающем систему понятий в области интегральных микросхем.

Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин. Заключенная в круглые скобки часть термина может быть опущена при его использовании. Часть термина вне круглых скобок образует его краткую форму. Краткая форма может быть также представлена аббревиатурой.

Стандартизованные термины набраны полужирным шрифтом, их краткие формы - светлым.

Наличие квадратных скобок в терминологической статье означает, что в нее включены два (три, четыре и т.п.) термина, имеющие общие терминоэлементы.

В алфавитном указателе данные термины размещены отдельно с указанием номера статьи.

В стандарте приведены эквиваленты стандартизованных терминов на английском языке.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает термины и определения основных понятий интегральных микросхем.

Термины, установленные настоящим стандартом, применяют во всех видах документации и литературы, входящих в сферу действия работ по стандартизации и (или) использующих результаты этих работ.

Настоящий стандарт предназначен для применения предприятиями, организациями и другими субъектами научной и хозяйственной деятельности независимо от форм собственности и подчинения, а также федеральными органами исполнительной власти Российской Федерации, участвующими в разработке, производстве и применении микросхем в соответствии с действующим законодательством.

2 Термины и определения

1 (интегральная) микросхема: Микроэлектронное изделие, состоящее из совокупности элементов (компонентов), электрически соединенных или не соединенных между собой в объеме и (или) на поверхности подложки (кристалла), и предназначенное для выполнения заданной функции.

2 элемент (микросхемы): Часть микросхемы, реализующая функцию какого-либо изделия электронной техники, которая выполнена нераздельно от кристалла и не может быть выделена как самостоятельное изделие с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации.

Примечание - К изделиям электронной техники относят полупроводниковые приборы, резисторы, конденсаторы, микроустройства и др.

3 компонент (микросхемы): Часть гибридной микросхемы, реализующая заданную функцию какого-либо изделия электронной техники, которая может быть выделена как самостоятельное изделие с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации.

Примечание - Компоненты могут содержать совокупность элементов или (и) микросхем в бескорпусном исполнении и др.

4 кристалл (полупроводниковой микросхемы): Часть полупроводниковой пластины, в объеме и (или) на поверхности которой сформированы элементы полупроводниковой микросхемы, межэлементные соединения и контактные площадки.

5 подложка (микросхемы): Несущая конструкция, в объеме или на поверхности которой формируют элементы, межэлементные и межкомпонентные соединения, контактные площадки и монтируют компоненты.

6 пластина (микросхемы): Заготовка из полупроводникового материала, предназначенная для изготовления полупроводниковых микросхем.

7 контактная площадка (микросхемы): Металлизированный участок на подложке или кристалле, основании корпуса, предназначенный для присоединения элементов и кристаллов к выводам микросхемы или для контроля электрических параметров.

8 корпус (микросхемы): Совокупность сборочных единиц и (или) деталей, предназначенных для обеспечения защиты микросхемы от внешних воздействий, обеспечения теплопередачи, а также для организации электрических связей элементов и (или) компонентов с внешними электрическими цепями.

9 полупроводниковая микросхема: Микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объеме и (или) на поверхности кристалла.

monolithic integrated circuit

10 гибридная микросхема: Микросхема, содержащая компоненты или совокупность компонентов и элементов.

11 многокристальный модуль: Гибридная микросхема, состоящая из двух или более полупроводниковых микросхем в бескорпусном исполнении, смонтированных в общий корпус.

12 пленочная микросхема: Микросхема, все элементы которой выполнены в виде пленок на поверхности подложки.

film integrated circuit

13 аналоговая микросхема: Микросхема, предназначенная для преобразования и (или) обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной или прерывистой функции.

linear integrated circuit

14 цифровая микросхема: Микросхема, предназначенная для преобразования и (или) обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной функции.

digital integrated circuit

15 бескорпусная микросхема: Микросхема, конструктивно выполненная в виде кристалла (или совокупности кристаллов, сформированных на пластине без разделения), с выводами или с контактными площадками, предназначенная для монтажа в корпус или другие сборочные единицы.

16 базовый кристалл (микросхемы), БК: Часть полупроводниковой пластины с определенным набором сформированных электрически соединенных или несоединенных между собой элементов или стандартных ячеек, используемая для создания микросхем заданного функционального назначения путем изготовления межэлементных соединений.

17 базовый матричный кристалл (микросхемы), БМК: Базовый кристалл с регулярным расположением сформированных в нем элементов и (или) узлов.

18 микросхема общего применения: Микросхема, разработанная для применения в различных видах радиоэлектронной аппаратуры.

19 специализированная микросхема: Микросхема, разработанная по конкретному заказу или разработанная потребителем для применения в конкретной радиоэлектронной аппаратуре.

Примечание - Специализированные микросхемы разрабатывают, как правило, с участием потребителя.

Integrated Circuit; ASIC

20 микросхема К-степени интеграции: Микросхема, содержащая от (1+10) до 10 элементов включительно.

21 степень интеграции (микросхемы): Показатель степени сложности микросхемы, характеризуемый числом содержащихся в ней элементов.

Примечание - Степень интеграции полупроводниковой микросхемы определяют по формуле: К= IgN,

где К - коэффициент, определяющий степень интеграции, значение которого округляют до ближайшего большего целого числа;

N - число элементов микросхемы.

22 тип (микросхемы): Микросхема конкретного функционального назначения и определенного схемотехнического решения, имеющая индивидуальное условное обозначение и технические условия.

23 типономинал (микросхемы): Микросхема конкретного типа, отличающаяся от других микросхем того же типа значениями одного или нескольких параметров и (или) показателей стойкости к внешним воздействующим факторам.

24 серия (микросхем): Совокупность типов (типономиналов) микросхем, объединенных с учетом функционального назначения и (или) конструктивно-технологического подобия, изготавливаемых, как правило, в одном базовом технологическом процессе (процессах).

25 группа типов (микросхем): Совокупность типов (типономиналов) микросхем в пределах одной серии, объединенных признаками конструктивно-технологического подобия на уровне сборочных единиц, имеющих, как правило, идентичное функциональное назначение, конструктивное исполнение и состав электрических параметров.

Примечание - Признаками конструктивно-технологического подобия на уровне сборочных единиц являются корпус одного типоразмера, материал и технология монтажа кристалла и др.

26 стандартная ячейка: Совокупность электрически соединенных элементов для реализации одной или нескольких самостоятельных функций.

27 вывод (микросхемы): Элемент конструкции корпуса или бескорпусной микросхемы, предназначенный для соединения с внешней электрической цепью.

28 свободный вывод (микросхемы): Вывод микросхемы, не имеющий внутреннего соединения, который может использоваться в качестве опорной площадки для внешнего монтажа, не влияя на работу микросхемы.

29 неиспользуемый вывод (микросхемы): Вывод микросхемы, который имеет электрическое соединение с контактной площадкой кристалла или подложки, но не используется в режиме применения, указанном в технических условиях.

Интегральная схема – это изделие из микроэлементов с высокой миниатюризацией. Эти элементы преобразуют и обрабатывают сигналы. Сама схема имеет высокую плотность самих элементов. Такие элементы называются компонентами и выполняют ту или иную задачу. Эти схемы могут быть разной сложности и типов – от самых простых до сложнейших.

Используются ИС в создании компьютеров, различной вычислительной техники и другом оборудовании, в том числе промышленном и бытовом. Более подробно о строении, использовании, а также развитии интегральных схем будет рассказано в данной статье. В качестве информационного дополнения, в материале содержатся два подробных видеоролика и один скачиваемые файл о строении ИС.

По научному определению, 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)

Интегральные микросхемы представляют собой изделие, выполненное в герметизированном (металлическом, пластмассовом, керамическом, металлокерамическом и так лале) корпусе. Микросхемы бывают различного исполнения (прямоугольные, треугольные, круглые) с разным количеством выводов: от трех (например, на стабилизаторе LM7805, до нескольких сотен на процессорах).

Интегральные микросхемы (и аппаратура на них) обладают неоспоримыми преимуществами:

Высокой технологичностью и надежностью. Ведь все микросхемы производят на специализированных заводах и фабриках с современной технологией производства. На линиях (полностью или частично) автоматизированных. При производстве микросхемы (особенно в юго-восточных странах) применяют и живую рабочую силу, так как это дешевле, чем покупать дорогостоящие линии. Интегральные компоненты позволяют снизить на два-три порядка затраты труда на производство, монтаж и сборку различной аппаратуры. При конструировании и создании такой аппаратуры уменьшается количество разных паяных соединений, которые зачастую являются причиной отказа аппаратуры. Микросхемы являются более надежными, чем дискретные элементы, так как ошибки при монтаже уменьшаются на 3-4 порядка. Легче и намного быстрее запаять интегральные компоненты (например, один логический элемент с 16 выводами), чем паять более 20 дискретных элементов (которые выполняют ту же функцию) с 60 выводами. Только микросхемы обеспечивают надежность систем управления в различных системах управления, в компьютерах, в околоземном пространстве на космических станциях и так далее.
Интегральные компоненты (и аппаратура на них) малогабаритны и имеют маленький вес.
Микросхемы намного сокращают процесс разработки нового изделия (аппарата), так как можно использовать готовые, уже опробованные, миниатюрные блоки и узлы. И поэтому внедрение нового изделия в производство резко сокращается.
Многие интегральные элементы выпускаются массово (например, микросхемы в домашних звонках, в игрушках, в клавиатурах и мышках компьютеров и т. п.). Это намного снижает себестоимость микросхемы и всего изделия в целом.
Интегральные элементы сокращают число комплектующих создаваемого изделия, уменьшают количество проводимых операций, что (в конечном счете) ведет к упрощению организации современного производства.

Будет интересно➡ Что такое элементная база и где она применяется

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.

Транзисторы, диоды, магнитные элементы, конденсаторы более 103 пФ и электролитические выполняют с помощью навесного монтажа. Гибридные интегральные схемы имеют более высокую точность параметров (на один или два порядка выше), чем полупроводниковые аналоги. Количество элементов внутри каждого класса микросхем может достигать несколько тысяч.

Степень интеграции

В зависимости от степени интеграции применяются следующие названия интегральных схем:
малая интегральная схема (МИС) — до 100 элементов в кристалле,
средняя интегральная схема (СИС) — до 1000 элементов в кристалле,
большая интегральная схема (БИС) — до 10000 элементов в кристалле,
сверхбольшая интегральная схема (СБИС) — более 10 тысяч элементов в кристалле.

Ранее использовались также теперь устаревшие названия: ультрабольшая интегральная схема (УБИС) — до 1 миллиарда элементов в кристалле и гигабольшая интегральная схема (ГБИС) — более 1 миллиарда элементов в кристалле, но в настоящее время название УБИС и ГБИС практически не используется (например, последние версии процессоров Itanium, 9300 Tukwila, содержат два миллиарда транзисторов), и все схемы с числом элементов, превышающим 10 000, относят к классу СБИС.

Элемент интегральной схемы

Часть интегральной схемы, реализующая функцию какого-либо электрорадиоэлемента (резистора, диода, транзистора и т. д.), причем эта часть выполнена нераздельно от других частей и не может быть выделена как самостоятельное изделие с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации. Компонент интегральной схемы в отличие от элемента может быть выделен как самостоятельное изделие с указанной выше точки зрения.

По конструктивно-технологическим признакам интегральные схемы обычно разделяют на:

полупроводниковые;
гибридные;
пленочные.

В полупроводниковой схеме все элементы и межэлементные соединения выполнены в объеме или на поверхности полупроводника. В таких схемах нет компонентов. Это наиболее распространенная разновидность интегральных схем.

Интегральную схему называют гибридной, если она содержит компоненты и (или) отдельные кристаллы полупроводника. В пленочных интегральных схемах отдельные элементы и межэлементные соединения выполняются на поверхности диэлектрика (обычно используется керамика). При этом применяются различные технологии нанесения пленок из соответствующих материалов. По функциональным признакам интегральные схемы подразделяют на аналоговые (операционные усилители, источники вторичного электропитания и др.) и цифровые (логические элементы, триггеры и т. п.).

Краткая историческая справка

Первые опыты по созданию полупроводниковых интегральных схем были осуществлены в 1953 г., а промышленное производство интегральных схем началось в 1959 г. В 1966 г. был начат выпуск интегральных схем средней степени интеграции (число элементов в одном кристалле до 1000). В 1969 г. были созданы интегральные схемы большей степени интеграции (большие интегральные схемы, БИС), содержащие до 10000 элементов в одном кристалле.

В 1971 г. были разработаны микропроцессоры, а в 1975 г. — интегральные схемы сверхбольшой степени интеграции (сверхбольшие интегральные схемы, СБИС), содержащие более 10000 элементов в одном кристалле. Полезно отметить, что предельная частота биполярных транзисторов в полупроводниковых интегральных схемах достигает 15 ГГц и более.

К 2000 г. ожидается появление интегральных схем, содержащих до 100 млн МОП транзисторов в одном кристалле (речь идет о цифровых схемах). Система обозначений. Условное обозначение интегральных микросхем включает в себя основные классификационные признаки.

Первый элемент — цифра, соответствующая конструктивно-технологической группе. Цифрами 1, 5, 6 и 7 в первом элементе обозначаются полупроводниковые интегральные микросхемы. Гибридным микросхемам присвоены цифры 2, 4 и 8. Пленочные, вакуумные и керамические интегральные микросхемы обозначаются цифрой 3.
Второй элемент, определяющий порядковый номер разработки серии, состоит из двух (от 00 до 99) или трех (от 000 до 999) цифр.
Третий элемент, обозначающий подгруппу и вид микросхемы, состоит из двух букв.
Четвертый элемент, обозначающий порядковый номер разработки микросхемы данной серии, состоит из одной или нескольких цифр.

Будет интересно➡ Как выбрать флюс для пайки микросхем

К этим основным элементам обозначений микросхем могут добавляться и другие классификационные признаки.

Дополнительная буква в начале четырехэлементного обозначения указывает на особенность конструктивного исполнения:

Р — пластмассовый корпус типа ДИП;
А — пластмассовый планарный корпус;
Е — металлополимерный корпус типа ДИП;
С — стеклокерамический корпус типа ДИП;
И — стеклокерамический планарный корпус;
Н — керамический «безвыводной» корпус.

В начале обозначения для микросхем, используемых в условиях широкого применения, приводится буква К.

Серии бескорпусных полупроводниковых микросхем начинаются с цифры 7, а бескорпусные аналоги корпусных микросхем обозначаются буквой Б перед указанием серии.

Через дефис после обозначения указывается цифра, характеризующая модификацию конструктивного исполнения:

1 — с гибкими выводами;
2 — с ленточными (паучковыми) выводами, в том числе на полиамидном носителе;
3 — с жесткими выводами;
4 — на общей пластине (неразделенные);
5 — разделенные без потери ориентировки (наклеенные на пленку);
6 — с контактными площадками без выводов.

Как создаются интегральные схемы?

Как изготовить чип памяти или процессор компьютера? Процесс производства начинается с химического элемента — кремния, который химически обрабатывается (легируется) для придания различных электрических свойств.

Современное исполнение интегральной схемы (одна из многочисленных форм), установленной на электронной плате устройства. Это далеко не самый продвинутый вариант, а лишь один из многих

Традиционно для нужд электроники используются материалы двух категорий:

Но технически всё сложнее, особенно когда дело касается определенных элементов середины таблицы Менделеева (группы 14 и 15), в частности, кремния и германия. Что примечательно — материалы изоляторы способны переходить в разряд проводников, если к этим материалам добавить некоторое количество примесей. Процесс, известный как легирование.

Принцип легирования химических элементов

Если добавить некоторое количество сурьмы кремнию, структура этого химического элемента насыщается большей массой электронов, чем обычно. Обеспечивается проводимость электричества. Кремний, «легированный» подобным образом, приобретает характеристику N-типа. В другом случае, когда вместо сурьмы добавляется бор, масса электронов кремния уменьшается, оставляя своеобразные «дыры», которые функционируют подобно «отрицательно заряженным электронам».

Благодаря «дырам» положительный электрический ток пропускается в противоположном направлении. Такая разновидность кремния характеризуется P-типом. Расположение областей кремния N-типа и P-типа рядом одна с другой, способствует созданию соединения, где отмечается поведение электронов, характерное для электронных компонентов на основе полупроводников:

диодов,
транзисторов,
запоминающих устройств и других.

Структурная интегральная схема внутри чипа

Итак, процесс создания интегральной схемы начинается от монокристалла кремния, напоминающего по форме длинную сплошную трубу, «нарезанную» тонкими дисками — пластинами. Такие пластины размечаются на множество одинаковых квадратных или прямоугольных областей, каждая из которых представляет один кремниевый чип (микрочип). Пример внутренней структуры интегральной схемы, демонстрирующий возможности такой уникальной технологии интеграции полноценных электронных схемотехнических решений.

Будет интересно➡ Делаем лабораторный блок питания своими руками

Затем на каждом таком чипе создаются тысячи, миллионы или даже миллиарды компонентов путём легирования различных участков поверхности — превращения в кремний N-типа или P-типа. Легирование осуществляется различными способами. Один из вариантов — распыление, когда ионами легирующего материала «бомбардируют» кремниевую пластину.

Другой вариант — осаждение из паровой фазы, включающий введение легирующего материала газовой фазой с последующей конденсацией. В результате такого ввода примесные атомы образуют тонкую пленку на поверхности кремниевой пластины. Самым точным вариантом осаждения считается молекулярно-лучевая эпитаксия.

Конечно, создание интегральных микросхем, когда упаковываются сотни, миллионы или миллиарды компонентов в кремниевый чип размером с ноготь, видится сложнейшим процессом. Можно представить, какой хаос принесёт даже небольшая крупинка в условиях работы в микроскопическом (наноскопическом) масштабе. Вот почему полупроводники производятся в лабораторных условиях безупречно чистых. Воздух лабораторных помещений тщательно фильтруется, а рабочие обязательно проходят защитные шлюзы и облачаются в защитную одежду.

Кто создал интегральную схему?

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.

Джек Килби трудился в «Texas Instruments», когда учёному удалось реализовать идею монолитного принципа размещения различных частей электронной схемы на кремниевом чипе. Учёный вручную создал первую в мире интегральную микросхему (1958 год), использовав чип на основе германия. Компания «Texas Instruments» спустя год подала заявку на патент.

Тем временем представитель другой компании «Fairchild Semiconductor» — Роберт Нойс, проводил эксперименты с миниатюрными цепями своего устройства. Благодаря серии фотографических и химических методов (планарный процесс), учёный всего лишь на год позже Килби создал практичную интегральную схему. Методика получения также была оформлена заявкой на патент.

Основные термины и определения в микроэлектронике. Основные отличия и особенности интегральных микросхем от схем на дискретных элементах. Классификация интегральных микросхем, система условных обозначений.

1.1 Основные термины и определения

Интегральная микросхема - это микроэлектронное изделие, изготовленное в едином технологическом цикле, выполняющее определенную функцию, и имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов (или элементов и компонентов), которое с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации рассматривается как единое целое.

Элемент интегральной схемы - это часть интегральной микросхемы, реализующая функцию какого-либо электрорадиоэлемента (транзистора, диода, резистора, конденсатора и т.д.), которая выполнена нераздельно от кристалла или подложки и не может быть выделена как самостоятельное изделие с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации.

Компонент интегральной схемы - это часть интегральной микросхемы, реализующая функцию какого-либо электрорадиоэлемента, которая может быть выделена как самостоятельное изделие с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации.

Полупроводниковая интегральная схема - интегральная микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводника.

Корпус интегральной микросхемы - часть конструкции интегральной микросхемы, предназначенная для защиты микросхемы от внешних воздействий и для соединения с внешними электрическими цепями посредством выводов.

Подложка интегральной схемы - заготовка, предназначенная для нанесения на неё элементов гибридных и пленочных интегральных микросхем, межэлементных и (или) межкомпонентных соединений, а также контактных площадок.

Полупроводниковая пластина - заготовка из полупроводникового материала, используемая для изготовления полупроводниковых интегральных микросхем.

Кристалл интегральной микросхемы - часть полупроводниковой пластины, в объеме и на поверхности которой сформированы элементы полупроводниковой микросхемы, межэлементные соединения и контактные площадки.

1.2 Основные особенности и отличия интегральных микросхем от схем на дискретных элементах

1. Микросхема самостоятельно выполняет какую-то функцию, часто весьма сложную, которую можно осуществить с помощью большого количества дискретных элементов соединенных по определенной схеме. Поэтому интегральная микросхема должна рассматриваться не только как элемент с определенными входными и выходными параметрами, но и как устройство с определенной внутренней электрической схемой.

2. Усложнение функций выполняемых интегральными микросхемами, в отличии от схем на дискретных элементах, практически не сопровождается заметным ухудшением надежности, габаритных размеров и других показателей.

3. Функциональная сложность и параметры интегральных микросхем в значительной степени определяются возможностями технологии их изготовления. Например, совершенствование технологии обусловливает повышение степени интеграции элементов, это в свою очередь, позволяет, с одной стороны, на том же кристалле реализовать более сложный функциональный узел, с другой стороны, за счет сокращения длины соединений, уменьшаются время задержки сигналов, паразитные емкости.

4. В ИМС при создании функционального узла предпочтение отдается активным элементам перед пассивными. Это обусловлено тем, что при одинаковой технологии изготовления тех и других, активные элементы имеют меньшие размеры.

5. В ИМС реализуются некоторые типы элементов, которые не имеют аналогов среди дискретных элементов (многоэмиттерные транзисторы, элементы с инжекционным питанием, структуры с распределенными параметрами, приборы с зарядовой связью). Их использование открывает широкие возможности по построению микроэлектронной аппаратуры.

6. Элементы интегральных микросхем имеют следующие отличия от дискретных элементов:

а). Элементы ИМС имеют большой разброс параметров относительно расчетных, что обусловлено их малыми размерами, невозможностью подгонки и подстройки и рядом других технологических особенностей.

б). Элементы ИМС , созданные в одном технологическом цикле, характеризуются высокой идентичностью параметров и характеристик.

в). Имеет место ограничение номинальных значений параметров сопротивлений и емкостей, что вызвано малой площадью отводимой под эти элементы. Индуктивность в виде полупроводникового простого элемента не реализуется вообще. Имеет место ограничение по мощности рассеивания тепла.

г). Для элементов ИМС характерно наличие ряда паразитных параметров, отсутствующих в дискретных элементах (появление токов утечки в подложку, появление емкости между элементом и подложкой, а также наличие емкостных и индуктивных связей между близко расположенными элементами и соединениями). Это является следствием создания элементов на единой подложке.

1.3 Классификация интегральных микросхем, система условных обозначений

Интегральные микросхемы можно классифицировать по многим признакам, но мы ограничимся классификацией по функциональному назначению и классификацией по конструкторско-технологическим особенностям.

1.3.1 Классификация по функциональному назначению-

заложена в системе условных обозначений. Рассмотрим систему условных обозначений на примере микросхемы

Что такое микроконтроллер? Определение характеристик и архитектуры.

Если бы мне пришлось выбрать один навык, который был бы наиболее ценным дополнением к набору навыков любого инженера, это, несомненно, было бы умение разработки схем на основе микроконтроллеров.

Микроконтроллер сыграл фундаментальную, я бы даже сказал, доминирующую роль в технологической революции, которая сформировала современную жизнь. Микроконтроллеры – это небольшие недорогие универсальные устройства, которые могут быть успешно внедрены и запрограммированы не только опытными инженерами-электронщиками, но и любителями, студентами и специалистами из других областей.

Список возможных применений микроконтроллеров настолько велик, что я не решаюсь даже привести примеры. Недорогие носимые устройства, медицинское оборудование, высококачественная потребительская электроника, надежные промышленные устройства, современные военные и аэрокосмические системы – эти адаптируемые, доступные по цене и удобные для пользователя компоненты являются желанным дополнением практически к любому электронному продукту.

В данной статье мы рассмотрим определение микроконтроллера, и зачем он нужен в проекте.

Что такое микроконтроллер?

Микроконтроллер – это устройство на интегральной микросхеме (ИМС), используемое для управления другими частями электронной системы, обычно через микропроцессорное устройство, память и несколько периферийных устройств. Эти устройства оптимизированы для встраиваемых приложений, которые требуют как возможностей обработки, так и гибкого, быстрого взаимодействия с цифровыми, аналоговыми или электромеханическими компонентами.

Наиболее распространенным способом обозначения этой категории интегральных микросхем является «микроконтроллер», но взаимозаменяемо также используется аббревиатура «MCU», так как расшифровывается «microcontroller unit». Также иногда вы можете увидеть «µC» (где греческая буква мю заменяет приставку «микро»).

«Микроконтроллер» является удачно выбранным названием, поскольку оно подчеркивает определяющие характеристики этой категории продуктов. Приставка «микро» подразумевает малые размеры, а термин «контроллер» здесь подразумевает расширенную способность выполнять функции управления. Как указано выше, эта функциональность является результатом объединения цифрового процессора и цифровой памяти с дополнительным аппаратным обеспечением, которое разработано специально, чтобы помочь микроконтроллеру взаимодействовать с другими компонентами.

Микроконтроллеры и микропроцессоры

Иногда при обращении к микроконтроллеру люди используют термин «микропроцессор», но эти два устройства необязательно идентичны. И микропроцессоры, и микроконтроллеры работают как небольшие, высокоинтегрированные вычислительные системы, но они могут служить различным целям.

Термин «процессор» используется для идентификации системы, которая состоит из центрального процессора и (необязательно) некоторой памяти. Микропроцессор – это устройство, которое реализует все функциональные возможности процессора в одной интегральной микросхеме. Микроконтроллеры, для сравнения, придают большее значение дополнительным аппаратным модулям, которые позволяют устройству управлять системой, а не просто выполнять инструкции и хранить данные.

Ниже приведена диаграмма, которая иллюстрирует эту концепцию.

Диаграмма, поясняющая различие между понятиями «микроконтроллер» и «микропроцессор»

В общем, взаимозаменяемое использование терминов «микропроцессор» и «микроконтроллер» не является большой проблемой, когда мы говорим неформально и стараемся не повторять одно и то же слово снова и снова. Однако в контексте технического обсуждения важно сохранить различие между этими двумя понятиями.

Микроконтроллеры и цифровые сигнальные процессоры (DSP)

Цифровой сигнальный процессор (или DSP) – это микропроцессор, оптимизированный для сложных вычислительных задач, таких как цифровая фильтрация, математический анализ сигналов в реальном времени и сжатие данных. Очень сложный микроконтроллер может быть в состоянии заменить цифровой сигнальный процессор, но он всё еще считается микроконтроллером, если значительная часть его внутренней схемы предназначена для управления, мониторинга и связи с окружающей системой.

Основные узлы микроконтроллера

Микроконтроллер состоит из центрального процессора (ЦП, CPU), энергонезависимой памяти, энергозависимой памяти, периферийных устройств и вспомогательных цепей.

Центральный процессор (CPU)

Центральный процессор выполняет арифметические операции, управляет потоком данных и генерирует управляющие сигналы в соответствии с последовательностью инструкции, созданных программистом. Эта чрезвычайно сложная схема, необходимая для функциональности процессора, разработчику не видна. Фактически, благодаря интегрированным средам разработки и языкам высокого уровня, таким как C, написание кода для микроконтроллеров часто является довольно простой задачей.

Память

Энергонезависимая память используется для хранения программы микроконтроллера, то есть (часто очень длинного) списка инструкций машинного языка, которые точно указывают процессору, что делать. Обычно вместо «энергонезависимой памяти» вы будете видеть слово «flash» («флеш»), которое относится к определенному типу энергонезависимого хранилища данных.

Энергозависимая память (то есть ОЗУ, RAM) используется для временного хранения данных. Эти данные теряются, когда микроконтроллер теряет питание. Внутренние регистры также обеспечивают временное хранение данных, но мы не рассматриваем их как отдельный функциональный блок, поскольку они интегрированы в центральный процессор.

Периферийные устройства

Мы используем слово «периферия» для описания аппаратных модулей, которые помогают микроконтроллеру взаимодействовать с внешней системой. Следующие пункты описывают различные категории периферийных устройств и приводят их примеры.

Преобразователи данных: аналого-цифровой преобразователь, цифро-аналоговый преобразователь, генератор опорного напряжения. Данный график демонстрирует данные трехосевого акселерометра, оцифрованные с помощью встроенного АЦП микроконтроллера
Генерирование тактовых сигналов: внутренний генератор, схема на кварцевом резонаторе, петля фазовой автоподстройки частоты.
Расчет времени: таймер общего назначения, часы реального времени, счетчик внешних событий, широтно-импульсная модуляция.
Обработка аналоговых сигналов: операционный усилитель, аналоговый компаратор.
Ввод/вывод: цифровые входные и выходные цепи общего назначения, параллельный интерфейс памяти.
Последовательная связь: UART, SPI, I2C, USB

Вспомогательные цепи

Микроконтроллеры включают в себя множество функциональных блоков, которые не могут быть классифицированы как периферийные устройства, поскольку их основная цель не состоит в управлении, мониторинге или обмене данными с внешними устройствами. Тем не менее, они очень важны – они поддерживают внутреннюю работу устройства, упрощают реализацию и улучшают процесс разработки.

Схема отладки позволяет разработчику тщательно контролировать микроконтроллер во время выполнения инструкций. Это важный, а иногда и необходимый метод отслеживания ошибок и оптимизации производительности прошивки.
Прерывания являются чрезвычайно ценным видом работы микроконтроллера. Прерывания генерируются внешними или внутренними аппаратными событиями и заставляют процессор немедленно реагировать на эти события, выполняя определенную группу инструкций. Программы микроконтроллера, написанные на C, организованы в функции. Прерывание заставляет выполнение программы «переходить» в процедуру обработки прерывания (ISR), и после того, как ISR завершил выполнение своих задач, процессор возвращается к функции, которая выполнялась, когда произошло прерывание.
Модуль генерирования тактового сигнала можно считать периферийным устройством, если он предназначен для генерирования сигналов, которые будут использоваться вне микросхемы. Но во многих случаях основная цель внутреннего генератора микроконтроллера состоит в том, чтобы предоставить тактовый сигнал для центрального процессора и периферийных устройств. Внутренние генераторы часто имеют низкую точность, но в приложениях, которые могут допускать эту низкую точность, они являются удобным и эффективными способом упростить конструкцию и сэкономить место на плате.
Микроконтроллеры могут включать в себя различные типы схем электропитания. Интегрированные стабилизаторы напряжения позволяют в самой микросхеме генерировать необходимое напряжение питания, модули управления питанием могут использоваться для значительного снижения потребления тока устройством в неактивных состояниях, а модули супервизора могут переводить процессор в состояние сброса, когда напряжение питания недостаточно высоко, чтобы обеспечить надежную работу.

Следующие статьи

В данной статье мы определили микроконтроллер как устройство, которое состоит из небольшого, эффективного процессорного ядра, объединенного с памятью программ, памятью данных, периферийными устройствами и различными типами схем поддержки и отладки.

В следующей статье этой серии «Введение в микроконтроллеры» мы расскажем, как правильно выбрать микроконтроллер. Затем мы перейдем к чтению технического описания на микроконтроллер.

Читайте также: