Δομικά στοιχεία υπολογιστών

Προηγούμενα θέματα για σκέψη

1. Παράσταση αριθμών κινητής υποδιαστολής.
2. Μετατρέψτε τους αριθμούς 15, -7 και 24 σε δυαδικό σύστημα 4 bit.
3. Μετατρέψτε τους αριθμούς 1010 και 0101 από παράσταση 4 bit (με αρνητικούς) στο δεκαδικό σύστημα.
4. Υπολογίστε 1101 + 1111. Μετατρέψτε τα στοιχεία και σε δεκαδικό σύστημα.
5. Υπολογίστε 1101 - 1. Μετατρέψτε τα στοιχεία και σε δεκαδικό σύστημα.
6. Υπολογίστε 1010 * 101. Εκτιμήστε το χρόνο που απαιτεί ο πολλαπλασιασμός σε σχέση με την πρόσθεση σε έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή. Μπορεί να υπάρξει τρόπος ο πολλαπλασιασμός να εκτελεστεί ταχύτερα; Η πρόσθεση;

Λογικές πύλες

• Πύλη άρνησης (NOT)
  

  !A = Y
   -   -
   0   1
   1   0
   

• Πύλη σύζευξης (AND)
  

   A * B = Y
   -   -   -
   0   0   0
   0   1   0
   1   0   0
   1   1   1
   

• Πύλη διάζευξης (OR)
  

   A * B = Y
   -   -   -
   0   0   0
   0   1   1
   1   0   1
   1   1   1
   

• Πύλη αποκλειστικής διάζευξης (XOR)
  

   A * B = Y
   -   -   -
   0   0   0
   0   1   1
   1   0   1
   1   1   0
   

  Αθροιστές

  • Απλός αθροιστής (adder)
  • Αθροιστής με κρατούμενο
  • Σύνδεση αθροιστών

  Αριθμητική και λογική μονάδα

  • Τελεστές
  • Πράξη π.χ. 74ALS381:
    • A - B
    • B - A
    • A + B
    • A ^ B
    • A | B
    • A & B
  • Αποτέλεσμα

  Δισταθή κυκλώματα

  • Απλό RS
  • RS με ασφάλεια (latch)
  • Συνδεσμολογία master-slave

  Τεχνολογία ημιαγωγών

  • Το πυρίτιο (silicon) (Si)
  • Si n (περίσσεια e) με προσθήκη P, As, Sb
  • Si p (έλλειμμα e) με προσθήκη B, Al, Ga
  • SiO2 (κακός αγωγός)
  • Τεχνολογία N-MOS
    
  • Βασικά στοιχεία κατασκευής ολoκληρωμένων κυκλωμάτων
    • Ανάπτυξη κρυστάλων Si με τη μέθοδο Czochralski
    • Κοπή δίσκων
    • Κατασκευή με φωτολιθογραφία
      • Διάχυση p
      • Οξείδωση SiO2
      • Επίστρωση πολυπυριτίου
      • Φωτολιθογραφία και απόξεση για εμφάνιση του Si p
      • Διάχυση n
      • Απόθεση SiO2 για μόνωση
      • Φωτολιθογραφία και απόξεση
      • Απόθεση Al για δημιουργία συνδέσεων
      • Φωτολιθογραφία και απόξεση Al
    • Κοπή και συσκευασία

  Τεχνολογία μνημών

  • RAM (Random Access Memory)
    • Στατική (βασισμένη σε δισταθή κυκλώματα)
      • Γρήγορη (π.χ. 10ns)
      • Υψηλή κατανάλωση
      • Χαμηλή πυκνότητα (π.χ. 512 Κbit)
    • Δυναμική (βασισμένη σε πυκνωτές (capacitors))
      • Σχετικά αργή (π.χ. 70ns)
      • Χαμηλή κατανάλωση
      • Υψηλή πυκνότητα (π.χ. 16 Μbit)
      • Απαιτεί κύκλους ανανέωσης (refresh cycles)
    • Πολλαπλών θυρών
  • ROM (Read Only Memory)
  • PROM (Programmable Read Only Memory)
  • EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)
  • EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)

  Βιβλιογραφία

  • Peter Rechenberg. Εισαγωγή στην Πληροφορική. σ. 55-79 Κλειδάριθμος, 1992.

  • Doug Burger. Memory systems. ACM Computing Surveys, 28(1):63–65, March 1996.

  • Toshiba Corporation. CMOS Integrated Circuits Technical Data. 1978.

  • Daniel Dobberpuhl and Kevin Fielding. Design of EV-4. Communications of the ACM, 36(2):82, February 1993.

  • Richard Hollingsworth. Advanced semiconductor technology. Communications of the ACM, 36(2):83, February 1993.

  • Texas Instruments. The TTL Data Book. 1984.

  • Gene McWhorter. Understanding Digital Electronics. Texas Instruments, 1978.

  Ασκήσεις

  • Σχεδιάστε με τη χρήση πυλών NAND τις παρακάτω πύλες:
    • AND
    • OR
    • NOT
  • Σχεδιάστε έναν αθροιστή 2 bit.
  • Σχεδιάστε με τη βοήθεια δισταθών κυκλωμάτων έναν μετρητή 3 bit.
  • Ο επεξεργαστής Alpha DECchip 21064 περιέχει 1.680.000 τρανζίστορ σε chip διαστάσεων 1.4 x 1.7 cm. Υπολογίστε κατά προσέγγιση τις διαστάσεις ενός τρανζίστορ.
  • Περιεχόμενα

   Τελευταία αλλαγή: Δευτέρα, 2 Αυγούστου 2004 12:27 πμ
   Εκτός αν αναφέρεται κάτι διαφορετικό, όλο το πρωτότυπο υλικό της σελίδας αυτής του οποίου δημιουργός είναι ο Διομήδης Σπινέλλης παρέχεται σύμφωνα με τους όρους της άδειας «Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Greece License».