Circuiti integrati u Costruzione di circuiti logici e
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Circuiti integrati u Costruzione di circuiti (logici e non) su un substrato di silicio. – Non solo la parte attiva ma anche le connessioni tra le porte. – Incredibile miglioramento nelle prestazioni, nell’affidabilita’ e nel costo dei circuiti 12/13/2021 1
Costruzione dei circuiti integrati u Il circuito viene trasportato su “maschere” fotografiche: molti chip uguali insieme (wafer). u Il circuito viene, in molti passi, costruito aggiungendo e togliendo materiale in maniera selettiva u Ciascun circuito viene staccato dagli altri e provato. u Ciascun circuito viene inserito in un “package” e collegato ai piedini esterni. 12/13/2021 2
Esempi di maschere e wafer u Vedere 12/13/2021 Web del corso 3
Tecnologia oggi u Commerciale: – dimensioni: 0. 18 m – Bit per chip (memorie) 64 Mbit 12/13/2021 4
Esempi (Intel) 12/13/2021 5
Legge di Moore 12/13/2021 6 (vedi sezione 1. 3. 1)
Fattori che limitano i miglioramenti della densita’ u litografia – il problema e’ il costo, non la fattibilita’: – I dettagli non possono essere molto piu’ piccoli della lunghezza d’onda della luce usata » 0. 19 m e’ il limite inferiore se si usa “luce” » si puo’ arrivare a dimensioni inferiori usando i raggi x: Difficili da mettere a fuoco; u Costosi. u 12/13/2021 7
Fattori che limitano i miglioramenti della densita’ u Leggi fondamentali della fisica: – Ci deve essere un numero sufficiente di elettroni perche’ un circuito possa funzionare; » questo limite e’ stimato tra 0. 1 m e 0. 05 m. u Energia elettrica: – Fornire energia e rimuovere calore; » Ma maggiore e’ l’integrazione minore e’ il voltaggio e la dissipazione: forse questo non sara’ un problema. 12/13/2021 8
Classificazione u SSI 1 -10 porte --- non piu’ usati u MSI 10 -100 porte --- usati solo in prodotti a bassissima integrazione e costo u LSI 100 -100, 000 porte --- usati in prodotti molto semplici u VLSI piu’ di 100, 000 porte --- gran parte dei componenti di un calcolatore moderno 12/13/2021 9
Circuiti integrati u Sinonimi: chip, IC, integrato. u I componenti con molte porte devono contenere circuiti complessi con il minimo numero di connessioni esterne. u I segnali logici viaggiano in un IC con un certo ritardo che dipende dal tipo di tecnologia: lo stato dell’arte commerciale e’ un ritardo intorno al ns (mille milionesimi di secondo, 10 -9) 12/13/2021 10
Packaging u Da alcune decine fino a quasi mille connessioni (piedini). – Dual-in-line 12/13/2021 11
Packaging, altri esempi u Package 12/13/2021 a 787 piedini di Sparc (Sun) 12
Packaging, altri esempi u Pentium II (SECC) » Piuttosto che un package e’ una cartuccia multichip 12/13/2021 13
Esempi di circuiti logici tipici u Verranno usati come blocchi per costruire un calcolatore vero e proprio u Sono disponibili commercialmente 12/13/2021 14
Multiplexer 12/13/2021 15
Uso dei multiplexer 12/13/2021 16
Demultiplexer u L’inverso del multiplexer: in via un segnale di ingresso su una di n linee di uscita. 12/13/2021 17
Decoder 12/13/2021 18
Comparatori 12/13/2021 19
Shifter 12/13/2021 20
Mezzo-sommatore 12/13/2021 21
Sommatore completo 12/13/2021 22
ALU da 1 bit 12/13/2021 23
ALU da 8 bit 12/13/2021 24
Clock u Segnale periodico – Frequenza: numero di volte che il segnale torna allo stesso valore » Misurata in Hz (Hertz) – Periodo o tempo di ciclo: tempo tra due ritorni del segnale allo stesso valore, si misura in secondi. » Inverso della frequenza 12/13/2021 25
Clock u. A cosa serve? – A far “avanzare” i circuiti logici alternando momenti di calcolo a momenti di memorizzazione del risultato. 12/13/2021 26
Clock, esempio 12/13/2021 27
Componenti che “ricordano” u Le porte logiche da sole possono solo calcolare funzioni logiche ma non possono memorizzare i risultati. u Per memorizzare i risultati (in assenza dei valori di ingresso che li hanno generati) bisogna che ci sia un qualche meccanismo di “mantenimento” dell’informazione. 12/13/2021 28
Terminologia u. I circuiti la cui uscita dipende esclusivamente dai valori di ingresso si chiamano combinatori e NON hanno memoria. u I circuiti la cui uscita dipende anche da valori di uscita precedenti si chiamano sequenziali e contengono elementi di memoria. 12/13/2021 29
Circuiti sequenziali u Questi circuiti hanno una parte combinatoria e una parte di memoria. u Gran parte dei circuiti in un calcolatore sono circuiti sequenziali. 12/13/2021 30
Latch SR Stati stabili: 12/13/2021 31
Latch SR sincronizzato 12/13/2021 32
Latch di tipo D sincronizzato 12/13/2021 33
Flip-flop u La differenza con i latch e che i flip-flop memorizzano l’informazione al momento di transizione del clock mentre i latch memorizzano in un particolare stato del clock. 12/13/2021 34
Flip-flop D 12/13/2021 35
Memoria, idea di base 12/13/2021 36
Tecnologia usata dalle memorie u Matrice di transistor word-line bit-line 12/13/2021 37
Struttura di una DRAM u Vantaggi e svantaggi: – Con’s: » Ritardo di accesso; demux » Accesso a due passi; » rinfresco. – Pro’s: » Pochi pin; » Effetto cache. address storage matrix e. g. 64 X 64 full row readout mux/demux single bit I/O 12/13/2021 38
Chip per implementare memorie 12/13/2021 39
Tipi di RAM e ROM 12/13/2021 40
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