Circuiti integrati 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 November 18

Costruzione dei circuiti integrati Il circuito viene trasportato su “maschere” fotografiche: molti chip uguali insieme (wafer). Il circuito viene, in molti passi, costruito aggiungendo e togliendo materiale in maniera selettiva Ciascun circuito viene staccato dagli altri e provato. Ciascun circuito viene inserito in un “package” e collegato ai piedini esterni. November 18

Esempi di maschere e wafer Vedere Web del corso November 18

Tecnologia oggi Commerciale: dimensioni: 0.18 m Bit per chip (memorie) 64 Mbit 11/22/2018

Esempi (Intel) November 18

Legge di Moore November 18 (vedi sezione 1.3.1)

Fattori che limitano i miglioramenti della densita’ 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; Costosi. 11/22/2018

Fattori che limitano i miglioramenti della densita’ Leggi fondamentali della fisica: Ci deve essere un numero sufficiente di elettroni perche’ un circuito possa funzionare; questo limite e’ stimato tra 0.1m e 0.05m. 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. 11/22/2018

Classificazione SSI 1-10 porte --- non piu’ usati MSI 10-100 porte --- usati solo in prodotti a bassissima integrazione e costo LSI 100-100,000 porte --- usati in prodotti molto semplici VLSI piu’ di 100,000 porte --- gran parte dei componenti di un calcolatore moderno November 18

Circuiti integrati Sinonimi: chip, IC, integrato. I componenti con molte porte devono contenere circuiti complessi con il minimo numero di connessioni esterne. 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) November 18

Packaging Da alcune decine fino a quasi mille connessioni (piedini). Dual-in-line November 18

Packaging, altri esempi Package a 787 piedini di Sparc (Sun) November 18

Packaging, altri esempi Pentium II (SECC) Piuttosto che un package e’ una cartuccia multichip November 18

Esempi di circuiti logici tipici Verranno usati come blocchi per costruire un calcolatore vero e proprio Sono disponibili commercialmente November 18

Multiplexer November 18

Uso dei multiplexer November 18

Demultiplexer L’inverso del multiplexer: in via un segnale di ingresso su una di n linee di uscita. November 18

Decoder November 18

Comparatori November 18

Shifter November 18

Mezzo-sommatore November 18

Sommatore completo November 18

ALU da 1 bit November 18

ALU da 8 bit November 18

Clock 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 November 18

Clock A cosa serve? A far “avanzare” i circuiti logici alternando momenti di calcolo a momenti di memorizzazione del risultato. November 18

Clock, esempio November 18

Componenti che “ricordano” Le porte logiche da sole possono solo calcolare funzioni logiche ma non possono memorizzare i risultati. 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. November 18

Terminologia I circuiti la cui uscita dipende esclusivamente dai valori di ingresso si chiamano combinatori e NON hanno memoria. I circuiti la cui uscita dipende anche da valori di uscita precedenti si chiamano sequenziali e contengono elementi di memoria. November 18

Circuiti sequenziali Questi circuiti hanno una parte combinatoria e una parte di memoria. Gran parte dei circuiti in un calcolatore sono circuiti sequenziali. November 18

Latch SR Stati stabili: November 18

Latch SR sincronizzato November 18

Latch di tipo D sincronizzato November 18

Flip-flop 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. November 18

Flip-flop D November 18

Memoria, idea di base November 18

Tecnologia usata dalle memorie Matrice di transistor word-line bit-line 11/22/2018

Struttura di una DRAM Vantaggi e svantaggi: Con’s: Pro’s: Ritardo di accesso; Accesso a due passi; rinfresco. Pro’s: Pochi pin; Effetto cache. storage matrix e.g. 64 X 64 demux address full row readout mux/demux single bit I/O 11/22/2018

Chip per implementare memorie November 18

Tipi di RAM e ROM November 18