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.

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1 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

2 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

3 Esempi di maschere e wafer
Vedere Web del corso November 18

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

5 Esempi (Intel) November 18

6 Legge di Moore November 18 (vedi sezione 1.3.1)

7 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

8 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

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

10 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

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

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

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

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

15 Multiplexer November 18

16 Uso dei multiplexer November 18

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

18 Decoder November 18

19 Comparatori November 18

20 Shifter November 18

21 Mezzo-sommatore November 18

22 Sommatore completo November 18

23 ALU da 1 bit November 18

24 ALU da 8 bit November 18

25 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

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

27 Clock, esempio November 18

28 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

29 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

30 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

31 Latch SR Stati stabili: November 18

32 Latch SR sincronizzato
November 18

33 Latch di tipo D sincronizzato
November 18

34 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

35 Flip-flop D November 18

36 Memoria, idea di base November 18

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

38 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

39 Chip per implementare memorie
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40 Tipi di RAM e ROM November 18