วงจรรวม: คืออะไร ใช้ทำอะไร และมีประเภทใดบ้างในด้านคอมพิวเตอร์?

ในช่วงปลายทศวรรษ 50 สิ่งต่อไปนี้เริ่มถูกสร้างขึ้น วงจรรวม ชิ้นส่วนขนาดเล็กเหล่านี้ ซึ่งรู้จักกันในชื่อชิป มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับโครงการแทบทุกประเภท เนื่องจากมีฟังก์ชันการทำงานมากมาย ที่สำคัญคือ ชิปนั้นใช้สำหรับบรรจุทรานซิสเตอร์จำนวนมากที่เชื่อมต่อกันเพื่อดำเนินการทางอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ

พวกมันถูกบรรจุอยู่ในแคปซูลเซรามิกหรือพลาสติก โดยมีตัวนำโลหะอยู่ด้านนอกเรียกว่า... ต้นสนซึ่งเชื่อมต่อกันจากภายใน

หากคุณเคยสงสัยว่ามันใช้ทำอะไร คุณไม่ใช่คนเดียวหรอก นั่นเป็นเหตุผลที่เราจะมาเฉลยให้ฟังว่าคุณสามารถใช้ชิ้นส่วนเล็กๆ นี้ทำอะไรได้บ้าง รวมถึงการใช้งานที่แตกต่างกันของมันด้วย ผลประโยชน์นอกจากนี้ เราจะแจ้งให้คุณทราบเกี่ยวกับลักษณะเฉพาะบางประการของมันด้วย ประสิทธิภาพนอกจากนี้เรายังมีคำแนะนำบางประการที่คุณสามารถนำไปใช้ได้เมื่อถูกสัมผัส

วงจรรวมคืออะไร และใช้ทำอะไรในด้านอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์?

วงจรรวม (IC) หรือที่รู้จักกันทั่วไปว่าชิป คืออุปกรณ์ขนาดเล็กที่จัดเก็บข้อมูลนับล้านรายการ ตัวเก็บประจุและทรานซิสเตอร์โดยทั่วไปแล้วจะใช้เพื่อเชื่อมต่อวงจรหนึ่งกับอีกวงจรหนึ่ง หรือกับอุปกรณ์ใช้งานเฉพาะอย่าง

สามารถนำไปปรับใช้ได้ดังนี้:

• ลำโพง
• ออสซิลเลเตอร์
• นาฬิกาจับเวลา
• หนึ่งเมตร
• หน่วยความจำคอมพิวเตอร์
• ไมโครคอมพิวเตอร์

ปัจจุบัน อุปกรณ์เหล่านี้ถูกจัดประเภทเป็น แบบเชิงเส้นหรือแบบดิจิทัล ถึงกระนั้นก็ขึ้นอยู่กับการใช้งานที่ตั้งใจไว้ด้วย นอกจากนี้ วงจรรวมยังประกอบด้วยชิ้นส่วนขนาดเล็กหลายชิ้น ดังนั้นในปัจจุบันจึงเป็นไปได้ว่า ทรานซิสเตอร์ถูกรวมเข้ากับชิป และ ชิป.

ส่วนไมโครชิปนั้น เป็นอุปกรณ์ที่มีส่วนประกอบนับพัน รับ ซึ่งถูกสร้างขึ้นบนแผ่นซิลิคอนที่มีขนาดเล็กมาก

ประวัติและวิวัฒนาการของชิป: ชิปในอดีตเป็นอย่างไร และปัจจุบันเป็นอย่างไร?

ชิปเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นในปี 1958 โดยวิศวกร แจ็ค เซนต์ แคลร์ คิลบี และในเวลานั้น การใช้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่เรียกว่า "หลอดสุญญากาศ" ซึ่งก็คือหลอดไฟที่ใช้กันทั่วไปในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ นั้นเป็นเรื่องปกติมาก โทรทัศน์และวิทยุดังนั้น ด้วยเหตุนี้ วงจรแรกจึงถูกสร้างขึ้น วัสดุคอมโพสิตแบบบูรณาการซึ่งใช้พื้นที่เพียงเล็กน้อยเท่านั้น

ต่อมาในวันที่ 12 กันยายน พ.ศ. 1958 สิ่งประดิษฐ์ของแจ็ค คิลบีนี้ได้รับการทดสอบและประสบความสำเร็จอย่างมาก เนื่องจากได้รับการออกแบบโดยใช้ชิ้นส่วนขนาดเล็ก แท็บเล็ตเจอร์มาเนียมทรงสี่เหลี่ยมซึ่งเป็นส่วนประกอบทางเคมีที่เป็นโลหะและมีโครงสร้างผลึก

ชิ้นส่วนดังกล่าวมีความยาวอย่างน้อย 6 มิลลิเมตร และมีจุดผ่านเพียงจุดเดียว ตัวเก็บประจุ 1 ตัว และตัวต้านทาน 3 ตัวสิ่งประดิษฐ์อันยิ่งใหญ่นี้ได้นำมาซึ่งยุคสมัยของ... อุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์เนื่องจากมันมีขนาดเล็กมาก จึงเริ่มถูกเรียกว่า "ชิป"

ต่อมาในปี 2000 นักประดิษฐ์ผู้นี้ได้รับรางวัล รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ขอขอบคุณที่ได้สร้างเครื่องมือทางเทคโนโลยีนี้ขึ้นมา วงจรรวมถูกออกแบบขึ้นหลังจากทำการทดลองหลายประเภท ซึ่งนำไปสู่การค้นพบว่าสารกึ่งตัวนำสามารถทำงานได้คล้ายกับหลอดสุญญากาศ

รูปร่างของมันถูกออกแบบให้เล็กลงเรื่อยๆ เนื่องจากผู้ผลิตเพิ่มจำนวนทรานซิสเตอร์ทุกๆ 18 เดือน ตามที่ได้ทำนายไว้ กฎของมัวร์.

ลักษณะสำคัญของวงจรรวมมีอะไรบ้าง?

คุณลักษณะหลักของวงจรรวมประกอบด้วย:

แฟนเอาท์

แต่ละตัวเลขของ คืออะไร ค่าใช้จ่าย ซึ่งมุ่งเน้นไปที่ทางออกของประตูโดยไม่ละเลยหน้าที่หลักของประตู ทางออกของประตูเหล่านั้นให้ปริมาณหนึ่ง ถูก จำกัด ของกระแสไฟฟ้าที่การทำงานไม่ได้รับการจัดการอย่างถูกต้อง ซึ่งเป็นเหตุผลที่เรียกว่าเกิดการโอเวอร์โหลด

การสูญเสียพลังงาน

นี่คือความแข็งแกร่งที่จำเป็นเพื่อให้สามารถ จัดการประตูซึ่งแสดงเป็นมิลลิวัตต์และบ่งบอกถึงกำลังไฟฟ้าที่ควรจะมี

ความล่าช้าในการแพร่กระจาย

นี่คือช่วงเวลาที่ การแปลงการออกอากาศ และสัญญาณสำหรับการเข้าและออกในขณะที่สัญญาณไบนารีเปลี่ยนค่า

ระยะขอบเสียงรบกวน

มันเป็น แรงดันเสียง สัญญาณรบกวนนี้จะถูกเพิ่มเข้าไปในสัญญาณอินพุตของชิป โดยไม่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงใดๆ เมื่อไม่จำเป็น โดยปกติจะแสดงเป็นหน่วยโวลต์ และมีสัญญาณรบกวนสองประเภทที่ต้องนำมาพิจารณา: สัญญาณรบกวน DC และสัญญาณรบกวน AC.

ประเภทและการจำแนกประเภทของไมโครชิป: มีไมโครชิปประเภทใดบ้าง?

ประเภทของไมโครชิป ได้แก่:

วงจรโมโนลิธิก

ผลิตจากผลึกเดี่ยวที่ประกอบด้วยซิลิคอน

วงจรฟิล์มบางแบบไฮบริด

วงจรนี้มีความคล้ายคลึงกับวงจรแบบโมโนลิธิกมาก เนื่องจากมีชิ้นส่วนที่ผลิตได้ยาก

อนาล็อกและดิจิตอล

ชิปเหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายและแบ่งออกเป็นชิปอนาล็อก ซึ่งทำหน้าที่เพิ่มความเข้มของสัญญาณ และชิปดิจิทัล ซึ่งทำหน้าที่เหมือนสมองอนาล็อก ทำงานเสมือนระบบประสาท ชิปประเภทต่างๆ เหล่านี้ใช้สำหรับ พัฒนาระบบที่ซับซ้อน.

ไมโครโปรเซสเซอร์

แบบจำลองนี้ช่วยให้สามารถผลิตได้ คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลส่วนประกอบเหล่านี้มีส่วนช่วยในการพัฒนาโทรศัพท์มือถือในปัจจุบัน เนื่องจากช่วยในการทำงานที่สำคัญหลายอย่าง

ข้อจำกัดหลักของวงจรรวมในด้านการคำนวณ: วงจรรวมทำอะไรได้บ้างและทำอะไรไม่ได้บ้าง?

วงจรรวมมีคุณสมบัติบางประการ ข้อ จำกัด อุปสรรคทางกายภาพและเศรษฐกิจที่ขัดขวางการพัฒนาอุปกรณ์เหล่านี้ ทำให้การพัฒนาอุปกรณ์เหล่านี้ไม่เป็นไปอย่างแม่นยำ

การกระจายอำนาจ

อุปกรณ์เหล่านี้จะปล่อยแรงออกมาเมื่อส่วนประกอบแต่ละชิ้นถูกประกอบเข้าด้วยกันในขนาดที่ถูกต้อง แรงนี้ยังสามารถเพิ่มขึ้นได้เมื่ออุปกรณ์ร้อนขึ้น ชั้นล่างซึ่งส่งผลให้อุปกรณ์ทำงานผิดพลาด

นอกจากนี้ ในหลายกรณีมันยังมีระบบป้อนกลับเชิงบวก กล่าวคือ ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้นเท่าไร กระแสไฟฟ้าก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ซึ่งเป็นที่รู้จักกันในชื่อ... กระแสความร้อนหนี.

หากการบรรจุหีบห่อแบบนี้ไม่จำกัด อุปกรณ์อาจเสียหายได้ เครื่องขยายเสียงและกลไกปรับความตึงมีความเสี่ยงเป็นพิเศษ ดังนั้นจึงควรบรรจุหีบห่ออุปกรณ์เหล่านี้ให้มิดชิด... การป้องกันความร้อน.

วงจรไฟฟ้ากำลังมักเป็นวงจรที่มีแรงไฟฟ้าสูงที่สุดที่ต้องระบายออก นั่นคือเหตุผลที่วงจรเหล่านี้... แคปซูล ภายในชิปมีส่วนประกอบที่เป็นโลหะ เพื่อทำหน้าที่เป็นตัวนำความร้อนและส่งความร้อนไปยังแผ่นระบายความร้อนหรือสภาพแวดล้อมโดยรอบ

การลดความต้านทานความร้อนและการใช้แคปซูลซิลิโคนแบบใหม่ส่งผลให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น การกระจายความร้อน ในแคปซูลขนาดเล็ก

ด้วยเหตุนี้ วงจรดิจิทัลจึงช่วยให้สามารถเอาชนะข้อจำกัดด้านแหล่งจ่ายไฟได้ เนื่องจากใช้เทคโนโลยีที่ใช้พลังงานต่ำ เช่น CMOS.

การแทนที่และการเหนี่ยวนำตนเองแบบปรสิต

โดยพื้นฐานแล้วหมายถึงการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าที่มีอยู่ในชิป บรรจุภัณฑ์ และวงจรที่ติดตั้งชิปเหล่านั้น ซึ่งเป็นข้อจำกัดในการทำงานของชิป การใช้ชิปที่มีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้จะลดความจุและข้อจำกัดต่างๆ ของชิปลง การเหนี่ยวนำอัตโนมัติ.

ข้อจำกัดเกี่ยวกับส่วนประกอบ

องค์ประกอบบางส่วนที่เป็นข้อจำกัดซึ่งทำให้ชิปทำงานผิดปกติ ได้แก่:

• ตัวต้านทาน ซึ่งไม่จำเป็นเพราะต้องใช้พื้นที่มาก ดังนั้นจึงมีการใช้ค่าขนาดเล็กและเทคโนโลยี MOS แทน
• ตัวเก็บประจุ โดยสามารถใช้เปอร์เซ็นต์ที่น้อยมากได้ เนื่องจากครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่ เช่น ในกรณีของนักพูดเชิงกลยุทธ์ μA741 และอ่างเก็บประจุปรับสมดุลนั้นกินพื้นที่ส่วนใหญ่ของชิป
• ตัวเหนี่ยวนำ โดยทั่วไปแล้วจะใช้สำหรับ วงจรความถี่วิทยุเนื่องจากพวกมันเป็นลูกผสมและโดยทั่วไปแล้วจะไม่สามารถรวมเข้ากับระบบอื่นได้

ความหนาแน่นของการบูรณาการ

เมื่อมีการพัฒนาวงจรรวม ปัญหาต่างๆ ก็จะเพิ่มมากขึ้น จนกระทั่งในที่สุดวงจรรวมเวอร์ชันสุดท้ายก็มีจำนวนชิ้นส่วนที่แตกต่างกันออกไป ไม่สามารถดำเนินการได้ อย่างถูกต้อง ในขณะที่ชิปทำงานเสร็จสมบูรณ์ อุปกรณ์จำนวนมากขึ้นผู้ที่มีปัญหาในการลดความสมดุลของชิปการทำงานให้เหลือน้อยที่สุด

นี่คือเหตุผลว่าทำไมจึงต้องใช้ทรานซิสเตอร์หลายพันตัวในวงจรหน่วยความจำ เพราะมีการสร้างมากกว่าที่ต้องการ เพื่อให้การเชื่อมต่อสามารถแตกต่างออกไปได้ มันทำให้องค์กรนั้นประสบปัญหา.

ขาดความยืดหยุ่น

หากวงจรรวมไม่มี ความยืดหยุ่น การติดตั้งที่ไม่ถูกต้องอาจทำให้เกิดปัญหาเกี่ยวกับฮาร์ดแวร์ของระบบ ส่งผลให้ยากต่อการอัปเดตโปรแกรมที่คุณต้องการใช้งาน

หากต้องการอัปเดตระบบ ระบบจะต้องได้รับการพัฒนาอย่างสมบูรณ์ มิเช่นนั้นอุปกรณ์จะล้าสมัย ดังนั้น เพื่อแก้ไขปัญหานี้... ร่องว่างเปล่าได้ถูกสร้างขึ้นแล้ว.

นั่นคือเหตุผลที่ผู้ใช้สามารถเพิ่มได้ ฟังก์ชันการทำงานของอุปกรณ์ของพวกเขา...รวมถึงประสิทธิภาพการทำงาน โดยไม่ต้องซื้อระบบใหม่ นี่คือเหตุผลว่าทำไมการมีพลังงานที่ดีสำหรับ อัปเดตอุปกรณ์ สิ่งสำคัญคือต้องมีฟังก์ชันการทำงานที่จำกัด ดังนั้นในท้ายที่สุดจึงจำเป็นต้องสร้างระบบใหม่ทั้งหมด