قطعات ديجيتال

1- مدارهاي مجتمع:

مدارهاي ديجيتال با مدارهاي مجتمع ساخته مي شوند يک مدار مجتمع (يا آي سي) يک کريستال کوچک نيمه هادي بنام تراشه است که قطعات الکترونيکي را براي گيت هاي ديجيتال در خود دارد. اطلاات داخل تراشه مدار مورد نياز را بوجود مي آورد. تراشه در داخل يک محفظه پلاستيک و يا سراميک جاسازي مي شود و اتصالات آن با سيم هاي طلايي نازک به پايه هاي خارجي جوش داده مي شود تا مدار مجتمع بوجود آيد. تعداد پايه ها ممکن است از 14 پايه در بسته هاي کوچک تا 100 پايه با بيشتر در بسته هاي بزرگتر تغيير کند. هر مدار مجتمع يا آي سي داراي يک مشخصه عددي است که روي سطح بسته بندي آن براي شناسايي چاپ مي شود. هر سازنده يک کتابچه راهنما يا کاتولوگ با شرح دقيق و تمام اطلاعات لازم در باره آي سي هاي ساخت خود را چاپ مي کند.
با پيشرفت تکنولوژي مدارهاي مجتمع، تعداد گيت هايي که مي توانست در يک تراشه جاي گيرد به ميزان قابل ملاحظه اي افزايش يافت. تراشه هايي که داراي چند گيت داخلي بودند و آن دسته که چند صد گيت را دارا بودند در بسته هايي با ظرفيت و مقياس کوچک، متوسط و يا بزرگ جاي داده شدند.
مدارهاي مجتمع با مقياس کوچک(smal scale integration (SSI
داراي چند گيت مستقل در يک بسته واحد هستند. ورودي ها و خروجي هاي گيت ها مستقيماً به پايه هاي بسته متصل اند. تعداد گيت ها معمولاً کمتر از 10 و محدود به تعداد پايه ها در IC مي باشد.
قطعات مجتمع با مقياس متوسط(Medium scale integration (MSI
داراي تقريباً 10 الي 200 گيت در هر بسته مي باشند اين وسيله ها معمولاً توابع ديجتال ساده همچون ديكدرها، جمع كننده ها و ثبات ها را اجرا مي نمايند.
مدارها يا وسايل مجتمع با مقياس بزرگ (large integeration (LSI
بين 200 تا چند هزار گيت در هر بسته دارند، اين بسته ها سيستم هاي ديجيتالي همچون پردازنده ها، تراشه ها، حافظه و ماژول هاي قابل برنامه ريزي را شامل مي شوند.
قطعات مجتمع با مقياس بسيار بزرگ (VLSI) Very large scale integration
حاوي هزاران گيت در يك بسته اند مثال هايي از اين گروه عبارتند از: آرايه هاي بزرگ حافظه، تراشه هاي پيچيده ريزكامپيوترها. VLSIها بدليل كوچكي و ارزاني انقلابي در تكنولوژي ساخت سيستم هاي كامپيوتري بوجود آورده و به طراحان امكان ساخت و ايجاد ساختارهايي را دادند كه قبلاً اقتصادي نبودند.
مدارهاي مجتمع ديجيتال نه تنها بر اساس عملكرد منطقي شان طبقه بندي مي شوند بلكه از نظر تكنولوژي خاص مدارهايي كه به آن تعلق دارند نيز دسته بندي مي گردند. تكنولوژي به كار رفته در مدار را خانواده منطقي ديجيتال (digetal logic family) مي خوانند. هر خانواه منطقي، مدارهاي الكترونيكي پايه خاصي را داراست و مدارها و توابع ديجيتال پيچيده تر بر اساس آن تهيه مي شوند. مدار پايه در هر تكنولوژي يك گيت NAND NOR و يا معكوس كننده است. در نام گذاري تكنولوژي، از قطعات الكترونيك به كار رفته در ساخت مدار پايه معمولاً استفاده مي شود. بسياري از خانواده هاي مختلف منطقي به صورت مدارهاي مجتمع در سطح تجاري عرضه شده اند متداول ترين خانواده هادر زير ارائه شده اند.
TTL.  منطق ترانزيستور-ترانزيستور : Transistor-transistor logec
ECL.  منطق كوپل امتير:  Emitter coupled logic
MOS.  منطق فلز-اكسيد-نيمه هادي:  Metal-onide semiconductor
CMOSE.  منطق فلز-اكسيد-نيمه هادي مكمل:  Complementary metal onide semiconductor
TTL: يك خانواده متداول است كه سالها مورد استفاده بوده و بعنوان استاندارد تلقي مي شود.
ECL: در سيستم هايي كه به سرعت عمل بالا نياز دارند ترجيح داده مي شود.
MOS: براي مدارهايي كه نياز به تراكم بالا دارند مناسب است.
CMOS: در سيستم هاي كم مصرف به كار مي رود.
خانواده منطقي ترانزيستور-ترانزيستورگونه تكامل يافته تكنولوژي قديمي است كه در آن از ديود و ترانزيستور براي ساخت گيت پايه NAND استفاده مي شده است.
اين تكنولوژي منطق ديود-ترانزيستور (DTL) خوانده مي شده است.
بعدها براي بهبود عملكرد مدار بجاي ديود از ترانزيستور استفاده شد و نام خانواده جديد، منطق ترانزيستور-ترانزيستور گذاشته شد و به همين دليل نام «ترانزيستور» در اين عبارت دو بار تكرار شده است. علاوه بر نوع استاندارد TTL و انواع ديگري از اين خانواده عبارتند از: TTL سرعت بالا و TTL توان پايين (يا كم مصرف) TTL شوتكي و TTL شوتكي توان پايين و TTL شوتكي پيشرفته.
منبع تغذيه مدارهاي TTL و5 ولت است و دو سطح منطقي تقريباً0 و 5 .3 ولت مي باشند.
خانواده كوپل امتير سريع ترين مدارهاي ديجيتال را به فرم مجتمع در اختيار مي گذارد. ECL در مدارهايي مانند سوپركامپيوترهاي و پردازنده هاي سيگنال كه در آن ها سرعت بالا ضرورت دارد، بكار مي رود.
ترانزيستورها در گيت هاي ECL در حالت غير اشباع كار مي كنند و رسيدن به تأخير انتشاري در حد 1 تا 2 نانوثانيه در آنها ميسر است.
منطق فلز اكسيد-نيمه هادي (MOS) يك ترانزيستور تك قطبي است كه به جريان يك نوع حامل الكتريكي وابسته است. اين حامل ها ممكن است الكترون (در نوع كانال n )يا حفره (در نوع كانال p) باشند. اين، بر خلاف ترانزيستور دو قطبي به كار رفته در گيت هاي TTL و ECL است، كه در حين عملكرد هر دو نوع حامل در آن وجود دارند. يك MOS كانال P را PMOS و يك MOS كانال N را NMOS مي نامند. معمولاً در مدارهايي كه فقط يك نوع ترانزيستور MOS وجود دارد از NMOS استفاده مي شود.
در تكنولوژي CMOS هر دو نوع ترانزيستور PMOS و NMOS كه به شكل مكمل در تمام مدارها بسته شده اند بكار رفته است. بزرگترين مزيت CMOS نسبت به دو قطبي تراكم بالاي مدارها در بسته بندي، ساده بودن تكنيك ساخت و عملكرد مقرون به صرف آن بدليل مصرف توان كم است.
بعلت مزاياي بي شمار، مدارهاي مجتمع انحصاراً در تهيه انواع قطعات لازم در طراحي سيستم هاي كامپيوتر به كار مي روند. براي درك سازمان و طراحي كامپيوترها، آشنايي با انواع قطعات و اجزاء بكار رفته در مدارهاي مجتمع اهميت دارد. به اين دليل، اجزاء اصلي به همراه خواص منطقي آنها تشريح شده است. اين اجزاء مجموعه اي از واحدهاي عملياتي ديجيتال را فراهم مي كنند كه در طراحي كامپيوترهاي ديجيتال بعنوان بلاك هاي ساختماني اصلي (پايه) به كار مي روند.

منابع:

1- كتاب معماري كامپيوتر مؤلف: موريس مانو مترجم: دكتر قدرت سپيدنام
2- كتاب طراحي ديجيتال (مدار منطقي) مؤلف: موريس مانو مترجم: دكتر قدرت سپيدنام