Concetti Chiave
- I calcolatori utilizzano circuiti digitali che operano con segnali discretizzati, generalmente in due stati.
- Le porte logiche, realizzate con transistor, sono fondamentali per eseguire operazioni dell'algebra di Bool nei circuiti digitali.
- I chip, che contengono porte logiche, sono classificati in base al numero di porte in SSI, MSI, LSI e VLSI.
- Il processo di produzione dei circuiti integrati include la fusione di sabbie silicee, l'epitassia di materiali e la fotolitografia per il deposito selettivo.
- Nel 2017, la tecnologia ha raggiunto l'integrazione di 21 miliardi di transistor in un chip, con dimensioni minime di 10 nanometri.
I calcolatori sono costituiti da circuiti digitali:i sistemi diventano complessi e potenti grazie all’aggregazione di tanti circuiti di base. Un sistema digitale usa segnali discretizzati, di solito assumendo solo 2 stati:
Porte logiche e loro funzionamento
La base dei circuiti digitale sono le porte logiche, semplici circuiti che possono calcolare le principali operazioni dell’algebra di Bool. Le porte logiche sono realizzate con transistor, che operano come interruttori automatici. Un segnale sulla base mette in comunicazione emettitore e collettore, che sono elettricamente isolati.
Si usano cinque porte logiche di base: NOT, NAND, NOR, AND, OR
Classificazione e fabbricazione dei chip
Chip (o IC: circuiti integrati) = porte logiche prodotte e vendute in unità, è un pezzetto rettangolare di silicio di dimensioni circa 5mm x 5mm su cui vengono fatte le porte. I circuiti integrati sono poi montati in package. I contatti di uscita sono messi in due file parallele ai lati (DIP = Dual Inline Packages).
I chip possono essere classificati in base al numero di porte:
- SSI: 1-10 porte
- MSI: 10-100 porte
- LSI: 100-100.000 porte
- VLSI: >100.000 porte
Processo di produzione dei circuiti integrati
Per fabbricare circuiti integrati:
- fusione di sabbie silicee e realizzazione di wafer (disco, dove sono realizzati molti chip)
- disposizione per epitassia di strati di materiali semiconduttori, ossidi, isolanti, metalli
- il deposito dei materiali non è uniforme, ma selettivo grazie a processo di fotolitografia:
-- tutto il wafer ricoperto di uno strato fotosensibile
--lo strato fotosensibile è esposto a raggio UV che passa attraverso le zone chiare di una maschera (vetro e cromo) ad altissima definizione
--le parti illuminate diventano solubili e lo strato fotosensibile viene asportato
--con lavaggio chimico (etching) si rimuovo strati sottostanti
- il processo di deposito può essere ripetuto molte volte per chip complessi
- separazione di chip dello stesso wafer e montaggio in un contenitore
Avanzamenti tecnologici nel 2017
Nel 2017 la tecnologia è in grado di integrare 21 miliardi di transistor in un chip, e la dimensione minima è di 10 nanometri.
Domande da interrogazione
- Quali sono le porte logiche di base utilizzate nei circuiti digitali?
- Come vengono classificati i chip in base al numero di porte?
- Qual è il processo di produzione dei circuiti integrati?
Le porte logiche di base sono NOT, NAND, NOR, AND e OR, e sono fondamentali per eseguire le operazioni dell'algebra di Bool nei circuiti digitali.
I chip possono essere classificati come SSI (1-10 porte), MSI (10-100 porte), LSI (100-100.000 porte) e VLSI (> 100.000 porte), a seconda del numero di porte logiche che contengono.
Il processo di produzione include la fusione di sabbie silicee per creare wafer, l'epitassia di strati di materiali semiconduttori, e l'uso della fotolitografia per depositare selettivamente i materiali, con possibilità di ripetere il processo per chip complessi.
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