计算机集成电路集成电路|计算机组成原理

本文概述

TTL（晶体管-晶体管逻辑）
ECL（发射极耦合逻辑）
功率MOS
NMOS
CMOS（互补金属氧化物半导体）

使用硅材料制造集成电路（IC）, 并将其安装在陶瓷或塑料容器（称为芯片）中。 IC的基本组件由用于数字门的电子电路组成。各种栅极在IC内部互连以形成所需的电路。
以下类别可以将集成电路（IC）大致分类：
SSI（小型集成设备）
这些类型的器件在一个封装中包含多个独立的门。这些门的输入和输出直接连接到封装中的引脚。逻辑门的数量通常少于10个, 并受IC中可用引脚数的限制。
MSI（中型规模集成设备）
在单个封装中, 此类器件的复杂度约为10至200个门。基本组件包括解码器, 加法器和寄存器。
LSI（大型集成设备）
LSI器件在一个封装中包含大约200至数千个门。 LSI设备的基本组件包括数字系统, 例如处理器, 存储芯片和可编程模块。
VLSI（大型集成设备）
【计算机集成电路】这种类型的设备在单个封装中包含数千个门。 VLSI设备最常见的示例是复杂的微型计算机芯片。
数字集成电路也通过其所属的特定电路技术进行分类。电路技术通常被称为数字逻辑家族。每种技术都有其自己的基本电子电路和要执行的功能。
每种技术中最常见的组件是NAND, NOR或反相器门。
数字逻辑系列中最受欢迎的包括：

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TTL（晶体管-晶体管逻辑）
ECL（发射极耦合逻辑）
MOS（金属氧化物半导体）
CMOS（互补金属氧化物半导体）

TTL（晶体管-晶体管逻辑） TTL技术是先前称为DTL（二极管晶体管逻辑）的技术的升级版本。 DTL技术过去具有基本NAND门的二极管和晶体管。当将这些二极管替换为晶体管以改善电路操作时, 就存在TTL。
TTL有多种变体, 例如高速TTL, 低功耗TTL, 肖特基TTL, 低功耗肖特基TTL和高级肖特基TTL。
下图显示了标准TTL电路及其配置。

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TTL系列的功能：

TTL电路的总电源电压为5伏, 两个逻辑电平分别约为0和3.5伏。
TTL电路的输出最多可以支持10个门。
TTL电路的平均传播延迟约为9ns。

TTL应用

TTL用作驱动灯和继电器的开关设备。
TTL在控制器应用中用于提供0至5V。
TTL系列主要用于DEC VAX等小型计算机的处理器中。
它也用于打印机和视频显示终端。

ECL（发射极耦合逻辑） ECL技术以集成形式提供了最快的数字电路。 ECL电路用于需要高速的超级计算机和信号处理器中。
ECL栅极中的晶体管在非饱和状态下运行, 该条件允许实现1-2纳秒的传播延迟。

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ECL系列的功能

即使在非活动状态下, 逻辑门也持续汲取电流。因此, 与其他逻辑系列相比, 功耗更大。
ECL使用双极晶体管逻辑, 其中晶体管不在饱和区域工作。
ECL门的平均传播延迟约为0.5至2ns。

MOS（金属氧化物半导体）是一种单极晶体管, 仅取决于一种载流子的流量, 该载流子可以是电子（n沟道）或空穴（p沟道）。
MOS技术通常分为两种基本形式：

P沟道MOS被称为PMOS。
n沟道MOS称为NMOS。

功率MOS 可以通过考虑PMOS NAND门来解释PMOS逻辑系列执行的操作。
下图显示了两个输入的PMOS NAND门。

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将低逻辑应用于A或B时, 晶体管将被激活。这样可以在电源和输出端子之间建立连接。
当施加低逻辑时, 输出升高到逻辑高值。否则, 在其他情况下它将保持逻辑低电平。
除非向A或B施加低电平逻辑, 否则下拉电阻器’ R’ 保持低电平逻辑。
NMOS NMOS逻辑的结构类似于PMOS。但是, 在这里, 我们将使用NMOS晶体管以及上拉电阻R来代替PMOS晶体管。
以下电路图显示了两个输入NMOS NAND门。

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如电路图所示, NMOS NAND门具有两个从输出端到接地端串联的NMOS晶体管。
上拉电阻器从输出端子连接到电源。
当高逻辑被施加到两个输入时, 两个晶体管都被激活。这将在输出端子和接地之间建立连接。
如果输入中的任何一个处于逻辑高电平, 而另一个则处于逻辑低电平, 则晶体管将被停用。这终止了输出端子和地面之间的路径。
CMOS（互补金属氧化物半导体）互补MOS或CMOS技术使用在所有电路中以互补方式连接的PMOS和NMOS晶体管。
CMOS逻辑系列因其高抗噪性和低功耗而在大型集成电路中受到高度青睐。
以下电路图显示了标准CMOS电路及其配置。