Тема 5 Элементы и узлы ЭВМ_2010 (987276), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Пропорционально этим цифрам должны меняться изначения Wn и Wp, в противном случае схемы будут перегреваться и выходить из строя.В настоящее время основой построения всех микросхем была и остается КМОПтехнология (комплиментарные схемы, т.е. совместно использующие n- и р-переходы втранзисторах со структурой металл - окисел - полупроводник).Известно, что W=U*I. Напряжение питания современных микросхем составляет5 - 3V. Появились схемы с напряжением питания 2,8V, что выходит за рамки принятыхстандартов.

Дальнейшее понижение напряжения нежелательно, так как всегда вэлектронных схемах должно быть обеспечено необходимое соотношение сигнал-шум,гарантирующее устойчивую работу ЭВМ.Протекание тока по микроскопическим проводникам сопряжено свыделением большого количества тепла. Поэтому, создавая сверхбольшиеинтегральные схемы, проектировщики вынуждены снижать тактовуючастоту работы микросхем. На рис.19 показано, что использованиемаксимальных частот работы возможно только в микросхемах малой исредней интеграции.

Максимальная частота fmax=1011-1012Гц доступна оченьнемногим материалам: кремнию Si, арсениду галлия GaAs и некоторымдругим. Поэтому они чаще всего и используются в качестве подложек вмикросхемах.Рис.19. Зависимость частоты f от степени интеграции А,Таким образом, переход к конструированию ЭВМ на СБИС и ультраСБИС должен сопровождаться снижением тактовой частоты работы схемы.Дальнейший прогресс в повышении производительности может бытьобеспечен либо за счет архитектурных решений, либо за счет новыхпринципов построения и работы микросхем. Альтернативных путей развитияпросматривается не очень много.

Так как микросхемы СБИС не могутработать с высокой тактовой частотой, то в ЭВМ будущих поколений СБИСвидимо будут комплексированы в системы, где они будут работатьпараллельно, а управление ими будут осуществлять сверхскоростныеинтегральными схемы (ССИС) с малой степенью интеграции.Большие исследования проводятся также в области использованияявления сверхпроводимости и туннельного эффекта - эффекта Джозефсона.Работа микросхем при температурах, близких к абсолютному нулю (-2730С),позволяет достигнуть fmax, при этом Wp=Wn=0.

Очень интересны результатыпо использованию "теплой сверхпроводимости". Оказывается, что длянекоторых материалов, в частности для солей бария, явлениесверхпроводимости наступает уже при температурах около –1500С..Успехов в развитии микроэлектроники можно ожидать за счетиспользования явления сверхпроводимости при плюсовых температурах(«теплая сверхпроводимость»). Высказывались соображения, что могут бытьполучены материалы, имеющие сверхпроводимость при температурах,близких к комнатной.

При этом потребляемая и рассеиваемая мощностьбудет близка к 0. Исследовательские работы в этом направлении являютсязакрытыми, а результаты могут совершить революцию в развитии средств ВТновых поколений.Альтернативными путями в области развития элементной базы следуетсчитать разработку следующих классов компьютеров:• молекулярные компьютерыВ качестве еще одного из альтернативных путей развития элементной базы ЭВМбудущих поколений следует рассматривать и биомолекулярную технологию. Внастоящее время имеются опыты по синтезу молекул на основе их стереохимическогогенетического кода, способных менять ориентацию и реагировать на ток, на свет и т.п.Однако построение из них биологических микромашин еще находится на стадииэкспериментов. Таким образом, можно сделать вывод, что в настоящее времявозможности микроэлектроники еще не исчерпаны, но давление пределов уже ощутимо.• биокомпьютеры (нейрокомпьютеры)Идея основана на теории перцептрона – искусственной нейронной сети, способнойобучаться.

Автор идеи – Ф.Розенблат. Он указал, что структуры, обладающиесвойствами мозга и нервной системы, позволяют получить целый ряд преимуществвеществ: параллельность обработки; способность к обучению и настройке; способностьк автоматической классификации; более высокую надежность; ассоциативность.• квантовыеПринцип работы основан на способности электрона в атоме иметь различные уровниэнергии, управлять которой можно с помощью электромагнитного поля (квантовыекомпьютеры); Основным блоком является qubi –Quantum Bi, который может иметьбольшое число состояний. Для таких блоков определен логически полный набор состоянийэлементарных функций.

Есть эксперименты по созданию RISC-процессоров на RSFQлогике (Rapid Single Flux Quantum) и проекты создания петафлопных компьютеров.• оптические.Идеи создания таких компьютеров основаны на:•Стереохимическом коде молекул, способных менятьэтот код при воздействии током, светом (молекулярныекомпьютеры);•Теории перцептрона – искусственной нейроннойсети, способной обучаться (нейрокомпьютеры);•Способности электрона в атоме иметь различныеуровни энергии, управлять которой можно с помощьюэлектромагнитного поля (квантовые компьютеры);•Способности света параллельно распространяться впространстве (оптические компьютеры);Однако в настоящее время возможности микроэлектроники еще неисчерпаны:• Появление многоразрядных (64 и 128) микропроцессоров!• Появление многоядерных процессоров!Основой для ЭВМ будущих поколений будут БИС и СБИС совместно сССИС.

При этом структуры ЭВМ и ВС будут широко использоватьпараллельную работу микропроцессоров..

Характеристики

Список файлов лекций