الالكترونيات الرقمية

الموسوعة الحرة
الالكترونيات الرقمية

الإلكترونيات الرقمية هي مجال إلكترونيات يشمل دراسة الإشارات الرقمية وهندسة الأجهزة التي تستخدمها أو تنتجها. وهذا على النقيض من الإلكترونيات التناظرية التي تعمل في المقام الأول بالإشارات التناظرية . وعلى الرغم من الاسم، فإن تصميمات الإلكترونيات الرقمية تتضمن اعتبارات تصميم تناظرية مهمة.

تتكون الدوائر الإلكترونية الرقمية عادةً من مجموعات كبيرة من البوابات المنطقية ، والتي غالبًا ما تكون معبأة في دوائر متكاملة . وقد تحتوي الأجهزة المعقدة على تمثيلات إلكترونية بسيطة لوظائف المنطق البولياني . [1]

تاريخ

تم تحسين نظام الأعداد الثنائية بواسطة جوتفريد فيلهلم لايبنتز (نُشر عام 1705) كما أثبت أنه باستخدام النظام الثنائي، يمكن الجمع بين مبادئ الحساب والمنطق. كان المنطق الرقمي كما نعرفه من بنات أفكار جورج بول في منتصف القرن التاسع عشر. في رسالة عام 1886، وصف تشارلز ساندرز بيرس كيف يمكن تنفيذ العمليات المنطقية بواسطة دوائر التبديل الكهربائية. [2] في النهاية، حلت الأنابيب المفرغة محل المرحلات للعمليات المنطقية. يمكن استخدام تعديل لي دي فورست لصمام فليمنج في عام 1907 كبوابة AND . قدم لودفيج فيتجنشتاين نسخة من جدول الحقيقة المكون من 16 صفًا كمقترح 5.101 من Tractatus Logico-Philosophicus (1921). تقاسم والتر بوثي ، مخترع دائرة التزامن ، جائزة نوبل في الفيزياء عام 1954، لإنشاء أول بوابة AND إلكترونية حديثة في عام 1924.

بدأت أجهزة الكمبيوتر التناظرية الميكانيكية في الظهور في القرن الأول واستخدمت لاحقًا في العصور الوسطى للحسابات الفلكية. في الحرب العالمية الثانية ، تم استخدام أجهزة الكمبيوتر التناظرية الميكانيكية للتطبيقات العسكرية المتخصصة مثل حساب تصويب الطوربيد. خلال هذا الوقت، تم تطوير أول أجهزة كمبيوتر رقمية إلكترونية، حيث اقترح جورج ستيبيتز المصطلح الرقمي في عام 1942. كانت في الأصل بحجم غرفة كبيرة، وتستهلك قدرًا من الطاقة يعادل عدة مئات من أجهزة الكمبيوتر الحديثة . [3]

أثبت كلود شانون أن التطبيقات الكهربائية للجبر البولياني يمكنها إنشاء أي علاقة عددية منطقية، وفي النهاية وضع أسس الحوسبة الرقمية والدوائر الرقمية في أطروحته للماجستير عام 1937، والتي تعتبر على الأرجح أهم أطروحة ماجستير تمت كتابتها على الإطلاق، وفاز بجائزة ألفريد نوبل عام 1939. [ 4] [5]

كان Z3 عبارة عن كمبيوتر كهروميكانيكي صممه كونراد زوس . تم الانتهاء منه في عام 1941، وكان أول كمبيوتر رقمي قابل للبرمجة يعمل بشكل آلي بالكامل في العالم . [6] تم تسهيل تشغيله من خلال اختراع الصمام المفرغ في عام 1904 بواسطة جون أمبروز فليمنج .

في الوقت نفسه الذي حلت فيه الحسابات الرقمية محل الحسابات التناظرية، سرعان ما حلت عناصر الدوائر الإلكترونية البحتة محل نظيراتها الميكانيكية والكهروميكانيكية. اخترع جون باردين ووالتر براتين الترانزستور النقطي في مختبرات بيل عام 1947، ثم اخترع ويليام شوكلي الترانزستور ثنائي القطب في مختبرات بيل عام 1948. [7] [8]

في جامعة مانشستر ، قام فريق تحت قيادة توم كيلبورن بتصميم وبناء آلة باستخدام الترانزستورات المطورة حديثًا بدلاً من الصمامات المفرغة. [9] كان " كمبيوترهم الترانزستوري "، وهو الأول في العالم، جاهزًا للتشغيل بحلول عام 1953 ، وتم الانتهاء من إصدار ثانٍ هناك في أبريل 1955. من عام 1955 فصاعدًا، حلت الترانزستورات محل الصمامات المفرغة في تصميمات الكمبيوتر، مما أدى إلى ظهور "الجيل الثاني" من أجهزة الكمبيوتر. بالمقارنة مع الصمامات المفرغة، كانت الترانزستورات أصغر وأكثر موثوقية ولديها عمر افتراضي غير محدد وتتطلب طاقة أقل من الصمامات المفرغة - وبالتالي تنبعث منها حرارة أقل، وتسمح بتركيزات أكثر كثافة من الدوائر، تصل إلى عشرات الآلاف في مساحة مضغوطة نسبيًا.

في عام 1955، اكتشف كارل فروش ولينكولن ديريك تأثيرات التخميد السطحي لأكسيد السيليكون. [10] في عام 1957، تمكن فروش وديريك، باستخدام الإخفاء والترسيب المسبق، من تصنيع ترانزستورات تأثير المجال لأكسيد السيليكون؛ أول ترانزستورات مستوية، حيث كان الصرف والمصدر متجاورين على نفس السطح. [11] في مختبرات بيل، تم إدراك أهمية تقنية فروش وديريك والترانزستورات على الفور. تم تداول نتائج عملهم في مختبرات بيل في شكل مذكرات BTL قبل نشرها في عام 1957. في Shockley Semiconductor ، قام Shockley بتوزيع الطبعة المسبقة لمقالهم في ديسمبر 1956 على جميع كبار موظفيه، بما في ذلك جان هورني ، [12] [13] [14] [15] الذي اخترع لاحقًا العملية المستوية في عام 1959 أثناء وجوده في Fairchild Semiconductor . [16] [17] في مختبرات بيل، درس جيه آر ليجينزا و دبليو جي سبيتزر آلية الأكاسيد المزروعة حرارياً، وصنعوا مجموعة عالية الجودة من Si/ SiO2 ونشروا نتائجهم في عام 1960. [18] [19] [20] بعد هذا البحث في مختبرات بيل، اقترح محمد عطا الله وداوون كانج ترانزستور MOS من السيليكون في عام 1959 [21] وأظهروا بنجاح جهاز MOS يعمل مع فريق مختبرات بيل الخاص بهم في عام 1960. [22] [23] ضم الفريق إي إي لابات وإي إي بوفيلونيس اللذان صنعا الجهاز؛ وإم أو ثورستون وإ إل إيه داسارو وجيه آر ليجينزا اللذان طورا عمليات الانتشار، وإتش كيه جوميل ور. ليندنر اللذان وصفا الجهاز. [24] [25]

أثناء عمله في شركة Texas Instruments في يوليو 1958، سجل جاك كيلبي أفكاره الأولية المتعلقة بالدائرة المتكاملة (IC)، ثم أثبت بنجاح أول دائرة متكاملة عاملة في 12 سبتمبر 1958. [26] كانت شريحة كيلبي مصنوعة من الجرمانيوم . في العام التالي، اخترع روبرت نويس في شركة Fairchild Semiconductor الدائرة المتكاملة المصنوعة من السيليكون . كان أساس الدائرة المتكاملة المصنوعة من السيليكون التي ابتكرها نويس هو عملية هورني المستوية .

تشمل مزايا MOSFET قابلية التوسع العالية [27] ، والقدرة على تحمل التكاليف، [28] وانخفاض استهلاك الطاقة، وكثافة الترانزستور العالية . [29] كما أن سرعة التبديل الإلكتروني السريعة تجعله مثاليًا لتوليد قطارات النبضات ، [30] الأساس للإشارات الرقمية الإلكترونية ، [31] [32] على عكس BJTs التي تولد إشارات تناظرية تشبه الموجات الجيبية بشكل أبطأ . [30] جنبًا إلى جنب مع تكامل MOS واسع النطاق (LSI)، تجعل هذه العوامل من MOSFET جهاز تبديل مهم للدوائر الرقمية . [33] أحدثت MOSFET ثورة في صناعة الإلكترونيات ، [34] [35] وهي أكثر أجهزة أشباه الموصلات شيوعًا . [36] [37]

في الأيام الأولى للدوائر المتكاملة ، كانت كل شريحة محدودة بعدد قليل من الترانزستورات، وكانت درجة التكامل المنخفضة تعني أن عملية التصميم كانت بسيطة نسبيًا. كانت عائدات التصنيع منخفضة أيضًا وفقًا لمعايير اليوم. أدى التبني الواسع النطاق لترانزستور MOSFET بحلول أوائل السبعينيات إلى ظهور أول شرائح تكامل واسعة النطاق (LSI) بأكثر من 10000 ترانزستور على شريحة واحدة. [38] بعد التبني الواسع النطاق لـ CMOS ، وهو نوع من منطق MOSFET، بحلول الثمانينيات، يمكن وضع الملايين ثم المليارات من MOSFETs على شريحة واحدة مع تقدم التكنولوجيا، [39] وتطلبت التصميمات الجيدة تخطيطًا شاملاً، مما أدى إلى ظهور طرق تصميم جديدة . ارتفع عدد أجهزة الترانزستور والإنتاج الإجمالي إلى ارتفاعات غير مسبوقة. تم تقدير إجمالي كمية الترانزستورات المنتجة حتى عام 2018 بنحو1.3 × 10 22 (13 سكستليون ). [40] 

بدأت الثورة اللاسلكية (إدخال وانتشار الشبكات اللاسلكية ) في تسعينيات القرن العشرين وتم تمكينها من خلال التبني الواسع النطاق لمضخمات الطاقة RF القائمة على MOSFET ( MOSFET الطاقة و LDMOS ) ودوائر RF ( RF CMOS ). [41] [42] [43] سمحت الشبكات اللاسلكية بالنقل الرقمي العام دون الحاجة إلى الكابلات، مما أدى إلى التلفزيون الرقمي والأقمار الصناعية والراديو الرقمي ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) والإنترنت اللاسلكي والهواتف المحمولة خلال التسعينيات والألفينيات.

ملكيات

من مزايا الدوائر الرقمية عند مقارنتها بالدوائر التناظرية أنه يمكن إرسال الإشارات الممثلة رقميًا دون تدهور ناتج عن الضوضاء . [44] على سبيل المثال، يمكن إعادة بناء إشارة صوتية مستمرة يتم إرسالها كتسلسل من 1 و 0 دون خطأ، بشرط ألا تكون الضوضاء الملتقطة أثناء الإرسال كافية لمنع التعرف على 1 و 0.

في النظام الرقمي، يمكن الحصول على تمثيل أكثر دقة للإشارة باستخدام المزيد من الأرقام الثنائية لتمثيلها. وبينما يتطلب هذا المزيد من الدوائر الرقمية لمعالجة الإشارات، يتم التعامل مع كل رقم بواسطة نفس النوع من الأجهزة، مما يؤدي إلى نظام قابل للتطوير بسهولة . في النظام التناظري، تتطلب الدقة الإضافية تحسينات أساسية في الخطية وخصائص الضوضاء لكل خطوة من سلسلة الإشارة .

باستخدام الأنظمة الرقمية التي يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر، يمكن إضافة وظائف جديدة من خلال مراجعة البرامج ولا يلزم إجراء أي تغييرات على الأجهزة. وغالبًا ما يمكن القيام بذلك خارج المصنع من خلال تحديث برنامج المنتج. وبهذه الطريقة، يمكن تصحيح أخطاء تصميم المنتج حتى بعد وصول المنتج إلى أيدي العميل.

يمكن أن يكون تخزين المعلومات أسهل في الأنظمة الرقمية مقارنة بالأنظمة التناظرية. تسمح مناعة الأنظمة الرقمية للضوضاء بتخزين البيانات واسترجاعها دون تدهور. في النظام التناظري، تتسبب الضوضاء الناتجة عن الشيخوخة والتآكل في تدهور المعلومات المخزنة. في النظام الرقمي، طالما أن الضوضاء الكلية أقل من مستوى معين، يمكن استعادة المعلومات بشكل مثالي. حتى عندما يكون هناك ضوضاء أكثر أهمية، فإن استخدام التكرار يسمح باستعادة البيانات الأصلية بشرط عدم حدوث الكثير من الأخطاء.

في بعض الحالات، تستخدم الدوائر الرقمية طاقة أكبر من الدوائر التناظرية لإنجاز نفس المهام، وبالتالي تنتج المزيد من الحرارة مما يزيد من تعقيد الدوائر مثل تضمين مشعات حرارية. في الأنظمة المحمولة أو التي تعمل بالبطارية، يمكن أن يحد هذا من استخدام الأنظمة الرقمية. على سبيل المثال، غالبًا ما تستخدم الهواتف الخلوية التي تعمل بالبطارية واجهة أمامية تناظرية منخفضة الطاقة لتضخيم وضبط الإشارات اللاسلكية من المحطة الأساسية. ومع ذلك، تتمتع المحطة الأساسية بطاقة الشبكة ويمكنها استخدام أجهزة راديو برمجية متعطشة للطاقة ولكنها مرنة للغاية . يمكن إعادة برمجة مثل هذه المحطات الأساسية بسهولة لمعالجة الإشارات المستخدمة في المعايير الخلوية الجديدة.

يجب أن تترجم العديد من الأنظمة الرقمية المفيدة من إشارات تناظرية مستمرة إلى إشارات رقمية منفصلة. ويتسبب هذا في حدوث أخطاء في التكميم . ويمكن تقليل خطأ التكميم إذا خزن النظام ما يكفي من البيانات الرقمية لتمثيل الإشارة بالدرجة المطلوبة من الدقة . توفر نظرية أخذ العينات نيكويست-شانون إرشادات مهمة حول مقدار البيانات الرقمية اللازمة لتصوير إشارة تناظرية معينة بدقة.

إذا فقدت قطعة واحدة من البيانات الرقمية أو تم تفسيرها بشكل خاطئ، فقد ينتج عن ذلك في بعض الأنظمة خطأ صغير فقط، بينما في أنظمة أخرى قد يتغير معنى كتل كبيرة من البيانات ذات الصلة تمامًا. على سبيل المثال، يتسبب خطأ بت واحد في بيانات صوتية مخزنة مباشرة كتعديل نبضي خطي في أسوأ الأحوال في نقرة مسموعة واحدة. ولكن عند استخدام ضغط الصوت لتوفير مساحة التخزين ووقت الإرسال، قد يتسبب خطأ بت واحد في حدوث خلل أكبر بكثير.

بسبب تأثير الجرف ، قد يكون من الصعب على المستخدمين معرفة ما إذا كان نظام معين على حافة الفشل، أو ما إذا كان يمكنه تحمل المزيد من الضوضاء قبل الفشل. يمكن تقليل الهشاشة الرقمية من خلال تصميم نظام رقمي للمتانة . على سبيل المثال، يمكن إدراج بت التكافؤ أو طريقة أخرى لإدارة الأخطاء في مسار الإشارة. تساعد هذه المخططات النظام على اكتشاف الأخطاء، ثم إما تصحيح الأخطاء ، أو طلب إعادة إرسال البيانات.

بناء

ساعة ثنائية ، يتم توصيلها يدويًا على لوحات التجارب

تتكون الدائرة الرقمية عادةً من دوائر إلكترونية صغيرة تسمى بوابات منطقية يمكن استخدامها لإنشاء منطق تركيبي . تم تصميم كل بوابة منطقية لأداء وظيفة المنطق البولياني عند العمل على إشارات منطقية. يتم إنشاء البوابة المنطقية عمومًا من مفتاح أو أكثر يتم التحكم فيه كهربائيًا، وعادةً ما تكون ترانزستورات ، ولكن الصمامات الحرارية شهدت استخدامًا تاريخيًا. يمكن لمخرجات البوابة المنطقية، بدورها، التحكم في المزيد من البوابات المنطقية أو تغذيتها.

هناك شكل آخر من الدوائر الرقمية يتم بناؤه من جداول البحث (يُباع العديد منها على أنها " أجهزة منطقية قابلة للبرمجة "، على الرغم من وجود أنواع أخرى من أجهزة PLD). يمكن لجداول البحث أن تؤدي نفس الوظائف التي تؤديها الآلات القائمة على بوابات منطقية، ولكن يمكن إعادة برمجتها بسهولة دون تغيير الأسلاك. وهذا يعني أن المصمم يمكنه غالبًا إصلاح أخطاء التصميم دون تغيير ترتيب الأسلاك. لذلك، في المنتجات ذات الحجم الصغير، غالبًا ما تكون أجهزة المنطق القابلة للبرمجة هي الحل المفضل. وعادة ما يتم تصميمها بواسطة المهندسين باستخدام برامج أتمتة التصميم الإلكتروني .

تتكون الدوائر المتكاملة من ترانزستورات متعددة على شريحة سيليكون واحدة، وهي الطريقة الأقل تكلفة لصنع عدد كبير من بوابات المنطق المترابطة. عادة ما تكون الدوائر المتكاملة مترابطة على لوحة دوائر مطبوعة وهي لوحة تحمل المكونات الكهربائية، وتربطها ببعضها البعض باستخدام مسارات نحاسية.

تصميم

يستخدم المهندسون العديد من الطرق لتقليل التكرار المنطقي من أجل تقليل تعقيد الدائرة. يقلل التعقيد المنخفض من عدد المكونات والأخطاء المحتملة وبالتالي يقلل التكلفة عادةً. يمكن إزالة التكرار المنطقي من خلال العديد من التقنيات المعروفة، مثل مخططات القرار الثنائي ، والجبر البولياني ، وخرائط كارنو ، وخوارزمية كوين-ماكلوسكي ، وطريقة الكمبيوتر الاستدلالية . يتم تنفيذ هذه العمليات عادةً داخل نظام تصميم بمساعدة الكمبيوتر .

غالبًا ما تُستخدم الأنظمة المضمنة مع وحدات التحكم الدقيقة ووحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة لتنفيذ المنطق الرقمي للأنظمة المعقدة التي لا تتطلب الأداء الأمثل. تتم برمجة هذه الأنظمة عادةً بواسطة مهندسي البرمجيات أو الكهربائيين، باستخدام منطق السلم .

التمثيل

يمكن تمثيل علاقة الإدخال والإخراج للدائرة الرقمية على هيئة جدول الحقيقة . تستخدم الدائرة عالية المستوى المكافئة بوابات منطقية ، يتم تمثيل كل منها بشكل مختلف (موحد بواسطة IEEE / ANSI 91–1984). [45] يستخدم التمثيل منخفض المستوى دائرة مكافئة من المفاتيح الإلكترونية (عادةً الترانزستورات ).

تنقسم أغلب الأنظمة الرقمية إلى أنظمة تركيبية وتسلسلية . يعتمد مخرج النظام التركيبي فقط على المدخلات الحالية. ومع ذلك، يتم تغذية بعض مخرجات النظام التسلسلي كمدخلات، وبالتالي قد يعتمد مخرجه على المدخلات السابقة بالإضافة إلى المدخلات الحالية لإنتاج سلسلة من العمليات. تسهل التمثيلات المبسطة لسلوكها والتي تسمى آلات الحالة التصميم والاختبار.

تنقسم الأنظمة المتسلسلة إلى فئتين فرعيتين أخريين. فالأنظمة المتسلسلة "المتزامنة" تغير حالتها دفعة واحدة عندما تتغير حالة إشارة الساعة . أما الأنظمة المتسلسلة "غير المتزامنة" فتنشر التغييرات كلما تغيرت المدخلات. ويتم تصنيع الأنظمة المتسلسلة المتزامنة باستخدام قلابات تخزن الفولتات المدخلة على هيئة بت فقط عندما تتغير الساعة.

الأنظمة المتزامنة

يعد عداد الحلقة المكون من 4 بتات باستخدام قلابات من النوع D مثالاً على المنطق المتزامن. يتم توصيل كل جهاز بإشارة الساعة، ويتم تحديثهما معًا.

الطريقة المعتادة لتنفيذ آلة الحالة المتسلسلة المتزامنة هي تقسيمها إلى جزء من المنطق التركيبي ومجموعة من القلابات تسمى سجل الحالة . يمثل سجل الحالة الحالة كرقم ثنائي. ينتج المنطق التركيبي التمثيل الثنائي للحالة التالية. في كل دورة ساعة، يلتقط سجل الحالة التغذية الراجعة الناتجة عن الحالة السابقة للمنطق التركيبي ويعيدها كمدخل ثابت إلى الجزء التركيبي من آلة الحالة. يقتصر معدل الساعة على أكثر حسابات المنطق استهلاكًا للوقت في المنطق التركيبي.

الأنظمة غير المتزامنة

إن أغلب المنطق الرقمي متزامن لأنه من الأسهل إنشاء تصميم متزامن والتحقق منه. ومع ذلك، فإن المنطق غير المتزامن يتميز بعدم تقييد سرعته بساعة عشوائية؛ بل إنه يعمل بأقصى سرعة لبواباته المنطقية. [أ]

ومع ذلك، تحتاج معظم الأنظمة إلى قبول إشارات خارجية غير متزامنة في دوائرها المنطقية المتزامنة. هذه الواجهة غير متزامنة بطبيعتها ويجب تحليلها على هذا النحو. تشمل أمثلة الدوائر غير المتزامنة المستخدمة على نطاق واسع قلابات المزامنة ومزيلات الارتداد والمحكمين .

قد يكون تصميم مكونات المنطق غير المتزامنة صعبًا لأنه يجب مراعاة جميع الحالات الممكنة، في جميع التوقيتات الممكنة. الطريقة المعتادة هي إنشاء جدول للحد الأدنى والحد الأقصى للوقت الذي يمكن أن توجد فيه كل حالة من هذه الحالات ثم ضبط الدائرة لتقليل عدد هذه الحالات. يجب على المصمم إجبار الدائرة على الانتظار بشكل دوري حتى تدخل جميع أجزائها في حالة متوافقة (يُطلق على هذا "إعادة المزامنة الذاتية"). بدون تصميم دقيق، من السهل إنتاج منطق غير متزامن عن طريق الخطأ غير مستقر - أي أن الإلكترونيات الحقيقية ستكون لها نتائج غير متوقعة بسبب التأخيرات التراكمية الناجمة عن الاختلافات الصغيرة في قيم المكونات الإلكترونية.

أنظمة نقل السجلات

مثال لدائرة بسيطة ذات خرج تبديلي. يشكل العاكس المنطق التوافقي في هذه الدائرة، ويحتفظ السجل بالحالة.

العديد من الأنظمة الرقمية عبارة عن آلات تدفق بيانات . وعادة ما يتم تصميمها باستخدام منطق نقل السجلات المتزامنة وكتابتها بلغات وصف الأجهزة مثل VHDL أو Verilog .

في منطق نقل السجلات، يتم تخزين الأرقام الثنائية في مجموعات من القلابات تسمى السجلات . تتحكم آلة الحالة المتسلسلة في متى يقبل كل سجل بيانات جديدة من مدخلاته. مخرجات كل سجل عبارة عن مجموعة من الأسلاك تسمى الناقل الذي يحمل هذا الرقم إلى حسابات أخرى. الحساب هو ببساطة جزء من المنطق التوليفي. يحتوي كل حساب أيضًا على ناقل إخراج، وقد يكون متصلاً بمدخلات العديد من السجلات. في بعض الأحيان يكون للسجل مُضاعف على مدخله بحيث يمكنه تخزين رقم من أي ناقل من بين العديد من الناقلات. [ب]

إن أنظمة نقل السجلات غير المتزامنة (مثل أجهزة الكمبيوتر) لها حل عام. ففي ثمانينيات القرن العشرين، اكتشف بعض الباحثين أن جميع آلات نقل السجلات المتزامنة تقريبًا يمكن تحويلها إلى تصميمات غير متزامنة باستخدام منطق المزامنة "الأول في الدخول الأول في الخروج". وفي هذا المخطط، تتميز الآلة الرقمية بأنها مجموعة من تدفقات البيانات. وفي كل خطوة من خطوات التدفق، تحدد دائرة المزامنة متى تكون مخرجات هذه الخطوة صالحة وتعطي تعليمات للمرحلة التالية بشأن متى تستخدم هذه المخرجات. [ بحاجة لمصدر ]

تصميم الحاسوب

معالج Intel 80486DX2

إن أكثر آلات نقل السجلات منطقية للأغراض العامة هي الحاسوب . وهو في الأساس عبارة عن عداد ثنائي آلي . وعادة ما يتم تصميم وحدة التحكم في الحاسوب كبرنامج صغير يتم تشغيله بواسطة جهاز تسلسل صغير . والبرنامج الصغير يشبه إلى حد كبير لفافة البيانو التي يعزفها اللاعب. فكل إدخال في جدول البرنامج الصغير يتحكم في حالة كل بت يتحكم في الحاسوب. ثم يقوم جهاز التسلسل بالعد، ويوجه العد إلى الذاكرة أو آلة المنطق التركيبية التي تحتوي على البرنامج الصغير. وتتحكم البتات من البرنامج الصغير في وحدة المنطق الحسابي والذاكرة وأجزاء أخرى من الحاسوب، بما في ذلك جهاز التسلسل الصغير نفسه. وبهذه الطريقة، يتم تقليص المهمة المعقدة المتمثلة في تصميم عناصر التحكم في الحاسوب إلى المهمة الأكثر بساطة المتمثلة في برمجة مجموعة من آلات المنطق الأكثر بساطة.

إن جميع أجهزة الكمبيوتر تقريبًا متزامنة. ومع ذلك، فقد تم أيضًا بناء أجهزة كمبيوتر غير متزامنة . ومن الأمثلة على ذلك نواة ASPIDA DLX . [47] وقد قدمت شركة ARM Holdings مثالًا آخر . [48] ومع ذلك، لا تتمتع هذه الأجهزة بأي مزايا سرعة لأن تصميمات الكمبيوتر الحديثة تعمل بالفعل بسرعة أبطأ مكون فيها، وهو الذاكرة عادةً. وهي تستخدم طاقة أقل إلى حد ما لأنها لا تحتاج إلى شبكة توزيع ساعة. ومن المزايا غير المتوقعة أن أجهزة الكمبيوتر غير المتزامنة لا تنتج ضوضاء راديوية نقية طيفيًا. وهي تستخدم في بعض وحدات التحكم في محطات قاعدة الهاتف المحمول الحساسة للراديو. وقد تكون أكثر أمانًا في التطبيقات التشفيرية لأن انبعاثاتها الكهربائية والراديو قد يكون فك شفرتها أكثر صعوبة. [48]

هندسة الحاسوب

هندسة الحاسوب هي نشاط هندسي متخصص يحاول ترتيب السجلات ومنطق الحساب والحافلات والأجزاء الأخرى من الحاسوب بأفضل طريقة ممكنة لغرض محدد. لقد بذل مهندسو الحاسوب الكثير من العمل لتقليل التكلفة وزيادة سرعة أجهزة الحاسوب بالإضافة إلى تعزيز مناعتها ضد أخطاء البرمجة. إن الهدف المتزايد لمهندسي الحاسوب هو تقليل الطاقة المستخدمة في أنظمة الكمبيوتر التي تعمل بالبطارية، مثل الهواتف الذكية .

قضايا التصميم في الدوائر الرقمية

تتكون الدوائر الرقمية من مكونات تناظرية. ويجب أن يضمن التصميم عدم سيطرة الطبيعة التناظرية للمكونات على السلوك الرقمي المطلوب. ويجب أن تتولى الأنظمة الرقمية إدارة الضوضاء وهوامش التوقيت والمحاثة الطفيلية والسعات.

تعاني التصميمات السيئة من مشاكل متقطعة مثل الخلل ، والنبضات السريعة للغاية التي قد تؤدي إلى تشغيل بعض المنطق ولكن ليس البعض الآخر، والنبضات الصغيرة التي لا تصل إلى جهد العتبة الصالحة .

بالإضافة إلى ذلك، عندما تتفاعل الأنظمة الرقمية المحددة الوقت مع الأنظمة التناظرية أو الأنظمة التي يتم تشغيلها من ساعة مختلفة، يمكن أن يكون النظام الرقمي عرضة لعدم الاستقرار حيث ينتهك التغيير في الإدخال وقت الإعداد لمزلاج الإدخال الرقمي.

نظرًا لأن الدوائر الرقمية مصنوعة من مكونات تناظرية، فإن الدوائر الرقمية تحسب بشكل أبطأ من الدوائر التناظرية منخفضة الدقة التي تستخدم نفس القدر من المساحة والطاقة. ومع ذلك، فإن الدائرة الرقمية تحسب بشكل أكثر تكرارًا، بسبب مناعتها العالية للضوضاء.

أدوات التصميم الآلية

لقد تم أتمتة جزء كبير من الجهود المبذولة في تصميم الآلات المنطقية الكبيرة من خلال تطبيق أتمتة التصميم الإلكتروني (EDA).

غالبًا ما يتم تحسين أوصاف جدول الحقيقة البسيطة للمنطق باستخدام EDA التي تنتج تلقائيًا أنظمة مخفضة من بوابات المنطق أو جداول البحث الأصغر التي لا تزال تنتج المخرجات المطلوبة. المثال الأكثر شيوعًا لهذا النوع من البرامج هو مُقلل المنطق الاستدلالي Espresso . يمكن تحسين أنظمة المنطق الكبيرة باستخدام خوارزمية Quine-McCluskey أو مخططات القرار الثنائية . هناك تجارب واعدة مع الخوارزميات الجينية وتحسينات التلدين .

لأتمتة العمليات الهندسية المكلفة، يمكن لبعض EDA أخذ جداول الحالة التي تصف آلات الحالة وإنتاج جدول الحقيقة أو جدول الوظائف تلقائيًا للمنطق التجميعي لآلة الحالة. جدول الحالة هو جزء من النص يسرد كل حالة، جنبًا إلى جنب مع الشروط التي تتحكم في التحولات بينها وبين إشارات الإخراج المرتبطة بها.

غالبًا ما يتم تصميم أنظمة المنطق الحقيقية كسلسلة من المشاريع الفرعية، والتي يتم دمجها باستخدام تدفق الأدوات . يتم التحكم في تدفق الأدوات عادةً بمساعدة لغة برمجة نصية ، وهي لغة كمبيوتر مبسطة يمكنها استدعاء أدوات تصميم البرامج بالترتيب الصحيح. يمكن أن تتكون تدفقات الأدوات للأنظمة المنطقية الكبيرة مثل المعالجات الدقيقة من آلاف الأوامر، وتجمع بين عمل مئات المهندسين. يعد كتابة تدفقات الأدوات وتصحيح أخطائها تخصصًا هندسيًا راسخًا في الشركات التي تنتج التصميمات الرقمية. ينتهي تدفق الأدوات عادةً في ملف كمبيوتر مفصل أو مجموعة من الملفات التي تصف كيفية إنشاء المنطق فعليًا. غالبًا ما يتكون من تعليمات حول كيفية رسم الترانزستورات والأسلاك على دائرة متكاملة أو لوحة دائرة مطبوعة .

يتم تصحيح أخطاء أجزاء من تدفقات الأدوات من خلال التحقق من مخرجات المنطق المحاكي مقابل المدخلات المتوقعة. تأخذ أدوات الاختبار ملفات الكمبيوتر التي تحتوي على مجموعات من المدخلات والمخرجات وتسلط الضوء على التناقضات بين السلوك المحاكي والسلوك المتوقع. بمجرد الاعتقاد بأن بيانات الإدخال صحيحة، لا يزال يتعين التحقق من صحة التصميم نفسه. تتحقق بعض تدفقات الأدوات من التصميمات من خلال إنتاج تصميم أولاً، ثم مسح التصميم لإنتاج بيانات إدخال متوافقة لتدفق الأداة. إذا كانت البيانات الممسوحة ضوئيًا تتطابق مع بيانات الإدخال، فمن المحتمل أن تدفق الأداة لم يقدم أخطاء.

تُسمى بيانات التحقق الوظيفية عادةً بمتجهات الاختبار . يمكن الاحتفاظ بمتجهات الاختبار الوظيفية واستخدامها في المصنع لاختبار ما إذا كان المنطق الذي تم إنشاؤه حديثًا يعمل بشكل صحيح. ومع ذلك، لا تكتشف أنماط الاختبار الوظيفية جميع أخطاء التصنيع. غالبًا ما يتم تصميم اختبارات الإنتاج بواسطة أدوات برمجية لتوليد أنماط الاختبار التلقائية . تولد هذه الأدوات متجهات الاختبار من خلال فحص بنية المنطق وتوليد اختبارات تستهدف أخطاء محتملة معينة بشكل منهجي. بهذه الطريقة يمكن أن تقترب تغطية الخطأ من 100%، بشرط أن يكون التصميم قابلاً للاختبار بشكل صحيح (انظر القسم التالي).

بمجرد وجود تصميم ما، والتحقق منه واختباره، فإنه غالبًا ما يحتاج إلى المعالجة حتى يصبح قابلاً للتصنيع أيضًا. تتميز الدوائر المتكاملة الحديثة بخصائص أصغر من طول موجة الضوء المستخدم لتعريض المقاوم الضوئي. تضيف البرامج المصممة لسهولة التصنيع أنماط التداخل إلى أقنعة التعريض للقضاء على الدوائر المفتوحة، وتعزيز تباين الأقنعة.

تصميم من أجل قابلية الاختبار

هناك عدة أسباب لاختبار الدائرة المنطقية. فعند تطوير الدائرة لأول مرة، من الضروري التحقق من أن الدائرة التصميمية تلبي المواصفات الوظيفية والتوقيتية المطلوبة. وعند تصنيع نسخ متعددة من الدائرة المصممة بشكل صحيح، من الضروري اختبار كل نسخة للتأكد من أن عملية التصنيع لم تقدم أي عيوب. [49]

إن آلة منطقية ضخمة (مثلاً، تحتوي على أكثر من مائة متغير منطقي) قد تحتوي على عدد هائل من الحالات الممكنة. ومن الواضح أن اختبار كل حالة من حالات هذه الآلة في المصنع أمر غير ممكن، فحتى لو استغرق اختبار كل حالة ميكروثانية فقط، فإن عدد الحالات الممكنة أكبر من عدد الميكروثانية التي مرت منذ نشأة الكون!

تُصمم الآلات المنطقية الكبيرة دائمًا تقريبًا كمجموعات من الآلات المنطقية الأصغر. لتوفير الوقت، يتم عزل الآلات الفرعية الأصغر من خلال تصميم مثبت بشكل دائم لدوائر الاختبار، ويتم اختبارها بشكل مستقل. يوفر أحد مخططات الاختبار الشائعة وضع اختبار يجبر جزءًا من الآلة المنطقية على الدخول في دورة اختبار . عادةً ما تمارس دورة الاختبار أجزاء مستقلة كبيرة من الآلة.

المسح الحدودي هو مخطط اختبار شائع يستخدم الاتصال التسلسلي مع معدات الاختبار الخارجية من خلال سجل تحويل واحد أو أكثر يُعرف باسم سلاسل المسح . تحتوي عمليات المسح التسلسلي على سلك واحد أو سلكين فقط لحمل البيانات، وتقليل الحجم المادي وتكلفة منطق الاختبار المستخدم بشكل غير متكرر. بعد وضع جميع بتات بيانات الاختبار في مكانها، يتم إعادة تكوين التصميم ليكون في الوضع العادي ويتم تطبيق نبضة ساعة واحدة أو أكثر، لاختبار الأخطاء (على سبيل المثال، التعطل عند مستوى منخفض أو التعطل عند مستوى مرتفع) والتقاط نتيجة الاختبار في قلابات أو مزاليج في سجل تحويل المسح. أخيرًا، يتم تحويل نتيجة الاختبار إلى حدود الكتلة ومقارنتها بنتيجة الآلة الجيدة المتوقعة .

في بيئة اختبار اللوحة، تم إضفاء الطابع الرسمي على الاختبار التسلسلي المتوازي باعتباره معيار JTAG .

المقايضات

يكلف

نظرًا لأن النظام الرقمي قد يستخدم العديد من البوابات المنطقية، فإن التكلفة الإجمالية لبناء جهاز كمبيوتر ترتبط ارتباطًا وثيقًا بتكلفة البوابة المنطقية. في ثلاثينيات القرن العشرين، تم بناء أقدم أنظمة المنطق الرقمية من مرحلات الهاتف لأنها كانت غير مكلفة وموثوقة نسبيًا.

تم تصنيع أقدم الدوائر المتكاملة بهدف توفير الوزن والسماح لجهاز كمبيوتر التوجيه في برنامج أبولو بالتحكم في نظام التوجيه بالقصور الذاتي للمركبة الفضائية. بلغت تكلفة أول بوابات منطقية للدوائر المتكاملة ما يقرب من 50 دولارًا أمريكيًا، وهو ما يعادل 515 دولارًا في عام 2023. أصبحت البوابات المنتجة بكميات كبيرة على الدوائر المتكاملة الطريقة الأقل تكلفة لبناء المنطق الرقمي.

مع ظهور الدوائر المتكاملة ، كان تقليل العدد المطلق للشرائح المستخدمة يمثل طريقة أخرى لتوفير التكاليف. لا يقتصر هدف المصمم على صنع أبسط دائرة، بل الحفاظ على عدد المكونات منخفضًا. يؤدي هذا أحيانًا إلى تصميمات أكثر تعقيدًا فيما يتعلق بالمنطق الرقمي الأساسي، ولكنه مع ذلك يقلل من عدد المكونات وحجم اللوحة وحتى استهلاك الطاقة.

مصداقية

من بين الأسباب الرئيسية الأخرى لتقليل عدد المكونات في لوحات الدوائر المطبوعة تقليل معدل عيوب التصنيع بسبب فشل التوصيلات الملحومة وزيادة الموثوقية. تميل معدلات العيوب والفشل إلى الزيادة جنبًا إلى جنب مع العدد الإجمالي لدبابيس المكونات.

قد يؤدي فشل بوابة منطقية واحدة إلى فشل الجهاز الرقمي. وفي حالة الحاجة إلى مزيد من الموثوقية، يمكن توفير منطق زائد. ويؤدي التكرار إلى زيادة التكلفة واستهلاك الطاقة مقارنة بالنظام غير الزائد.

يمكن وصف موثوقية البوابة المنطقية بمتوسط ​​الوقت بين الأعطال (MTBF). أصبحت الآلات الرقمية مفيدة لأول مرة عندما زاد متوسط ​​الوقت بين الأعطال لمفتاح ما عن بضع مئات من الساعات. ومع ذلك، فإن العديد من هذه الآلات لديها إجراءات إصلاح معقدة ومدروسة جيدًا، وقد تكون غير صالحة للعمل لساعات بسبب احتراق أنبوب أو تعطل عثة في مرحل. تتمتع بوابات المنطق الحديثة ذات الدوائر المتكاملة الترانزستورية بمتوسط ​​وقت بين الأعطال أكبر من 82 مليار ساعة (8.2 × 10 10  ح ). [50] هذا المستوى من الموثوقية مطلوب لأن الدوائر المتكاملة تحتوي على العديد من البوابات المنطقية.

مروحة خارجية

يصف مصطلح Fan-out عدد المدخلات المنطقية التي يمكن التحكم فيها بواسطة مخرج منطقي واحد دون تجاوز تصنيفات التيار الكهربائي لمخرجات البوابة. [51] الحد الأدنى العملي للمروحة هو حوالي خمسة. [ بحاجة لمصدر ] تتمتع بوابات المنطق الإلكترونية الحديثة التي تستخدم ترانزستورات CMOS للمفاتيح بمروحة أعلى.

سرعة

تصف سرعة التبديل المدة التي يستغرقها خرج المنطق للتغيير من صحيح إلى خطأ أو العكس. يمكن للمنطق الأسرع إنجاز المزيد من العمليات في وقت أقل. يتحول المنطق الرقمي الإلكتروني الحديث بشكل روتيني عند5  جيجاهرتز ، وبعض أنظمة المختبرات تتحول إلى أكثر من1  تيراهرتز . [ بحاجة لمصدر ] .

العائلات المنطقية

بدأ التصميم الرقمي باستخدام منطق التتابع الذي كان بطيئًا. وفي بعض الأحيان كان يحدث عطل ميكانيكي. وكانت المراوح عادة حوالي 10، وكانت محدودة بمقاومة الملفات والقوس الكهربائي على جهات الاتصال من الفولتية العالية.

في وقت لاحق، تم استخدام الصمامات المفرغة . كانت هذه الصمامات سريعة جدًا، لكنها كانت تولّد الحرارة، وكانت غير موثوقة لأن خيوطها كانت تحترق. كانت المراوح عادة من 5 إلى 7، وكانت محدودة بالتسخين الناتج عن تيار الصمامات. في الخمسينيات من القرن العشرين، تم تطوير أنابيب كمبيوتر خاصة بخيوط لا تحتوي على عناصر متطايرة مثل السيليكون. كانت هذه الصمامات تعمل لمئات الآلاف من الساعات.

كانت أول عائلة من المنطق شبه الموصل هي منطق المقاومات والترانزستور . كان هذا أكثر موثوقية بألف مرة من الصمامات، وكان يعمل بشكل أكثر برودة، ويستهلك طاقة أقل، ولكن كان له مروحة منخفضة جدًا تبلغ 3. حسن منطق الثنائيات والترانزستور المروحة حتى حوالي 7، وخفض الطاقة. استخدمت بعض تصميمات DTL مصدرين للطاقة مع طبقات متناوبة من الترانزستورات NPN وPNP لزيادة المروحة.

كان منطق الترانزستور-الترانزستور (TTL) تحسنًا كبيرًا مقارنة بهذه الأجهزة. في الأجهزة المبكرة، تحسنت المروحة إلى 10، وحققت الاختلافات اللاحقة 20 بشكل موثوق. كان TTL سريعًا أيضًا، حيث حققت بعض الاختلافات أوقات تبديل منخفضة تصل إلى 20 نانوثانية. لا يزال TTL مستخدمًا في بعض التصميمات.

إن المنطق المقترن بالباعث سريع للغاية ولكنه يستهلك قدرًا كبيرًا من الطاقة. وقد استُخدم على نطاق واسع في أجهزة الكمبيوتر عالية الأداء، مثل Illiac IV ، الذي يتكون من العديد من المكونات متوسطة الحجم.

من الواضح أن الدوائر المتكاملة الرقمية الأكثر شيوعًا التي يتم تصنيعها اليوم تستخدم منطق CMOS ، وهو سريع ويوفر كثافة عالية للدوائر وطاقة منخفضة لكل بوابة. يتم استخدام هذا حتى في أجهزة الكمبيوتر الكبيرة والسريعة، مثل IBM System z .

التطورات الأخيرة

في عام 2009، اكتشف الباحثون أن المقاومات الذاكرية يمكنها تنفيذ تخزين الحالة المنطقية وتوفير عائلة منطقية كاملة بكميات صغيرة جدًا من المساحة والطاقة، باستخدام عمليات أشباه الموصلات CMOS المألوفة. [52]

لقد مكن اكتشاف الموصلية الفائقة من تطوير تقنية الدوائر الكمومية ذات التدفق المفرد السريع (RSFQ)، والتي تستخدم وصلات جوزيفسون بدلاً من الترانزستورات. وفي الآونة الأخيرة، تُبذل محاولات لبناء أنظمة حوسبة بصرية بحتة قادرة على معالجة المعلومات الرقمية باستخدام عناصر بصرية غير خطية .

انظر أيضا

ملحوظات

  1. ^ كان أحد الأمثلة على أجهزة الكمبيوتر الرقمية غير المتزامنة المبكرة هو جهاز Jaincomp-B1 الذي صنعته شركة Jacobs Instrument Company في عام 1951. [46]
  2. ^ بدلاً من ذلك، قد يتم توصيل مخرجات العديد من العناصر بناقل عبر مخازن يمكنها إيقاف تشغيل مخرجات جميع الأجهزة باستثناء جهاز واحد.

مراجع

  1. ^ Null, Linda; Lobur, Julia (2006). أساسيات تنظيم وهندسة الحاسوب . دار نشر جونز وبارتليت. ص. 121. ISBN 978-0-7637-3769-6يمكننا إنشاء مخططات منطقية ( والتي تؤدي بدورها إلى دوائر رقمية) لأي تعبير منطقي...
  2. ^ Peirce, CS, "Letter, Peirce to A. Marquand ", historical 1886, Writings of Charles S. Peirce , v. 5, 1993, pp. 541–3. Google Preview. انظر Burks, Arthur W. , "Review: Charles S. Peirce, The new elements of mathematical ", Bulletin of the American Mathematical Society v. 84, n. 5 (1978), pp. 913–18, see 917. PDF Eprint.
  3. ^ في عام 1946، تطلبت آلة إينياك ما يقدر بنحو 174 كيلو وات. وبالمقارنة، قد يستخدم الكمبيوتر المحمول الحديث حوالي 30 وات؛ أي أقل بنحو ستة آلاف مرة. "استهلاك الطاقة التقريبي لأجهزة الكمبيوتر المكتبية والمحمولة". جامعة بنسلفانيا. مؤرشف من الأصل في 3 يونيو 2009. تم الاسترجاع في 20 يونيو 2009 .
  4. ^ كينيدي، نوح (2018). صناعة الذكاء: العقل والآلة في العصر الحديث. لندن نيويورك: مجموعة روتليدج، تايلور وفرانسيس. ص  87- 89. ISBN 978-0-8153-4954-9.
  5. ^ تشاو، روني (2021-06-05). "كلود شانون: والد نظرية المعلومات". تاريخ علم البيانات . تم الاسترجاع في 2024-11-05 .
  6. ^ "إعادة اكتشاف رائد الكمبيوتر بعد خمسين عامًا". نيويورك تايمز . 20 أبريل 1994.
  7. ^ Lee, Thomas H. (2003). تصميم الدوائر المتكاملة للترددات الراديوية CMOS (PDF) . مطبعة جامعة كامبريدج . ISBN 9781139643771. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2022-10-09.
  8. ^ بويرز ، روبرت. بالدي، ليفيو؛ فوردي، مارسيل فان دي؛ نوتين، سيباستيان إي. فان (2017). الإلكترونيات النانوية: المواد، الأجهزة، التطبيقات، مجلدان. جون وايلي وأولاده . ص. 14. رقم ISBN 9783527340538.
  9. ^ لافينجتون، سيمون (1998)، تاريخ أجهزة كمبيوتر مانشستر ( الطبعة الثانية)، سويندون: جمعية الكمبيوتر البريطانية، ص  34-35
  10. ^ US2802760A، لينكولن، ديريك وفروش، كارل جيه، "أكسدة الأسطح شبه الموصلة للانتشار المتحكم فيه"، صدر في 1957-08-13 
  11. ^ Frosch, CJ; Derick, L (1957). "حماية السطح والإخفاء الانتقائي أثناء الانتشار في السيليكون". مجلة الجمعية الكهروكيميائية . 104 (9): 547. doi :10.1149/1.2428650.
  12. ^ موسكوفيتز، سانفورد إل. (2016). الابتكار في المواد المتقدمة: إدارة التكنولوجيا العالمية في القرن الحادي والعشرين. جون وايلي وأولاده . ص. 168. ISBN 978-0-470-50892-3.
  13. ^ كريستوف ليكويير؛ ديفيد سي بروك؛ جاي لاست (2010). صناع الشريحة الدقيقة: تاريخ وثائقي لشركة فيرتشايلد سيميكوندكتور. مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. ص  62-63 . رقم ISBN 978-0-262-01424-3.
  14. ^ Claeys, Cor L. (2003). ULSI Process Integration III: Proceedings of the International Symposium. The Electrochemical Society . ص  27-30 . ISBN 978-1-56677-376-8.
  15. ^ لوجيك، بو (2007). تاريخ هندسة أشباه الموصلات . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا . ص. 120. ISBN 9783540342588.
  16. ^ US 3025589 Hoerni, JA: "طريقة تصنيع أجهزة أشباه الموصلات" المقدمة في 1 مايو 1959 
  17. ^ US 3064167 Hoerni, JA: "جهاز أشباه الموصلات" المقدم في 15 مايو 1960 
  18. ^ ليجينزا، جيه آر؛ سبيتزر، دبليو جي (1960-07-01). "آليات أكسدة السيليكون في البخار والأكسجين". مجلة فيزياء وكيمياء المواد الصلبة . 14 : 131– 136. doi :10.1016/0022-3697(60)90219-5. ISSN  0022-3697.
  19. ^ ديل، بروس إي. (1998). "أبرز ما يميز تكنولوجيا الأكسدة الحرارية للسيليكون". علم وتكنولوجيا مواد السيليكون . الجمعية الكهروكيميائية . ص 183. رقم ISBN 978-1566771931.
  20. ^ لوجيك، بو (2007). تاريخ هندسة أشباه الموصلات . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. ص. 322. ISBN 978-3540342588.
  21. ^ باسيت، روس نوكس (2007). إلى العصر الرقمي: مختبرات الأبحاث والشركات الناشئة وصعود تكنولوجيا MOS. مطبعة جامعة جونز هوبكنز . ص  22-23 . ISBN 978-0-8018-8639-3.
  22. ^ Atalla, M. ; Kahng, D. (1960). "أجهزة سطحية مستحثة بحقل ثاني أكسيد السيليكون-السيليكون". مؤتمر أبحاث أجهزة الحالة الصلبة IRE-AIEE .
  23. ^ "1960 – عرض ترانزستور أشباه الموصلات المصنوعة من أكسيد المعدن (MOS)". محرك السيليكون . متحف تاريخ الكمبيوتر . تم الاسترجاع في 2023-01-16 .
  24. ^ KAHNG, D. (1961). "Silicon-Silicon Dioxide Surface Device". المذكرة الفنية لمختبرات بيل : 583– 596. doi :10.1142/9789814503464_0076. ISBN 978-981-02-0209-5.
  25. ^ Lojek, Bo (2007). تاريخ هندسة أشباه الموصلات . برلين، هايدلبرغ: Springer-Verlag Berlin Heidelberg. ص. 321. ISBN 978-3-540-34258-8.
  26. ^ "الشريحة التي بناها جاك". Texas Instruments. 2008. تم الاسترجاع في 29 مايو 2008 .
  27. ^ Motoyoshi, M. (2009). "Through-Silicon Via (TSV)". Proceedings of the IEEE . 97 (1): 43– 48. doi :10.1109/JPROC.2008.2007462. ISSN  0018-9219. S2CID  29105721.
  28. ^ "سلحفاة الترانزستورات تفوز بالسباق - ثورة CHM". متحف تاريخ الكمبيوتر . تم الاسترجاع في 22 يوليو 2019 .
  29. ^ "الترانزستورات تحافظ على قانون مور حيًا". EETimes . 12 ديسمبر 2018 . تم الاسترجاع في 18 يوليو 2019 .
  30. ^ "تطبيق MOSFETs على تصميمات تبديل الطاقة اليوم". التصميم الإلكتروني . 23 مايو 2016. تم الاسترجاع في 10 أغسطس 2019 .
  31. ^ B. SOMANATHAN NAIR (2002). Digital electronic and logic design . PHI Learning Pvt. Ltd. ص 289. ISBN 9788120319561الإشارات الرقمية هي نبضات ذات عرض ثابت، تشغل مستوى واحدًا فقط من مستويين من السعة.
  32. ^ جوزيف ميجا كيزا (2005). أمن شبكات الحاسب الآلي . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. رقم ISBN 9780387204734.
  33. ^ 2000 Solved Problems in Digital Electronics. Tata McGraw-Hill Education . 2005. ص. 151. ISBN 978-0-07-058831-8.
  34. ^ تشان، يي جين (1992). دراسات حول الترانزستورات FET ذات البنية غير المتجانسة من InAIAs/InGaAs وGaInP/GaAs للتطبيقات عالية السرعة. جامعة ميشيغان . ص. 1. أحدث الترانزستور MOSFET المصنوع من السيليكون ثورة في صناعة الإلكترونيات ونتيجة لذلك يؤثر على حياتنا اليومية في كل طريقة يمكن تصورها تقريبًا.
  35. ^ Grant, Duncan Andrew; Gowar, John (1989). Power MOSFETS: theory and applications. Wiley . p. 1. ISBN 9780471828679. الترانزستور ذو التأثير الميداني المعدني الأكسيدي شبه الموصل (MOSFET) هو الجهاز النشط الأكثر استخدامًا في التكامل واسع النطاق للدوائر المتكاملة الرقمية (VLSI). خلال سبعينيات القرن العشرين، أحدثت هذه المكونات ثورة في معالجة الإشارات الإلكترونية وأنظمة التحكم وأجهزة الكمبيوتر.
  36. ^ "من اخترع الترانزستور؟". متحف تاريخ الكمبيوتر . 4 ديسمبر 2013. تم الاسترجاع في 20 يوليو 2019 .
  37. ^ جوليو، مايك؛ جوليو، جانيت (2018). تقنيات الترددات الراديوية والموجات الدقيقة السلبية والنشطة. مطبعة سي آر سي . ص  18-2 . رقم ISBN 9781420006728.
  38. ^ هيتينجر، ويليام سي. (1973). "تكنولوجيا أشباه الموصلات المعدنية والأكسيدية". ساينتفك أمريكان . 229 (2): 48– 59. Bibcode :1973SciAm.229b..48H. doi :10.1038/scientificamerican0873-48. ISSN  0036-8733. JSTOR  24923169.
  39. ^ بيتر كلارك (14 أكتوبر 2005). "إنتل تدخل عصر المعالجات ذات المليار ترانزستور". EE Times .
  40. ^ "13 سكستيليون وما زال العدد في ازدياد: الطريق الطويل والمتعرج إلى أكثر قطعة أثرية بشرية تم تصنيعها بشكل متكرر في التاريخ". متحف تاريخ الكمبيوتر . 2 أبريل 2018. تم الاسترجاع في 12 أكتوبر 2020 .
  41. ^ جوليو، مايك؛ جوليو، جانيت (2018). تقنيات الترددات الراديوية والموجات الدقيقة السلبية والنشطة. مطبعة سي آر سي . ص. ix، I-1، 18-2 . رقم ISBN 9781420006728.
  42. ^ Rappaport, TS (نوفمبر 1991). "ثورة الاتصالات اللاسلكية". مجلة IEEE للاتصالات . 29 (11): 52– 71. doi :10.1109/35.109666. S2CID  46573735.
  43. ^ "ثورة الاتصالات اللاسلكية". مجلة الإيكونوميست . 21 يناير 1999. تم الاسترجاع في 12 سبتمبر 2019 .
  44. ^ بول هورويتز ووينفيلد هيل، فن الإلكترونيات، الطبعة الثانية، مطبعة جامعة كامبريدج، كامبريدج، 1989، رقم ISBN 0-521-37095-7، الصفحة 471 
  45. ^ مايني. أيه كيه (2007). مبادئ الإلكترونيات الرقمية والأجهزة والتطبيقات. تشيتشيستر، إنجلترا: جون وايلي وأولاده المحدودة.
  46. ^ ندوة البنتاغون: أجهزة الكمبيوتر الرقمية الإلكترونية العامة المتاحة تجارياً وبأسعار معتدلة، واشنطن العاصمة، 14 مايو 1952
  47. ^ "ASODA sync/async DLX Core". OpenCores.org . تم الاسترجاع في 5 سبتمبر 2014 .
  48. ^ ab Clarke, Peter. "ARM Offers First Clockless Processor Core". eetimes.com . UBM Tech (Universal Business Media) . تم الاسترجاع في 5 سبتمبر 2014 .
  49. ^ Brown S & Vranesic Z. (2009). أساسيات المنطق الرقمي مع تصميم VHDL. الطبعة الثالثة. نيويورك، نيويورك: McGraw Hill.
  50. ^ إشعار MIL-HDBK-217F 2، القسم 5.3، لـ 100000 بوابة CMOS تجارية ICs بقطر 0.8 ميكرومتر عند 40 درجة مئوية؛ معدلات الفشل في عام 2010 أفضل، لأن أحجام الخطوط انخفضت إلى 0.045 ميكرومتر، وهناك حاجة إلى عدد أقل من الاتصالات خارج الشريحة لكل بوابة.
  51. ^ Kleitz، William. (2002). Digital and Microprocessor Fundamentals: Theory and Application. الطبعة الرابعة. Upper Saddler Reviver، نيوجيرسي: Pearson/Prentice Hall
  52. ^ Lehtonen, Eero; Laiho, Mika (2009). Stateful implication logic with memristors . 2009 IEEE/ACM International Symposium on Nanoscale Architectures . ص  33- 36. doi :10.1109/NANOARCH.2009.5226356. ISBN 978-1-4244-4957-6.

قراءة إضافية

  • دوغلاس لوين، التصميم المنطقي لدوائر التبديل ، نيلسون، 1974.
  • RH Katz، تصميم المنطق المعاصر ، شركة بنيامين/كومينجز للنشر، 1994.
  • PK Lala، التصميم العملي للمنطق الرقمي والاختبار ، برنتيس هول، 1996.
  • YK Chan وSY Lim، التقدم في أبحاث الكهرومغناطيسية ب، المجلد. 1، 269-290، 2008، "جيل إشارة رادار الفتحة الاصطناعية (SAR)، كلية الهندسة والتكنولوجيا، جامعة الوسائط المتعددة، جالان آير كيروه لاما، بوكيت بيروانج، ملقا 75450، ماليزيا.
تحتوي ويكيميديا ​​كومنز على وسائط متعلقة بـ الإلكترونيات الرقمية .
  • مشاريع الدوائر الرقمية: نظرة عامة على الدوائر الرقمية من خلال تنفيذ الدوائر المتكاملة (2014)
  • دروس في الدوائر الكهربائية - المجلد الرابع (رقمي) على موقع واي باك مشين (تم أرشفته في 2012-11-27)
  • مواد فصول مقدمة إلى التصميم الرقمي من MIT OpenCourseWare ("6.004: هياكل الحوسبة")
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=الإلكترونيات_الرقمية&oldid=1262185920"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate