ریز پردازنده ها در مقابل مدارهای مجتمع

ریزپردازنده ها ، به عنوان واحدهای پردازش مرکزی بسیار یکپارچه ، دارای فناوری های محاسباتی و ارتباطی هستند.در همین حال ، مدارهای یکپارچه ، فناوری الکترونیکی را متحول کرده اند ، که به طور مبتکرانه در حال کوچک شدن و بافندگی اجزای الکترونیکی بی شماری بر روی ویفرهای سیلیکون هستند.این مقاله به تکامل آنها ، دگرگونی های ساختاری ، پارادایم های طبقه بندی و برنامه های فراگیر می پردازد.

با توجه به سنگ بنای محاسبات مدرن ، یک ریزپردازنده در اصل یک واحد پردازش مرکزی فشرده اما بسیار یکپارچه (CPU) است.این نیروگاه کم رنگ میلیون ها ، گاهی اوقات میلیارد ها ترانزیستور را ادغام می کند و آنها را در مدارهای منطق پیچیده ای بافته می کند.معماری یک ریزپردازنده به طور معمول شامل عناصر اصلی مانند واحد منطق حسابی (ALU) ، یک واحد کنترل (CU) ، ثبت نام و حافظه پنهان است.ALU با عملیات ریاضی و منطقی مقابله می کند.CU دستورالعمل ها را تفسیر می کند و اجرا می کند.ثبت ها دسترسی سریع به ذخیره سازی را ارائه می دهند.و حافظه پنهان ، به عنوان یک بافر عمل می کند ، تأخیر بین CPU و حافظه اصلی را کاهش می دهد.

پیشرفت در طراحی و ساخت ریزپردازنده در دوره ای از پردازنده ها با طرح های چند هسته ای و چند رشته ای ، به طور قابل توجهی افزایش قدرت و کارآیی پردازش را افزایش داده است.هر هسته به طور مستقل عمل می کند ، در حالی که چند رشته ای پردازش همزمان چند کاره را امکان پذیر می کند ، بنابراین پردازش موازی را به طور قابل توجهی افزایش می دهد.ریزپردازنده های مدرن همچنین دارای ویژگی هایی مانند واحدهای پردازش بردار (کلید برای گرافیک و محاسبات علمی) ، ماژول های رمزگذاری امنیتی و واحدهای مدیریت انرژی هستند و دامنه کاربرد آنها را گسترش می دهند.

ریزپردازنده ها در همه جا هستند و از انواع دستگاه ها و سیستم ها پشتیبانی می کنند.آنها نقش مهمی در سیستم های تعبیه شده دارند ، از مدیریت نظارت بر محیط زیست ساده گرفته تا کنترل روباتیک پیچیده.در رایانه ها و سرورهای شخصی ، آنها برای پردازش داده های پر سرعت و اجرای کار پیچیده مهم هستند.علاوه بر این ، آنها پایه و اساس الکترونیک مدرن مانند تلفن های هوشمند ، تبلت ها و دستگاه های خانه هوشمند هستند.با ظهور اینترنت اشیاء (IoT) ، ریزپردازنده ها همه گیر شده اند و بخشی از همه چیز را از سنسورهای اساسی گرفته تا وسایل ارتباطی پیچیده تشکیل می دهند.

حساسیت ریزپردازنده ها در توانایی آنها در فعال سازی دیجیتالی شدن و اتوماسیون نهفته است.آنها با اجرای محاسبات پیچیده و عملیات منطقی ، راه های بی حد و حصر را برای نوآوری باز می کنند و تکامل سریع علم و فناوری را برانگیخته می کنند.بنابراین ، ریزپردازنده ها به عنوان یک ستون مرکزی در قلمرو الکترونیک و فناوری اطلاعات مدرن ، از نظر فنی و متناسب ، ایستاده اند.

سفر معماری ریزپردازنده ، داستان همزیستی تکنولوژیکی با پیشرفت های مدار یکپارچه است و از آغازهای ابتدایی به سیستم های هزارتوی امروزی تبدیل می شود.در ابتدا ، ریزپردازنده ها ساده بودند.معماری آنها به دروازه های منطق اساسی و واحدهای منطق حسابی ابتدایی (ALUS) وابسته است.این نسخه های اولیه عملیات اساسی و منطقی را انجام می دهند.قابلیت های آنها محدود بود ، محدود به ثبت های احتیاطی و حداقل ذخیره سازی.

همانطور که قانون مور به جلو پیش رفت ، ترانزیستورها مینیاتور شدند.ریزپردازنده ها شروع به درگیری ، ادغام توابع متنوع و گسترش قدرت پردازش کردند.این تغییر قابل لمس بود: از 4 بیتی و 8 بیتی به قلمروهای گسترده میکروپروس دهندگان 32 بیتی و 64 بیتی.این جهش در طول کلمه ، دوره جدیدی از قابلیت های پیشرفته پردازش داده ها را نشان می دهد.ریزپردازنده 64 بیتی را در نظر بگیرید: این فضاهای گسترده حافظه ، مدیریت مجموعه داده های بزرگ و برنامه های پیچیده با راندمان جدید را برطرف می کند.

ریزپردازنده های مدرن ملیله ای از پیچیدگی هستند.فراتر از ALU اساسی ، آنها شامل واحدهای اختصاصی شناور (FPU) می شوند.این واحدهای تخصصی در انجام وظایف سنگین با عملیات شناور مانند محاسبات علمی یا ارائه گرافیک ، دارای کارایی قابل توجه هستند.

در مواجهه با محدودیت های فیزیکی ، طرح های ریزپردازنده به فن آوری های نوآورانه مانند چند هسته ای و زمینهای بیش از حد روی آورده اند.پردازنده های چند هسته ای ، با بافتن چندین هسته CPU بر روی یک تراشه واحد ، در پردازش کار موازی اکسل می شوند.این طرح به طور قابل توجهی باعث افزایش کارایی و پاسخگویی پردازش می شود.فناوری تر خواندن بیش از حد این توانایی را بیشتر می کند و هر هسته را قادر می سازد تا چندین موضوع را همزمان جمع کند و مرزهای پردازش موازی را تحت فشار قرار دهد.

در حوزه فناوری مدار یکپارچه ، تولید ریزپردازنده از مقیاس میکرون به مرز نانو منتقل شده است.فن آوری Finfet ، شگفتی در طراحی ترانزیستور سه بعدی ، نه تنها باعث نشت بین ترانزیستورها می شود بلکه امکان ادغام ترانزیستور متراکم را نیز فراهم می کند.این جهش منجر به افزایش عملکرد و بهره وری انرژی می شود.فن آوری های بسته بندی پیشرفته ، مانند طرح های سه بعدی IC و تراشه ، ریزپردازنده های منجنیق بیشتر به قلمرو قدرت بیشتر ، ادغام بالاتر و کاهش مصرف انرژی.

بنابراین ، معماری ریزپردازنده در پشت سر هم با گام های تکنولوژیکی تکامل یافته است ، از ریشه های ساده آن تا چشم انداز فعلی از پیچیدگی و قدرت بالا.این تکامل باعث افزایش چشمگیر در قدرت محاسبات می شود ، و زیربنای برنامه های بالایی بی شمار ، از جمله اما محدود به هوش مصنوعی ، تجزیه و تحلیل داده های بزرگ و محاسبات با کارایی بالا نیست.

ریزپردازنده ها با چشم انداز گسترده و پیچیده خود را می توان در چندین گروه اصلی طبقه بندی کرد.این گروه ها از نظر هدف ، ویژگی های عملکرد و سناریوهای کاربردی آنها متمایز می شوند: ریزپردازنده های با کارایی بالا ، ریزپردازنده های تعبیه شده ، پردازنده های سیگنال دیجیتال (DSP) و میکروکنترلرها.

در قلمرو ریزپردازنده های با کارایی بالا با هدف عمومی ، تطبیق پذیری مهم است.طراحی شده برای رسیدگی به طیف گسترده ای از کارهای محاسباتی ، آنها از برنامه های اداری دنیوی گرفته تا تجزیه و تحلیل داده های پیشرفته و پردازش گرافیکی متغیر است.این پردازنده ها با فرکانس های ساعت بالاتر ، اندازه حافظه نهان قابل توجه و معماری های خط لوله پیشرفته مشخص می شوند.آنها جایگاه خود را در دسک تاپ ، لپ تاپ ، سرورها و ایستگاه های کاری پیدا می کنند.سریال اصلی اینتل و سری Ryzen AMD این گروه را نشان می دهد.آنها از عملکرد بالا و بهره وری انرژی خود متمایز هستند ، که تحت تأثیر فناوری هایی مانند پردازش موازی ، بهینه سازی حافظه پنهان و تنظیم فرکانس پویا قرار دارد.

ریزپردازنده های تعبیه شده و DSP ها داستانی متفاوت را بیان می کنند.این پردازنده ها برای سناریوهای برنامه خاص مانند پردازش صوتی و تصویری یا پروتکل های ارتباطی ، از همتایان هدف کلی خود جدا می شوند.DSP ها با قابلیت های توان بالاتر داده خود و شتاب سخت افزاری تخصصی ، مناسب برای جریان داده های مداوم هستند.پردازنده های تعبیه شده ، جمع و جور و کارآمد با انرژی ، برای فضاهای محدود و برنامه های حساس به انرژی که در تلفن های هوشمند ، دستگاه های IoT و سیستم های خودرو یافت می شود ، ایده آل هستند.Texas Instrument DSPS و سری Snapdragon Qualcomm معمولی برای این گروه هستند.

سپس ما میکروکنترلرها (MCUS) داریم ، نیروگاه های جمع و جور در نوع خود.این مدارهای یکپارچه یکپارچه یک هسته ریز پردازنده را با حافظه و درگاه های ورودی/خروجی قابل برنامه ریزی ادغام می کنند.برای اتوماسیون تجهیزات و ماشین آلات طراحی شده است ، آنها مترادف با ادغام بالا ، مصرف کم مصرف و قابلیت اطمینان هستند.MCU ، در سیستم های لوازم خانگی گرفته تا الکترونیک خودرو و کنترل های صنعتی تعبیه شده است ، به طور معمول با رابط های محیطی متنوع همراه است.این رابط ها به سنسورها و محرک های مختلف ارائه می دهند ، که نمونه ای از سری Arduino و STM32 در برنامه های آموزشی ، سرگرمی و صنعتی است.

هر نوع ریزپردازنده ، با تمرکز طراحی منحصر به فرد و مناطق کاربردی خود ، تنوع و سازگاری فناوری ریزپردازنده را آینه می دهد.با این حال ، با تکامل فناوری ، خطوط بین این دسته ها تار می شوند.پردازنده های تعبیه شده با رده بالا اکنون با عملکرد آنهایی با هدف عمومی رقیب هستند و برخی از میکروکنترلرها ادغام توابع DSP مانند را برای مدیریت الگوریتم های پیچیده آغاز کرده اند.این همگرایی نشان دهنده ماهیت همیشه در حال تحول و چند جانبه فناوری ریزپردازنده است.

یک مدار یکپارچه (IC) ، یک سنگ بنای در قلمرو فناوری الکترونیکی مدرن ، هنر کوچک کردن و ادغام مجموعه ای از اجزای الکترونیکی - متقاضیان ، مقاومت ها ، خازن ها را نشان می دهد.این شاهکار از طریق تکنیک های پیشرفته پردازش نیمه هادی ، مانند فوتولیتوگرافی ، اچ و رسوب بخار شیمیایی حاصل می شود.این روشها به تولید کنندگان این امکان را می دهد تا الگوهای مدار پیچیده ای را در تراشه های کوچک ایجاد کنند.

ردیابی مسیر مدارهای یکپارچه ، سفری را از ادغام در مقیاس کوچک (SSI) به ارتفاعات گیج کننده ادغام در مقیاس فوق العاده بزرگ (ULSI) نشان می دهد.این پیشرفت فقط تعداد ترانزیستورها در هر تراشه را چند برابر نکرده است.این امر در ضمن کاهش هزینه ها ، قدرت پردازش و بهره وری انرژی را متحول کرده است.ریزپردازنده مدرن را در نظر بگیرید: یک مارول سیلیکونی که میلیاردها ترانزیستور را در خود جای داده است ، مقیاس زمانی که در اوایل مدارهای مجتمع خیالی تلقی می شد.

اهمیت مدارهای یکپارچه بسیار فراتر از شگفتی فنی آنها است.تأثیر آنها در کل صنعت الکترونیک نفوذ کرده و به بخش های دیگری دیگر می ریزد.قلمرو رایانه را بگیرید ، جایی که ICS پردازنده های قدرتمند تری را ایجاد کرده و ظرفیت های حافظه را گسترش داده و باعث تکامل رایانه های شخصی و سرورها می شود.در ارتباطات ، آنها قهرمانان ساکت در پشت تلفن های هوشمند ، روترهای بی سیم و پیوندهای ماهواره ای هستند.فراتر از این ، دسترسی آنها به تجهیزات پزشکی ، فناوری خودرو ، هوافضا و حتی لوازم خانگی گسترش می یابد.پردازش داده های پیشرفته در اسکنرهای MRI و CT؟میراث مستقیم مدار یکپارچه.

مدارهای یکپارچه چیزی بیش از شگفتی های تکنولوژیکی نیستند.آنها کاتالیزور اجتماعی و اقتصادی هستند.آنها دستگاه های الکترونیکی را جمع و جور ، کارآمدتر و هوشمند تر می کنند.آنها پایه و اساس جهانی سازی و ظهور جامعه اطلاعات را ایجاد کردند.در اصل ، گسترش و پیشرفت مدارهای یکپارچه در ارتقاء پیشرفت مداوم علم و فناوری مدرن بسیار مهم است.

در قلمرو متنوع مدارهای یکپارچه (ICS) ، سه نوع اصلی برجسته است: آنالوگ ، دیجیتال و هیبرید دیجیتال-آنالوگ.هر یک ، با عملکرد مجزا ، تأثیر گسترده این ملزومات الکترونیکی را تأکید می کند.

مدارهای یکپارچه آنالوگ در رسیدگی به سیگنال های مختلف متفاوت.اصلی در دامنه آنها کارهایی مانند تقویت سیگنال ، فیلتر و مدولاسیون فرکانس است.آمپلی فایر عملیاتی را در نظر بگیرید - یک نماد IC آنالوگ.این نقش اساسی در سیستم های صوتی و رابط های سنسور دارد.این IC ها همچنین در تقویت کننده های فرکانس رادیویی و آمپلی فایرهای سیگنال بیوالکتریک در دستگاه های پزشکی می درخشند و تطبیق پذیری چشمگیر آنها را به نمایش می گذارند.

در مقابل ، مدارهای دیجیتالی دیجیتال در پردازش سیگنال های دیجیتال با دودویی تخصص دارند.آنها با ریزپردازنده ها ، تراشه های حافظه و دروازه های منطق در هسته خود ، شکاف دنیای فناوری ما را تشکیل می دهند.این IC ها پالس رایانه ها و دستگاه های هوشمند هستند که در کارهای با سرعت بالا و با دقت بالا رونق می گیرند.CPU یک تلفن هوشمند یا RAM رایانه را پیش بینی کنید - نمایش های IC های دیجیتال.

اتصال این جهان ها IC های ترکیبی دیجیتال-آنالوگ هستند.آنها در مدیریت سیگنال های آنالوگ و دیجیتال خوب هستند و بخش عمده ای از تلفن های هوشمند ، دوربین های دیجیتال و الکترونیک خودرو هستند.آنها معمولاً به عنوان مبدل های آنالوگ به دیجیتال (ADC) و مبدل های دیجیتال به آنالوگ (DAC) نشان داده می شوند ، آنها نقش مهمی در پردازش صوتی و ضبط تصویر دارند.

این انواع IC نشان دهنده سازگاری و تنوع فناوری الکترونیکی است.با پیشرفت فناوری ، ادغام این IC ها در پیشرفت های تراشه های منفرد ، برآورده کردن خواسته های دستگاه های مدرن برای عملکرد ، کوچک سازی و بهره وری انرژی.تأثیر فراگیر آنها همه چیز را از اتوماسیون صنعتی گرفته تا الکترونیک شخصی لمس می کند و یکپارچه در زندگی روزمره ما ادغام می شود.

ساخت مدار یکپارچه یک تمرین با دقت و پیچیدگی است.این مراحل دقیق ، از آماده سازی ویفر گرفته تا بسته بندی و آزمایش نهایی است.بیایید در این مراحل مهم بررسی کنیم:

آماده سازی ویفر: همه اینها با آماده سازی ویفر سیلیکون شروع می شود.سیلیکون ، که به دلیل خواص نیمه هادی خود مورد ستایش قرار می گیرد ، در ساخت IC اساسی است.این ویفرها ، مشتق شده از میله های سیلیکون تک کریستالی ، برای یک سطح بدون نقص تحت پولش سخت قرار می گیرند.

فتولیتوگرافی و اچینگ: سپس ، توجه به ویفر تغییر می کند ، جایی که الگوهای مدار از طریق فوتولیتوگرافی پدیدار می شوند.این فرایند پیچیده شامل پوشش ویفر در یک نورپردازی و سپس قرار گرفتن در معرض نور UV با استفاده از ماسک است.اچ که در زیر ، شیمیایی یا مبتنی بر پلاسما قرار می گیرد ، الگوی مورد نظر را بر روی ویفر نشان می دهد.

دوپینگ: در اینجا ، دوپینگ ناخالصی ها را به ویفر سیلیکون معرفی می کند و هدایت الکتریکی آن را تغییر می دهد.این مرحله با استفاده از انتشار یا کاشت یونی ، نیمه هادی های نوع P و N نوع ایجاد می کند.

رسوب بخار شیمیایی (CVD): CVD برای تشکیل لایه های جداگانه روی ویفر ضروری است و نقش مهمی در ساخت اجزای الکترونیکی مانند ترانزیستور و خازن ها بازی می کند.

اتصال و مسیریابی: این مرحله شامل ایجاد آثار فلزی روی تراشه و اتصال اجزای الکترونیکی مختلف است.

در قلمرو مدارهای یکپارچه ، پیچیدگی سلطنت می کند.در قلب این شگفتی ها ، اعتماد به خصوصیات فیزیکی پیچیده اجزای الکترونیکی داخلی آنها ، همراه با اصول پیشرفته طراحی مدار است.ترانزیستورها ، در نقش خود به عنوان عنصر محوری ، ویژگی های مدار را ارکستر می کنند.آنها به طرز ماهرانه ای جریان و ولتاژ را دستکاری می کنند و عملکردهای متنوعی مانند تقویت سیگنال ، فیلتر و عملیات منطقی را فعال می کنند.جوهر این عملیات رقص با دقت و پیچیدگی است.

ترانزیستور: سنگ بنای مدارهای یکپارچه ، ترانزیستور ، غالباً به عنوان یک ترانزیستور اثر میدانی (FET) ، به ویژه یک ترانزیستور-اثرات میدان فلزی-اکسید-نیمه هادی (MOSFET) تجلی می یابد.ماهیت دوگانه آن به عنوان سوئیچ و یک تقویت کننده جذاب است.به عنوان سوئیچ ، جریان فعلی را کنترل می کند.به عنوان یک تقویت کننده ، قدرت سیگنال را تقویت می کند.عملیات آن به کنترل ولتاژ دروازه بر مسیر رسانا وابسته است ، بنابراین سفر جریان را از طریق منبع و تخلیه هدایت می کند.

دروازه های منطقی: اینها بلوک های ساختمانی مدارهای مجتمع دیجیتال ، فراگیر و ، یا ، و نه دروازه ها هستند.ساخته شده از چندین ترانزیستور ، آنها عملکردهای منطق اساسی را اجرا می کنند.مدارهای یکپارچه از اینها استفاده می کنند تا به پردازش داده های پیچیده و تصمیم گیری بپردازند.

اجزای مدار آنالوگ: در قلمرو آنالوگ ، مؤلفه هایی مانند ترانزیستورها ، مقاومت ها و خازن ها بر سر و صدا و جریان سیگنال های به طور مداوم در حال تغییر دارند.آمپلی فایر عملیاتی را در نظر بگیرید: یک مدار یکپارچه آنالوگ مشترک در کارهایی مانند تقویت سیگنال و فیلتر کردن مهارت دارد.

تبدیل سیگنال: تلفیق جهان های دیجیتال و آنالوگ در مدارهای یکپارچه ترکیبی ، مبدل های آنالوگ به دیجیتال (ADC) و مبدل های دیجیتال به آنالوگ (DAC) را به عنوان بازیکنان مهم مشاهده می کند.آنها شکاف بین قلمروهای آنالوگ و دیجیتال را ایجاد می کنند و سیستم های دیجیتالی را قادر می سازند تا با دنیای ملموس ارتباط برقرار کنند.

عناصر ذخیره سازی: مدارهای یکپارچه همچنین عناصر ذخیره سازی داده ها مانند حافظه فلش یا حافظه دسترسی تصادفی پویا (DRAM) را به خود اختصاص می دهند.این عناصر از طریق سمفونی ترانزیستورها و خازن ها ، اطلاعات را ذخیره و بازیابی می کنند.

در نتیجه ، مدارهای یکپارچه ملیله ای از اجزای الکترونیکی با دقت طراحی شده هستند.پیچیدگی و اثربخشی آنها به کمیت ، پیکربندی و اتصال ترانزیستورها بستگی دارد و با طراحی مدار نوآورانه در هم تنیده است.با تکامل فناوری تولید ، این مدارها به طور فزاینده ای مینیاتور می شوند و عملکردهای بیشتری را در فضاهای کوچکتر بسته بندی می کنند.این تکامل ، راهپیمایی بی امان فناوری الکترونیکی را سوق می دهد و مرتباً مرزهای نوآوری را تحت فشار قرار می دهد.

مدارهای یکپارچه (IC) ، محوری در دستگاه های الکترونیکی بی شمار ، طیف عملکردهای مهم را انجام می دهند.تجزیه و تحلیل زیر به ویژگی ها و برنامه های اصلی آنها فرو می رود و از پیچیدگی آنها و تغییرات ناگهانی در ابزار آنها پرده برداری می کند:

تقویت سیگنال: مدارهای یکپارچه در طراحی سیستم های صوتی ، فیلم و ارتباطات برجسته هستند.تقویت کننده عملیاتی ، یک مدار یکپارچه آنالوگ مشترک اما قدرتمند را در نظر بگیرید.آنها در تقویت سیگنال های فعلی ضعیف ضمن حفظ ثبات خوب هستند - که نقش مهمی در دستگاه های پزشکی مانند تقویت کننده های صوتی ، ارتباطات بی سیم و الکتروکاردیوگرافی ایفا می کند.

عملیات منطقی: مدارهای مجتمع دیجیتال در اینجا مرحله مرکزی را می گیرند.ریزپردازنده ها و پردازنده های سیگنال دیجیتال (DSP) قادر به انجام عملیات منطقی هستند.آنها از دروازه های منطق اساسی (و ، یا ، نه) تا محاسبات حسابی پیچیده متغیر هستند.این پردازنده ها بخشی جدایی ناپذیر از رایانه ها ، تلفن های هوشمند و دستگاه های محاسبات با کارایی بالا هستند.

ذخیره حافظه: به تراشه های حافظه فکر کنید.حافظه دسترسی تصادفی پویا (DRAM) و حافظه دسترسی تصادفی استاتیک (SRAM) مسیرهای مهم توسعه را برای برنامه های مدار یکپارچه نشان می دهد.این دستگاه ها نقش مهمی در پردازش و ذخیره سازی داده ها دارند و برای عملکرد سیستم های رایانه ای ، دستگاه های تلفن همراه و سایر فن آوری های دیجیتال اساسی هستند.

تحول داده ها: تعامل دیجیتال و آنالوگ.مدارهای یکپارچه ترکیبی ، مانند مبدل های آنالوگ به دیجیتال (ADC) و مبدل های دیجیتال به آنالوگ (DAC) ، در تبدیل سیگنال بسیار مهم هستند.استفاده گسترده آنها از تجهیزات صوتی ، سنسورهای تصویر و ابزارهای ارتباطی نقش مهم آنها را در تبدیل دقیق سیگنال برجسته می کند.

رابط ارتباطی: IC ها همچنین در جعل رابط های ارتباطی و پروتکل ها می درخشند.تراشه های اترنت ، USB ، Wi-Fi و Bluetooth را در نظر بگیرید-COG های حیاتی اطمینان از قابلیت همکاری تجهیزات مدرن.

نقش مدارهای یکپارچه تأکید بر همه کاره بودن و حضور همه گیر آنها در فناوری معاصر است.ICS با استفاده از الکترونیک مصرفی ، اتوماسیون صنعتی ، دستگاه های پزشکی و سیستم های ارتباطی ، ICS بستر عملکردهای پیچیده و عملکرد برتر است.با پیشرفت فناوری ، برنامه های کاربردی IC گسترش می یابند و به هوش مصنوعی ، اینترنت اشیاء و وسایل نقلیه خودمختار می پردازند و نوآوری الکترونیکی را بی امان به جلو سوق می دهند.

در هسته خود ، ریزپردازنده به عنوان یک نوع منحصر به فرد و پیچیده از مدار یکپارچه معرفی می شود.در درجه اول ، به عنوان واحد پردازش مرکزی (CPU) در سیستم های رایانه یا تعبیه شده عمل می کند.این تراشه بسیار یکپارچه ، با هزاران ترانزیستور ، وظایف محاسبات اصلی را برطرف می کند - به عملیات حسابی و منطقی ، دستورالعمل های کنترل و هدایت جریان داده ها فکر کنید.قلب یک ریزپردازنده شامل چندین مؤلفه مهم است: یک واحد کنترل (CU) ، یک واحد منطق حسابی (ALU) ، ثبت نام و حافظه نهان.این عناصر هم افزایی ، ارکستر پردازش داده های پیچیده و توابع کنترل.

در تضاد واضح ، مدارهای مجتمع یک شبکه گسترده تر به نمایش می گذارند.قلمرو آنها فراتر از ریزپردازنده ها گسترش می یابد ، شامل تقویت کننده های عملیاتی ، تراشه های حافظه ، تایمرها و طیف مدارهای آنالوگ و دیجیتال است.مدارهای یکپارچه به سه دسته: آنالوگ ، دیجیتال و سیگنال مختلط (ترکیبات آنالوگ و دیجیتال).هر نوع طاقچه خود را در دستگاه های مختلف الکترونیکی پیدا می کند ، از سادگی ساعتهای الکترونیکی گرفته تا پیچیدگی تلفن های همراه و رایانه ها.

ورود به تولید ، ریزپردازنده ها و سایر مدارهای یکپارچه ، یک اصل و نسب مشترک در فرآیندهای ساخت خود دارند.این باله پیچیده آفرینش شامل چندین مرحله است: آماده سازی ویفر سیلیکون ، فوتولیتوگرافی ، کاشت یون ، اچ و فلز سازی.با این حال ، ریزپردازنده ها نیاز به نتیجه بیشتری از دقت تولید و کنترل فرآیند دارند.پیچیدگی آنها خواستار مینیاتور سازی پیشرفته تر ترانزیستور و افزایش تعداد ترانزیستور در هر تراشه است.با راهپیمایی قانون مور ، با تعداد ترانزیستور در ریز پردازنده ها تقریباً هر 18 تا 24 ماه دو برابر می شود ، چالش های طراحی مدار یکپارچه و تولید تشدید می شود.

یک ریزپردازنده ، اگرچه یکی از اعضای خانواده مدار یکپارچه است ، اما دارای ویژگی های منحصر به فردی است.قدرت محاسبات ، پیچیدگی طراحی و الزامات سختگیرانه تولید آن را از هم جدا می کند.این شکل منحصر به فرد ، ریزپردازنده ها را به بخش مهمی از تجهیزات الکترونیکی تبدیل می کند و نقش مهمی در پردازش داده های پر سرعت ، پیچیده و کنترل هوشمند دارد.

قلمروهای ریزپردازنده ها و مدارهای یکپارچه در هم تنیده و در عین حال عمیقاً در ذات ، ابزار ، حوزه کاربرد ، پیچیدگی ، ابعاد ، انواع تراشه و روشهای عملیاتی آنها به شدت واگرا هستند.

ریز پردازنده: این دستگاه به عنوان یک مدار یکپارچه پیچیده و چند جانبه ، در اصل مغز یک رایانه یا سیستم تعبیه شده قرار دارد.این امر در درجه اول وظایف حسابی و منطقی را به دست می آورد ، داده ها را دستکاری می کند و سمفونی مدارها و وسایل دیگر را هم می کند.معماری یک ریزپردازنده دارای چندین هسته ، حافظه پنهان و رابط برای ورودی/خروجی است - گواهی بر پیچیدگی آن.

مدار یکپارچه: از طرف دیگر ، یک مدار یکپارچه ، ملیله ای از عناصر الکترونیکی - مقاومت ها ، خازن ها ، ترانزیستورها - را بر روی یک پایه نیمه هادی ، به طور معمول سیلیکون می کند.نقش آنها بسیار دور از دسترس ، تقویت سیگنال ، ذخیره سازی داده ها ، تنظیم برق ، انتقال سیگنال و فراتر از آن است.

ریزپردازنده ها در عرصه هایی که خواستار دستکاری داده های پیچیده و قدرت محاسباتی هستند ، برتری دارند - به رایانه های شخصی ، سرورها ، تلفن های هوشمند و سیستم های تعبیه شده فکر کنید.

در مقابل ، مدارهای یکپارچه در طیف وسیع تری شکوفا می شوند.ابزار آنها از سادگی تایمرها و کنترل کننده های قدرت گرفته تا پیچیدگی سیستم های ارتباطی پیچیده و رایانه های کالیبر بالا متغیر است.

یک ریزپردازنده که با میلیون ها دلار به میلیارد ها ترانزیستور بستری می شود ، به سمت پیچیدگی بیشتر تکیه می کند.قد بزرگتر آن یک محل اقامت لازم برای ویژگی های گسترده و قابلیت های پردازش قدرتمند است.

در عین حال ، مدارهای یکپارچه ، طیف وسیعی را از ساده گرایانه ، که تعداد انگشت شماری از اجزای آن را به خود اختصاص داده اند ، تا به طرز بی حد و حصر ، با میلیون ها ترانزیستور عبور می دهند.اندازه آنها بر این اساس متفاوت است.

در قلمرو انواع تراشه ، ریزپردازنده ها یک دسته مفرد را نشان می دهند ، که با دقت روی پردازش داده ها ، خواستار برنامه نویسی پیچیده و دستورالعمل های کنترل متمرکز شده است.

با این حال ، مدارهای یکپارچه ، یک پالت رنگارنگ تر ارائه می دهند: دیجیتال ، آنالوگ و هیبریدهای آن.روشهای عملیاتی آنها به ترتیب اهداف و کارکردهای طراحی خود می رقصند.

ریز پردازنده ، در حالی که یک نوع مدار یکپارچه تخصصی است ، صفر در مورد خرد کردن داده ها و شاهکارهای محاسباتی.مدارهای یکپارچه ، با مفهوم سازی گسترده تر ، با مجموعه ای متنوع تر از برنامه ها و ویژگی های مختلف ، وسیع وسیع وسیع فناوری الکترونیکی را پذیرایی می کنند.این تمایزها نقش های منحصر به فرد و اهمیت مهم آنها را در دنیای سیستم های الکترونیکی نشان می دهد.

نکته اصلی تمایز بین ریزپردازنده ها و مدارهای یکپارچه نهفته در هدف طراحی آنها ، پیچیدگی ساختاری و چارچوب معماری است.این عناصر در مجموع نقش ها و اثرات خود را در داخل ملیله پیچیده سیستم های الکترونیکی هدایت می کنند.

ریز پردازنده: با دقت برای تلاش های محاسباتی عمومی - دست زدن به داده ها ، محاسبات و اجرای فرمان.آنها به عنوان عقل رایانه ها و چارچوب های جاسازی شده ، رمزگشایی و تصویب دستورالعمل های نرم افزاری ایستاده اند.

مدار یکپارچه: متناسب با نقش های مجزا - تقویت سیگنال ، ذخیره داده ها ، مدیریت قدرت یا انتقال سیگنال.طراحی آنها غالباً در کانون توجه قرار دارد و به عنوان موجودات تخصصی مانند IC های تقویت کننده ، ماژول های حافظه یا رابط های ارتباطی آشکار می شود.

ریزپردازنده ها به عنوان ساختاری دقیق تر ظاهر می شوند و در میلیون ها یا میلیارد ها با ترانزیستورها به هم می پیوندند.معماری داخلی آنها هزارتوی هسته ، سیستم های حافظه پنهان ، استراتژی های حافظه و مکانیسم های متنوع ورودی/خروجی است.

در مقابل ، مدارهای یکپارچه طیف پیچیدگی را نشان می دهند.برخی از آنها ابتدایی هستند ، با اجزای کم نظیر ، در حالی که برخی دیگر ، شبیه به واحدهای پردازش گرافیک ، در پیچیدگی یک ریزپردازنده است.

معماری های ریزپردازنده به طیف گسترده ای از کارهای محاسباتی عمومی ، که اغلب در معماری های مجموعه دستورالعمل های پیچیده ریشه دارد (به عنوان مثال ، x86 ، بازو) سرو می کند.آنها مانورهای داده های چند وظیفه ای ، پردازش موازی و مانورهای پیچیده را تسهیل می کنند.

در مقابل ، معماری یکپارچه مدار آینه ای از نیاز عملکردی خاص آن است.یک مدار تقویت کننده آنالوگ را بگیرید: این فقط آنچه را برای تقویت و پردازش سیگنال ضروری است ، در بر می گیرد.در همین حال ، یک تراشه حافظه ، در ذخیره سازی داده ها و بازیابی صفرا.

در حالی که یک ریزپردازنده یک مدار یکپارچه چند جانبه است که برای انجام کارهای متنوع محاسبات متناسب است ، سایر مدارهای یکپارچه به عنوان راه حل های تخصصی برای توابع و برنامه های الکترونیکی مشخص ظاهر می شوند.این دوگانگی نقش و اهمیت متنوع آنها را در قلمروهای الکترونیک و فناوری محاسبات تأکید می کند.

با ترسیم به تکامل تاریخی ، پیچیدگی های ساختاری و طبقه بندی های متنوع و کاربردهای ریزپردازنده ها و مدارهای یکپارچه ، یک مکاشفه چشمگیر را کشف می کنیم.این ستونهای دوقلوی فناوری فقط جهش های محاسباتی را تسریع نکرده اند.آنها نوآوری محصول الکترونیکی را متحول کرده اند.استفاده فراگیر آنها را در نظر بگیرید: همه گیر بودن ریزپردازنده و سازگاری فنی مدارهای یکپارچه به عنوان تست های ظرفیت نوآورانه بی حد و حصر فناوری الکترونیکی می درخشد.همانطور که در این دوره از پیشرفت فناوری بی امان پیش می رویم ، ریزپردازنده ها و مدارهای یکپارچه به عنوان چراغها قرار می گیرند.آنها نه تنها تحولات مداوم در قلمرو فناوری الکترونیکی را نشان می دهند بلکه مسیرهای جدیدی را برای پیشرفت اجتماعی بشر نیز ایجاد می کنند.