Ich habe kürzlich über CPUs gelesen und festgestellt, dass alle logischen Blöcke und Speicher auf der CPU aus Transistoren bestehen können. Ist es die einzige elektronische Komponente auf der CPU?
Bearbeiten (Nach den ersten beiden Antworten erstellt): Beim Erstellen einer CPU geht es jedoch nur um das Projizieren von Transistordiagrammen (möglicherweise ist dies der Hauptteil). Aber wie werden der CPU zusätzliche Komponenten wie Dioden, Kondensatoren usw. hinzugefügt?
Antworten:
Die logischen Blöcke und Speicher können nur aus Transistoren bestehen. Die wichtige Frage ist: Sind alle Schaltkreise der CPUs logische Blöcke und Speicher, oder gibt es sonst noch etwas?
Die Antwort ist, es gibt immer einige andere Schaltkreise. Hier sind einige Beispiele:
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Ich denke, man muss es anders herum betrachten: CPUs werden mit Schritten hergestellt (Implantation, Lithographie, Ätzen, Abscheidung von Materialien). Wenn Sie die Schritte und Schichten auf eine bestimmte Weise entwerfen, erhalten Sie ein CMOS-Paar (N-Typ-MOSFET links, P-Typ-MOSFET rechts), das nützlich ist, um Inverter herzustellen und dann die gesamte Logik zu starten, um schließlich alle zu erstellen CPU-Logikbausteine.
CPUs benötigen jedoch andere Arten von Geräten, z. B. für ESD oder die Integration von Speicher oder was auch immer. Dazu können Sie die Schichten auf eine andere Weise gestalten und Widerstände erhalten (unter Verwendung der Polysiliziumschichten oder des dotierten Substrats), indem Sie eine lange Linie aus Material herstellen:
Dies ist der Kern dessen, was die planare IC-Technologie zu einer so zerstörerischen Idee gemacht hat: Aus einfachen Schritten kann man (fast) alles bauen.
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Die Mehrzahl der Komponenten in einer CPU sind Transistoren, es können jedoch auch andere Komponenten hergestellt werden.
Eine Diode besteht entweder aus einem PN-Übergang oder einem metallischen Halbleiterübergang mit einem geeigneten Dotierungsgrad im Halbleiter.
Ein Widerstand kann aus einem langen Materialstreifen bestehen (möglicherweise Metall auf einer der Metallschichten, möglicherweise Halbleiter auf einer Halbleiterschicht).
Ein Kondensator kann aus zwei leitenden Materialien bestehen, zwischen denen sich eine dünne Isolierschicht befindet (ähnlich dem Gate eines Mosfets, jedoch größer).
Das Problem mit Widerständen und Kondensatoren ist, dass es keine gute Möglichkeit gibt, große Werte in einem IC zu erzielen. Oft nimmt ein Widerstand oder Kondensator dieselbe Fläche ein wie viele Transistoren. In Bezug auf die Siliziumfläche ist es oft günstiger, einen speziellen Transistor anstelle eines Widerstands zu verwenden.
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Nein, es gibt auch Dioden, Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten und vielleicht auch andere.
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Nun können Sie machen alle elektronischen Komponenten aus nur Silizium .
Silizium hat interessante Eigenschaften. Dotiertes Silizium ist ein Halbleiter , das heißt, es kann Widerstände herstellen , da jeder normale Leiter einen Widerstand hat. Es kann sogar als Draht verwendet werden, obwohl es nicht sehr effizient ist. In der Praxis wird Polysilizium verwendet , beispielsweise die 8087-Chips
Durch das Zusammenfügen von NP-Halbleitern entsteht eine Diode , denn das ist die Struktur von Dioden. Durch Zusammenfügen von PNP oder NPN entstehen Transistoren . Wenn es sich mit Sauerstoff verbindet, wird es zu Siliziumdioxid, das nicht mehr leitet und zur Herstellung des Bereichs um Drähte und leitende Elemente verwendet werden kann.
Kondensatoren lassen sich auch sehr einfach herstellen, lediglich ein Isolator (Siliziumdioxid) als Dielektrikum zwischen 2 Leiterplatten (Silizium).
Mit Transistoren, Widerständen und Kondensatoren können Sie einen Operationsverstärker erstellen, mit dem Sie einen Induktor ohne Spule simulieren können, der noch weniger Fläche benötigt als eine echte Induktionsspule. Cool, nicht wahr?
Oben sehen Sie eine Möglichkeit, eine simulierte Induktivität zu erstellen. Weitere Möglichkeiten finden Sie in den folgenden Referenzen
Wenn Sie mehr Induktivität oder Kapazität benötigen, müssen Sie möglicherweise trotzdem eine separate externe Spule oder einen Kondensator verwenden.
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Ja, der Prozessor besteht ausschließlich aus Transistoren und Drähten.
Es kommt darauf an, was Sie unter "elektronischer Komponente" und "CPU" verstehen. Wenn Sie dies auf Halbleiterbauelemente und die eigentliche Verarbeitungseinheit beschränken, besteht eine CPU aus Transistoren.
Wenn Sie E / A einbeziehen, verfügen Sie über einige Transistoren und Klemmdioden mit höherer Spannung sowie über ESD-Schutzzellen (für die Transistoren und / oder Dioden verwendet werden können). Wenn Sie passive Bauelemente zulassen, haben Sie Drähte aus Metall oder Polysilizium. Natürlich können auch Dioden aus BJTs hergestellt werden.
Transistoren und Drähte sind die einzigen Komponenten auf vielen integrierten Schaltkreisen, einschließlich vieler CPU-Chips.
Einige Mikroprozessoren haben andere Komponenten auf dem gleichen Chip wie der Prozessor.
Wenn Sie den gesamten Chip einschließen, können Sie eine beliebige Anzahl analoger Komponenten verwenden: Dioden für die Temperaturmessung, Analog-Digital-Wandler, LDO-Spannungsregler, Quarzoszillatoren, Leseverstärker für den Speicher und (möglicherweise am häufigsten) Power-On-Reset-Schaltungen . Diese verwenden passive Komponenten. Widerstände sind die gängigsten und kommen in vielen verschiedenen Ausführungen vor:
Kondensatoren sind in der Regel viel größer als Widerstände. Sie bestehen aus Metalloxid-Halbleiter-Stapeln oder Polyoxid-Poly. Sie können auch die PN-Sperrschichtkapazität oder die Kapazität zwischen parallelen Drähten in einer Metallschicht verwenden.
Induktivitäten sind in der Regel zu groß, um sie in anderen Schaltungen als den Schaltkreisen mit der höchsten Frequenz (> 1 GHz) zu verwenden. Sie bestehen aus Metallspiralen.
Es gibt auch spezielle Transistoren, wie sie in Flash-Speichern und DRAMs verwendet werden. Die sind definitiv eine Klasse für sich.
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Es gibt keine solche Komponente wie den "idealen Transistor" in der realen Welt. Ein Transistor ist auch ein Widerstand, ein Kondensator, ein paar Dioden, eine Niederspannungs-Zenerdiode usw. Alle diese Nebenwirkungen wirken sich auf die Arbeit der CPU aus, auch wenn einige davon unerwünscht sind (parasitäre Elemente).
Daher könnte die CPU nicht aus "idealen Transistoren" hergestellt werden, sondern die realen Transistoren können durch andere benötigte Elemente ersetzt werden. In einigen Fällen ist dies jedoch nicht optimal, da dedizierte Widerstände oder Kondensatoren einfacher sind und eine bessere Leistung erbringen.
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