Чарльз Петцольд - Код. Тайный язык информатики

В сфере технологий одновременное изобретение — довольно распространенное явление. Несмотря на то что Килби изобрел свое устройство за шесть месяцев до Нойса, а компания Texas Instruments подала заявку на патент раньше, чем Fairchild Semiconductor, Нойс получил патент первым. Последовавшие за этим судебные тяжбы завершились с устраивающим всех результатом только спустя десять лет. Несмотря на то что Килби и Нойс никогда не работали вместе, сегодня они считаются соавторами интегральной микросхемы (ИС), обычно называемой чипом .

Создание интегральных схем — сложный процесс, который предполагает наслаивание тонких пленок легированного кремния, протравленных в разных местах для образования микроскопических компонентов. Несмотря на то что разработка новой интегральной микросхемы предполагает большие затраты, массовое производство позволяет снизить цены: чем больше производится микросхем, тем дешевле они становятся.

Кремниевый чип очень тонкий и хрупкий, поэтому он должен быть надежно защищен корпусом, позволяющим в то же время соединить его компоненты с другими чипами. Чаще всего интегральные микросхемы помещаются в прямоугольный пластиковый корпус DIP (dual inline package, корпус с двухрядным расположением штырьковых выводов) с 14, 16 или даже 40 выводами.

Вот чип с 16 выводами. Если вы возьмете его так, чтобы небольшая выемка находилась слева (как показано на рисунке), то выводы будут нумероваться с 1 по 16 против часовой стрелки, начиная с вывода в левом нижнем углу и заканчивая выводом в левом верхнем углу. Штырьки расположены на расстоянии 2,5 миллиметра друг от друга.

На протяжении 1960-х годов рынок интегральных микросхем развивался благодаря космической программе и гонке вооружений. Первым массовым коммерческим продуктом, включавшим интегральную микросхему, был слуховой аппарат, распространявшийся компанией Zenith в 1964 году. В 1971 году компания Texas Instruments начала продавать первый карманный калькулятор, а компания Pulsar — первые цифровые часы. (Очевидно, в цифровых часах корпус ИС отличается от того, что мы обсуждали в вышеприведенном примере.) Вслед за ними появилось множество других товаров, в конструкцию которых входили интегральные микросхемы.

В 1965 году Гордон Мур (в то время сотрудник компании Fairchild Semiconductor, а позднее соучредитель корпорации Intel) заметил, что технология развивается так, что начиная с 1959 года количество транзисторов, которые могут уместиться в одной микросхеме, ежегодно удваивается, и предсказал сохранение этой тенденции. Фактически такая технология развивалась немного медленнее, поэтому закон Мура (как он стал в конечном счете называться) был скорректирован и прогнозировал удвоение количества транзисторов в микросхеме каждые 18 месяцев. Это по-прежнему удивительно быстрое развитие, и закон Мура объясняет, почему домашние компьютеры устаревают всего за несколько лет.

На начальных этапах развития технологии о микросхемах, включающих в себя менее десяти логических вентилей, говорили как о схемах с малым уровнем интеграции . Схемы со средним уровнем интеграции (средние интегральные схемы, СИС) включали в себя от 10 до 100 вентилей, а схемы с высоким уровнем интеграции (большие интегральные схемы, БИС) — от 100 до 5000 вентилей. Затем были введены такие понятия, как сверхвысокий уровень интеграции (сверхбольшая интегральная схема, СБИС) — от 5 до 50 тысяч вентилей, суперсверхвысокий уровень интеграции — от 50 до 100 тысяч вентилей и ультравысокий уровень интеграции — более 100 тысяч вентилей.

Оставшуюся часть этой главы и всю следующую я предлагаю провести в середине 1970-х, в той древней эпохе, когда никто еще не слышал о фильме «Звездные войны», а схемы СБИС еще только маячили на горизонте. В то время для изготовления компонентов интегральных схем использовалось несколько различных технологий, каждая из которых определяет семейство ИС. К середине 1970-х годов преобладали семейства ТТЛ и КМОП.

Аббревиатура ТТЛ расшифровывается как транзисторно-транзисторная логика . Если бы в середине 1970-х вы работали инженером-разработчиком цифровых ИС (собирали из ИС более крупные схемы), то вашей настольной книгой был бы справочник по ТТЛ-микросхемам The TTL Data Book for Design Engineers, впервые опубликованный в 1973 году компанией Texas Instruments. Он содержал подробное описание интегральных микросхем ТТЛ серии 7400, продаваемых Texas Instruments и некоторыми другими компаниями, называемых так потому, что номер каждой ИС в этом семействе начинался с 74.