计算机技术发展简史之9——集成电路存贮器与控制器

  XZKL1234 ·  2011-07-22 15:56  ·  56274 次点击
一般地,集成电路按其规模大小可分为:
①小规模集成电路(Small-Scale.Integrated.Circuit):每个芯片上的逻辑门电路数量为4~10个;
②中规模集成电路(Middle-Scale.Integrated.Circuit):每个芯片上的逻辑门电路数量为10~100个;
③大规模集成电路(Large-Scale.Integrated.Circuit):每个芯片上的逻辑门电路数量为100~1000个;
④超大规模集成电路(Very-Large-Scale.Integrated.Circuit):每个芯片上逻辑门电路数量为>1000个;
⑤极大规模集成电路(Ultimate-Large-Scale.Integrated.Circuit):这是一个目前还未定论的标准,它与超大规模集成电路之间的界限要看今后技术的发展。
用作存贮器的半导体集成电路有两大类:一类是基于双极型晶体管(Nesistor)的双稳态触发器(BistableTriggerCircuit)为基本单元的存贮器,它的优点是读写周期短,但维持记忆的功率消耗大;1981年投产的4K位双极型存贮器,存取时间为25毫微秒(10-9秒),每位的功耗为一毫瓦(10-3瓦特);1985年又研制出存取时间为六毫微秒、每位功耗为0.20毫瓦的双极型记忆元件,但这种记忆元件的价格比较昂贵。总的来说,双极型存贮器的速度提高,是以功耗上升和成本增高为代价的。
另一类成本较低且功耗小的存贮器,是基于MOS的场效应型晶体管,但它的速度相对于双极型存贮器较慢。公元二十世纪八十年代中期,P沟道金属门工艺即以空穴为主要正电荷负载方式的PMOS(P-channel.Metal-Oxide.Semiconductor)曾占主导地位;八十年代后期则以N沟道金属氧化物工艺即以电子为主要正电荷负载方式的NMOS(N-channel.Metal-Oxide.Semiconductor)占主导地位,且比PMOS的集成度提高了30%、速度提高了50%。进入九十年代后,整个计算机领域又由互补金属氧化物半导体器件CMOS(Complementary.Metal-Oxide.Semiconductor)占主流,使五十年代占用几个乃至几十个大机柜的电路都集中在一块单独封装的芯片上。
真正反映集成电路技术突飞猛进的是基于MOS的存贮器,1965年制造出256位的P沟道金属门存贮器(PMOS);1968年开始使用互补金属氧化物半导体存贮器(CMOS)。从1970年开始,国际上注重生产动态的MOS存贮器;1983年,生产出了256千位(256KB)的动态只读存贮器(DRAM),在六毫米见方的芯片上有六十万个三极管,其连线和绝缘层的最小尺寸为1.30~2.50微米(10-6米)。到二十一世纪初,每只芯片上的三极管数量将达到几亿个乃至几十亿个,连线和绝缘层的最小尺寸(线宽)可以小于0.1微米,动态只读存贮器的单片容量将会达到64兆位(64MB)甚至更高。
逻辑控制集成电路也迅猛发展。1971年美国Intel公司生产了世界上第一片4位微处理器(CenterProcessingUnit),1974年制成第一个8位微处理器。到1977年国际市场上已经有了三十多种8位的微处理器,较为著名的有Intel-8系列、Motorola-R系列、Zilog-Z系列、AMD-K系列等。1978年16位微处理器诞生,1984年32位微处理器制造成功;1994年64位微处理器研制成功并迅速推出;1998年128位的微处理器研制成功;到了1999年底256位的微处理器也宣告研制成功。
从目前的计算机集成电路发展来看,计算机这一称呼只是在电子计算机早期发展阶段才具有意义,因为当时的科学计算是它的主要任务。而当今世界各国计算机越是普及的地方,科学计算所占的比例也就越低__计算机不计算,正是计算机更高应用水平的体现。实际上,现代的电子计算机充其量只能是一种动作迅速、头脑简单、惟命是从、一丝不苟的信息处理器,这是因为现今的集成电路都是在信息的处理与控制机制上发挥功效。
自从1983年台湾人将“Computer”一词翻译为电脑后,国内许多人将现代电子计算机都称之为电脑,但这是不恰当的。应当说,我们应该把“电脑”这个高贵的头衔保留给未来功能强大、高速并行、具有智能本领的信息处理和执行系统,现在不应该仅仅为了商业宣传就糟蹋了这个极好的词汇。

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