"كليم المنلسة الكهربائة والإلكروبة
قم فنتلسة المكريلافكة
3-1 تطور صناعة أنصاف النواقل بصسمقتناه27 توطيط د11 كتفاعتنل صف تتح 5 ):
في أوائل العشرينيات من القرن العشرين كانت الأجهزة تخمد على المفاتيح الميكانيكية زلهعتدهداءعتوط6166 هل الدرهاعظ في
عمليات التحكم بالأجهزة قِ أواحز عام 1920 ظهر اليل الأول من العناصر الإلكترونية وعرفت بالصمامات المفرغة ( 7تتتناع172
5دا1ا1)»؛ مبينة على الشكل 6 حيث استعملت في العديد من الأجهزة الإلكترونية في ذاك الوقت: اللاديو والتلفاز وغيرها
الشكل 6 الصمامات المفرغة
في خمسينيات القرن العشرين ظهرت الرانزستورات» وبدأت الأبحاث حول الدارات المتكاملة التى يمكن أن تحوي على عدة تإنزستورات»
و و و جرد ولى في عام ام عا لم ا لفيزياء تر
بتصميم أول دارة متكاملة - الشكل7
الشكل 7 أول دارة متكاملة
صناعة أنصاف النواقل فلهرت بوضوح في أوائل الستينيات» وبدأت بالنطور بشكل متسارع منذ ذاك الوقت الجيل الأول من الدارات
المحكاملة عرف ب551 (هة:ع176 1-4081ل5:18) حيث كانت الدارات المكاملة تتكون من عدد قليل جداً من البيابات المنطقية
10,1100 »1 ) تتشكل من عشرات الرانزستورات تلاه عصر الحيل لاني من الدالات المتكاملة في أواسط الستينيات
وعرف ب1151 (صه 5ة:ع1066 ع9©:-00:ت1/1)؛ وقد تميز بزيادة كبيرة في عدد البوابات المنطقية على شريحة متكاملة وحيدة؛ حيث

حجان بغ ليب
قم فنتلسة المكريلافكة
استخدمت الشرائح في المؤقات والعدادات والمسجلات» وتميزت بكلفة أحفض بكثير من سابقتها وإمكانية تصميم أنغلمة أكثر تعفيداً
الخيل الثالث من الداات الحكاملة ظظهر في أواسط السبعينيات وعرف ب[15 (017 :1168 8 ل13:88-569)؛ وفيه ثم تضمين عشرات
الآلاف من الأرانزستورات على شريحة متكاملة وحيدة مل القلقش2 عنحا- ج15 وتزنداء :801180 ؛ وكذلك الحيل الأول من المعالجات
المصغرة الخطوة الأحيرة قِ عملية تطور الدارات المتكاملة كانت بظهور تقنية 1/151 بممطويع1156 4696 :12ر1 17) حيث أن
الحكاملة وفقاً لعدد الارانزستورات على شربحة واحدة أو عدد البوابات المنطقية والتطبيقات لكل جيل
03 عا 1015 وحم ع1
الشكل8 المراحل الزمنية لتحلور تقنيات تصنيع الدارات المتكاملة
ومرتطاء مكيف معصرمي تحدد الاتمحتدء/1 | 100000 < 1< :1990 1151
الجدول2 المؤحل الزمنية لتطور تصنيع الدارات المتكاملة وعدى تعقيدها
مما يجب الإشارة إليه أن البعض (كما في اليابان) يستخدم مصطلح ال[15آنآ اختصاناً لمم تامع176 عل101::3-136186-509 وكذلاك
المعفلم وقف عند المصطلح 17151 وأدرج التقنيات المذكورة كفروع لنقنية ال17/151» وإلا فإنه سوف يتوجب إيجاد مصطلحات متجددة
بشكل دائم - على الأقل كل ستين الشكل9 بين الشريحة المسيليكونية للمعالج 201:027-7 181/1 والذي يملك 8-2018 ويحوي على

كلية المنلسة الكهربائية والإلكتدية
قر منتلسة الفعكريلافكة
3 بليون ترانزستور وعلى اليسار لوح ال7 178 ويحوي مات الشرائح السيليكونية قبل فصلها الشكل10 يين الشريحة السيليكونية
ولوح ال78187؟ للمعالح 1177ا1تة:1 11181 والذي يملك 4-2018 ويحوي على 2046 بليون ترانزستور
اللشكل 10 الشريحة السيليكونية للمعالج ححسسحتصف] 1ء:د1 رباعى النوق وبنخوي على 3046 بليون تإنزستور
تطورت تقنيات صناعة أنصاف الواقل بشكل كير خلال العفود افلاثة الماضية» وأصبحت تعتمد على تقنية ال1/105© التي أمكنت من
أن تصبح الرانزستورات أصغر حجماً وبالتالي يمكن للدارات الحكاملة أن تحوي عدد تإنزستورات أكبر الدارات الخكاملة الأولى كانت
أن تقنية ال1/105 تم احتراعها قبل الرانزستولات الثنائية» إلا أنه كان في البداية من الصعب جداً تصنيعها نفلاً لمشكلة طبقة الأكسيد في
السبعينيات ثم حل هذه المشكلة» وتم تطوير تقنية ال211/105 في ذاك الوقت تطلب استخدام تقنية 105 عدد أقل من طبقات
ال1/101 (أفلام تصنيع الطبقات على مستوى السليكون والأكسيد) وبالثالي كثافة أكبر واستهلاك طاقة أقل وسعر أرحص مقازةً مع
الدارات المتكاملة التي تعمد تقنية الصنيع 5[1
مع بدايات المانينيات ثم استبدال بوايات الرانزستورات المصنعة من الألمنيوم ببوابات ال0:7 20181116 والتي أدت إلى تحسين كبير في تقنية

بت عملية التصنيع أسهلء كما أن استهلاك العلاقة أصبح أحفضء وهذا جميعه ساعد في تصميم دارات متكاملة أصغر حجماً
الجدول3 يبين أجيال الفقنيات المستخدمة في بناء الدارات المكاملة
1 لاع اط تله 1 دان[ (1 ]8 1211
1 551 ححسسدنة 1/1 حصحيتة 1/1 «8[1 111
الجدول30 التعنيات المستخدعة في بناء الدارات المتكاملة
إن النطور الذي حصل حلال 40 عاماً - ابشداءً من العام 1971 وحتى عام 2010 - أدى إلى انتقال مستوى تفنية التصنيع من الحجم
«ل10 إلى الحجم 32:03 للخلية الارانزستورية على المستوى السيليكوني» وبالتالي تضاعف عدد الرانزستورات على الشريحة الواحدة
بمساحة 10110 مقارَةٌ مع حجمها في عام 2010 بمساحة 32010
لجال ّ

قم فتلسة المعكر يلافك
إن متوسط نصف حجم الرانزستور على الشريحة السيليكونية يطلق عليه بت 8611:1010 1 21008685 وهو الذي يتضاعف وفق قانون
:0 كل ستتين فمثلاً من أجل تقنية التصنيع 65:00 فإن عشرات الآلاف من الرانزستورات يمكن أن تتسع في مساحة تعادل
مساحة حلية دم حمراء - يمكن لعشر ملايين تإنزستور أن تتسع في مساحة تعادل 1:71:13 الشكل 12 يين صورة ميكروية لرانزستور
على الشريحة السيليكونية للمعالج 0:8 >-111181-02118 يعتمد تقنية 65110 ونحد أن متوسط نصف حجم المساحة هو 357013
الشكل12 ترانزستور على مقعلم شريحة سيليكونية يعتمد تقنية التصنيع 65:17
فيما يلي تفصيل مقتضب لفروع الأنثلمة المدبحة وحواصها يوفر على الباحث والدارس الخوض في مئات المراجع
بشكل عام تصنف حلول الدارات الخكاملة الرقمية ضمن فروع رئيسية ثلاث:
الشكل 0 الفروع الرئيسة للدارات المتكاملة الرقمية

قر منتلسة الفعكريلافكة
مستوى الكيان الصلب (01870:318) الشكل 13 يبين الفروع الرئيسة للدارات المتكاملة الرقمية إن هذا التصنيف يمثل تصنيفاً عاماً إذ
يمكن أن يوجد تصنيفات فرعية أحرى تصنف بأنما دارات مشكاملة متخصصة أوعامة التطبيقات؛ فيما يلي نفصل في هذه الفروع
وهي شرائح متكاملة ذات وظائف عامة ثم تصميمها لوظائف محددة (ا1ل00 11116 212:80 لا يمكن تغيرها وفقاً للموذج قياسي
عالميء كما أنما لا تقوم بأي عمليات معالمة (لا تملك وحدة معالحة)؛ من حلال ربط العديد من هذه الدارات مع بعضها البعض يمكن
وشرائح العائلة :40:00 ((1158ا0) :4018)» وشرائح التوقيت (12555)؛ وغيرها من الشرائح القياسية التي تصنع من قبل العديد
وهي من فروعّ الدارات المتكاملة ذات الأغراض العامة (109 6865 تزدنظ ل680818) تجمع المعالحات المصغرة كل وثائف وحدة المعالحة
المكزية © في دارة متكاملة واحدة» ويتم بريحتها من أجل تطبيق حاص باستخدام لغات برمحية مخصصة لتطبيقات الأنغلمة المدبحة
(12118018885 عدا لًمستصوزع 210 قتتنعاار5 2111580080) تصنف المعالخات المصغرة من حيث الاستخدام إلى نوعين رئيسين:
- معالحات الأغراض العامة
- معالحات الأغراض الخاصة
في عام 1970 ظهر المعالح 4004 17881 ذو ناقل بعرض 4-385 واستخدم في تصميمه 2300 تإنزستور وقد تضمن ذاكرة )لز
وذاكرة 12-014 ووحدة معالحة مركزية بتردد عمل 1081012 استخدم هذا المعالج بشكل رئيسي في الآلات الحاسية» ويعثير أول معالج
مصغرء وقد بلغ سعره آلاف الدولارات في عام 1974 أعلنت شركة [1188 عن أول معالج للأغراض العامة ([6) وهو المعالج 8080
بعرض ناقل 8-4 واستخدم في تصميمه 4500 تإنزستور ووصلت سرعة تنفيذه إلى 290000 تعليمة في اقانية عند تردد عمل
39 وتضمن أيضاً 64338 من الذاكرة المعنونة وأصبح المعالج 8080 معياناً صناعياً وبلغ سعره 0395 واستخدم في بناء أول حاسب
القوى (©:0©-011018 لتسيطر على مستقيل صناعة المعالحات الشكل14 يين البنية الداحلية (على اليمن) والخريطة السيليكونية (على
اليسار) للمعالج 4004 ©108618 الشكل 15 يبين شريحة المعالج 4004 111518

حجان بغ لبت
قم منالسة العكر ولاك
الشكل15 شرية المعالج 4004 1018 ذو ناقل بعرض 4-38 ويحيي على 2300 تإنزستور
المعالخ 1:186188085 الذي ثم إنتاجه في عام 1976 وبيحوي على 4500 تإنزستور ويعمل بتردد 31/1112 الشكل 18 ييين شريحة المعالج
1+6 ذو ناقل بيانات بعرض 16-388 وثم إنتاجه في 1978 ويحوي 29000 ترانزستور ويعمل بتردد 51/0312
اللشكل 16 البنية الداخلية والخريطة السيليكونية للمعالح 8085 15818 - 1976
الشكل17 شريجة المعالح 8085 ©1»+1 ذو ناقل بعرض :8-3 ويحوي على 4500 تؤنزستور

"كليم الهندسة الكبربائة والإلكردية
الشكل 19 بين البنية الداحلية (على اليمن) والخريعطة العسيليكونية (على اليسار) للمعالح 1156188086
الشكل 19 البنية الداخلية والخريعلة السيليكونية للمعالحج 3086 ©1118 - 1978
الشكل 20 يبين شريحة المعالح 11184 ذو ناقل بيانات بعرض 32-358 وثم إنتاجه في عام 2000؛ وبجوي على 125 مليون
ترانزستور» ويعمل بتردد 8611263-31 الشكل 21 يبين البنية الداحلية والخريعلة السيليكونية للمعالج 11561834
الشكل 20 شريحة المعالح 4 1:18 ذو ناقل بعرض 32-1318 ويحوي على 125 مليون ترانزستور
الشكل 21 البنية الداخلية والخريعلة السيليكونية للمعالج 11874 - 2000

الشكل22 بيين شريجحة المعالج 17 1116818 متعددة النوى (4-0018) ذو ناقل بيانات بعرض 64-318 تم إنتاجه في عام 2008 ويحوي
على 731 مليون ترانزستورء ويعمل بتردد 1634761712 الشكل23 يين تمخيل البنية الداحلية العامة (على اليمن) والخريطة
السيليكونية (على اليسار) للمعالخ 17 115:18
الشكل23 شرحة المعالح 11881817 رباعي النوى وذو ناقل بعرض :64-1 ويحوي على 731 مليون تإنزستور
تتسم التطبيقات التي تستخدم المعالمات المصغرة بالتعفيد على مستوى الكيان الصلب والرمحي» وذلك لكون المعالج يحوي على وثظائف
وحدة المعابحة المركزية (ن21) وذاكرة البرنامج (/201) فقطء وأما باقي المحيطيات كوحدات النوقيت وذاكرة المعطيات ]لالط
ووحدات المقاطعات وغيرهاء فجميعها يتم وصلها حارجياً عبر الناقل الرئيسي (5ل81)؛ لذلك فإن معالحات الأغراض العامة تستخدم
الشكل 23 البنية الداخلية والخريعلة السيليكونة للمعالح 15:18:17 - 2008
2-2-10-1 معالجات الأغراض الخاصة 55 تصفيف 210 ع ممحونظ لقو (5) :
تصمم معالحات الأغراض الخاصة بحيث تؤمن سعة معالحة عالية ووظائف مخصصة متقدمة مثالها: وحدة معالحة الرسوميات 0171
ونصنآ صنووء 2:02 و نتاتج:©) الشكل24 المعالج والمخطط الصندوقي لوحدة معالمة 511 6801 11711710166
في عام 2001 قررت شركة 501177 باتعاون مع شركة 1814 وشركة 10811158 تطوير معالج :0811-21008880 عالي الأداء» واستمر
تطوير هذا المعالج أريع سنوات» وتم صرف ميلغ 400 مليون دولار على أُبحاث التطوير» ويشار إليه عاداً بفت8ه در ل1ء©