Логические функции и элементы в полупроводниковых устройствах

2) Логическая функция – целочисленная ф-я от целочисленных аргументов.

В полупроводниковых устройствах проще реализуется
2-логика

Процветает

SiGe чипы

3-логика?

3) Логическое устройство (ЛУ) – физ. устройство, реализующее лог. функции.

Пример: И

&

4) Виды ЛУ.

По способу ввода-вывода разрядов

Послед. Паралл. Смешан.

по наличию памяти

С памятью
Выход зависит от текущего и прошлых входов
Последовательностные

Без

5) Способы задания логических функций

Табличный

Таблица истинности: все возможные сочетания аргументов

Пример: все ЛФ одного аргумента: 22 штук

Пусть – число аргументов.
Тогда число
сочетаний аргументов =
логических функций

Примеры при n=2:

Аналитический

Через символы логических операций.

Пример: конъюнкция (И)

Символы бинарных операций

Унарная операция: НЕ

6) Основные логические операции

Это И, ИЛИ, НЕ
поскольку другие
выражаются через них

Пример:
импликация

Порядок выполнения:

НЕ – И – ИЛИ

Пример:

7) Базис (полная система)

Это система ЛФ, через которые можно выразить любую

Примеры:
базис: И,ИЛИ,НЕ
мин. базисы: И,НЕ
ИЛИ,НЕ
И-НЕ
ИЛИ-НЕ
Δ,1

Пример: Δ,1

Базис (И,ИЛИ,НЕ) наиболее удобен, поскольку даёт компактные выражения.

Используется на этапе проектирования

Базисы И-НЕ, ИЛИ-НЕ используются на этапе реализации ЛУ, поскольку технологичнее.

8) Логические элементы

ЛЭ – это ЛУ, выполняющее элементарную лог. операцию

Несколько входов

Обозначения

1

Повторитель

1

&

Инвертор (НЕ)

Конъюнктор (И)

1

Дизъюнктор (ИЛИ)

&

ЛЭ Шеффера (И-НЕ)

1

ЛЭ Пирса (ИЛИ-НЕ)

M2

Сумматор по модулю 2

Реализация на реле

9) Полупроводниковые ЛЭ

Лучше других удовлетворяют
противоречивым требованиям:

Простейший ЛЭ – элемент НЕ

а) Некоторые технологические виды:
Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ)

ЛЭ на МОП транзисторах

КМОП (CMOS) - комплементарные МОП
Мал ток

б) Технологические нормы

Длина затвора полевого тр.

Расстояние между тр.

Машина для фотолитографии

Диаметр вафли: 30 см

Выращивание кристалла кремния

Многослойная структура «вафли»

Количество слоёв

в) Перспективные технологии

фотоника: лазеры ⇒
рост частоты
снижение диссипации

трёхмерные транзисторы ⇒ быстрее, холоднее, компактнее

2005

A.M. Rao
Clemson University

транзисторы и межсоединения из нанотрубок

графеновый транзистор: 100 ГГц

баллистический транзистор: электроны «летят», не сталкиваясь с решёткой ⇒ мала

спиновые транзисторы

Поляризация электронов ⇒ мала энергия переключения, высокие частоты

мемристоры – 4-ый элемент цепей

HP 2008

Магнитные квантовые точки

молекулярные транзисторы

Quantum interference effect transistor