Размещено на http://www.allbest.ru

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ЛУЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра комп'ютерної інженерії

РЕФЕРАТ

з «Комп'ютерної електроніки»

на тему:

«Використання інформаційних технологій в мікроелектроніці»

Виконав: ст.гр. КСМ-31 Суханов А.С.

Перевірив: Каганюк О.К.

Луцьк 2017

ЗМІСТ

• ВСТУП
• ОСНОВНА ЧАСТИНА
• 1. Основні відомості про мікроелектроніку. Огляд інтегрованих мікросхем
• 2. Сучасний стан мікроелектроніки та інтегрованих мікросхем
• 3. Інформаційні технології в сучасній мікроелектроніці
• 4. Приклад застосування інформаційних технологій в мікроелектроніці - «Розумний будинок»
• 5. Перспективи та переваги застосування інформаційних технологій в мікроелектроніці в економіках країн світу
• ВИСНОВОК
• СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ


ВСТУП

1. Основні відомості про мікроелектроніку. Огляд інтегрованих мікросхем

Мікроелектроніка - це підрозділ електроніки , пов'язаний з вивченням і виробництвом електронних компонентів з геометричними розмірами характерних елементів порядку декількох мікрометрів і менше, які зараз масово використовуються в усіх пристроях та системах, що реалізують інформаційні технології. Вона виникла після 50х років ХХ століття на досягненнях фізики тонких плівок, напівпровідників та спеціальних матеріалів, і охоплює виготовлення інтегрованих мікросхем (ІМС) та принципи та засади їхнього застосування [2, 7].

З розвитком техніки розміри компонентів постійно зменшуються до розмірів, які не здатне чітко бачити та розрізняти людське око без допомоги спеціальної збільшуваної техніки (мал. 1).

Мал. 1: ІМС у збільшеному масштабі

3 появою інтегральних мікросхем була розв'язана та кризова ситуація в радіоелектроніці, яка стала назрівати наприкінці 50-х - початку 60-х років. Справа в тому, що протягом всього попереднього періоду розвиток радіоелектроніки відбувався екстенсивно: шляхом нарощуванням складності приладів та пристроїв, прямим збільшенням кількості деталей в їх схемах, приблизно на порядок за кожне десятиріччя. В результаті на вказаний строк кількість деталей у найбільш складних на той час приладах (наприклад, у електронно-обчислювальних машинах) сягала вже десятків і навіть сотень тисяч [4, 6].

Проте, найсерйознішою проблемою виявилася проблема забезпечення надійності - тобто безвідмовної роботи протягом тривалого часу, що завжди є основною вимогою до будь-якого пристрою чи системи. Кожний елемент або деталь взяті окремо можуть мати високий ступінь надійності. Однак, у їх сукупності надійність системи знижується пропорційно кількості елементів.

Але оскільки частота відмов окремих деталей підсумовується, то період безвідмовної роботи пристрою, який складається з кількох сотень тисяч подібних деталей, становитиме лише кілька годин, тобто даний пристрій є практично непрацездатним. Боротьба за підвищення якості та надійності радіодеталей дала певні результати, проте стало очевидним, що колишній екстенсивний шлях розвитку радіоелектроніки є безперспективним та тим, що н відповідає вимогам часу.

Вирішення всіх цих проблем стало можливим завдяки мікроелектроніці, яка на той час тільки-но робила перші кроки. Інтегральні мікросхеми виявились здатними виконувати ті ж функції, що й електронні пристрої, зібрані з дискретних деталей, але при цьому вони були на кілька порядків менше за вагою, габаритами, енергоспоживанням та вартістю.

Що ж до надійності, то як показала практика, мікросхеми, виготовлені за добре відпрацьованою технологією, мають приблизно таку ж надійність, як і окрема дискретна радіодеталь. Висока надійність ІМС забезпечується високою чистотою вихідних матеріалів, їх фізико-хімічною сумісністю, груповим характером та суворим контролем параметрів технологічного процесу, а також мінімальним застосуванням ручної праці.

Створення інтегральних мікросхем може бути яскравим прикладом того, як поодинокий, і здавалося б, суто спеціальний винахід або вдосконалення здатні привести до радикальних змін у обрисі цілого технічного напрямку та галузі промисловості, викликати великі соціальні наслідки і навіть накласти певний відбиток на розвиток цивілізації.

Поява мікроелектронної технології змінили насамперед обрис самої радіоелектронної промисловості.

Кропітка та малокваліфікована праця сотень тисяч складальників-монтажників радіосхем була замінена високопродуктивною та висококваліфікованою роботою небагатьох операторів на технологічних лініях по виготовленню ІМС. Різко скоротилась собівартість складних радіоелектронних пристроїв, їх вага та розміри при одночасному зростанні їх надійності. Все це зробило можливим масове виготовлення та застосування радіоелектронних пристроїв, які раніше випускались лише як коштовні унікальні вироби, або взагалі були недоступні для виготовлення та придбання.

Прикладом можуть бути персональні ЕОМ, які тепер стали предметом масового виробництва. Заснована на ІМС "інтелектуальна" автоматика широко проникає в промисловість (наприклад, станки з цифровим керуванням, обробляючі центри), підвищуючи продуктивність та змінюючи умови роботи на підприємствах різноманітного профілю.

Електронна автоматика входить і в наші оселі у вигляді побутової електро та радіо апаратури нового покоління (наприклад, пральних машин з програмним керуванням), полегшуючи домашню працю і зберігаючи сили та час для іншої більш інтелектуальної діяльності. Широке застосування електронно-лічильних машин в науці, виробництві і керуванні незмірно розширює інтелектуальні можливості людини і відкриває нові шляхи для комунікації та обміну інформацією. Передбачити соціальні та культурні наслідки цього процесу дуже важко.

Винахід ІМС у багатьох відношеннях нагадує винахід книгодрукування п'ятсот років тому. І те і друге виникли як результат об'єднання окремих розрізнених елементів в певні цілісні блоки. Підготовка до виробництва ІМС подібно до підготовки книги до видання i вимагає великих інтелектуальних зусиль на складання і проектування та матеріальних витрат на технологічну підготовку. Зате вже на стадії виробництва можливе тиражування ідентичних виробів в необмежених кількостях. Більш того, як видання книги, так і виробництво ІМС себе виправдовують та окупаються лише при масовому виробництві та великих серіях.

Подібні також і соціальні наслідки цих двох винаходів. Сприяючи удосконаленню засобів виробництва та інтенсифікації обміну інформацією вони призводять кінець-кінцем до нового витку розвитку цивілізації, зумовленого можливістю якісного підвищення матеріального, інтелектуального та культурного рівня всього людства [6].

2. Сучасний стан мікроелектроніки та інтегрованих мікросхем

3. Інформаційні технології в сучасній мікроелектроніці

Розглянемо деякі найбільш затребувані напрямки сучасної мікроелектроніки та їхній зв'язок з інформаційними технологіями сучасного світу.

Підсилювачі операційні. Такі підсилювачі використовуються для аналогових приладів і є, свого роду міні-калькулятором (виконують різні математичні дії та операції).

Перетворювачі аналогового сигналу пристрою в цифровий режим. Генерація вихідного цифрового сигналу дозволяє синхронізувати раніше несумісні типи приладів і пристроїв. Цифрові мікропроцесори можуть тепер обробити будь-який аналоговий сигнал. Процес перетворення майже завжди непрямий, тобто фізична величина аналогової системи перетворюється в електричний сигнал, який потім структурується цифрові коди. Зворотні їм за функціями цифро-аналогові конвертери дозволяють перетворити вихідний цифровий в сигнал аналоговий.

Мікросхеми логіки набирають високий рівень доступності. Поряд з цим відбувається поява нових сімейств, що володіють новими властивостями, що використовують нові фізичні принципи, технології та можливості високотехнологічного виробництва.

Ще одним важливим напрямок мікроелектроніки є логічні мікросхеми. Мікросхеми різних типів логічних задач дозволяють розширити операційні можливості різних систем. Їх застосування обумовлено початковими відмінностями вихідних логічних операцій, за якими конструюється та чи інша електронна апаратура.

Необхідність зв'язку різних електронних пристроїв зумовило появу на ринку мікроелектронної продукції всіляких комутаторів (електронних і аналогових) і інших сполучних комплексів, а також мультиплексорів.

Модулі з необхідними протоколами знайшли своє застосування у всіх видах виробництва і експлуатації різних електронних механізмів. Також застосуються багатоканальні модулі для комплексної передачі і прийому даних.

Крім стандартного мікроелектронного обладнання і пристроїв фірми-виробники пропонують супутні комплектуючі товари. Це можуть бути корпусу для мікросхем і контролерів, світлодіодна техніка, транзистори і всілякі датчики фізичних величин і процесів (прискорення, температури, вологості, тиску та інших).

Застосування всіх видів мікроелектронних пристроїв в виробничих потужностях і допоміжних пристроях різних напрямків в комплексі дає можливість вирішити найскладніші і витончені операційні завдання.

Також виробники електроніки пропонують різні види і типи мікроконтролерів, які застосовуються в багатьох мобільних і комп'ютерних пристроях, якими усі ми користуємось.

4. Приклад застосування інформаційних технологій в мікроелектроніці - «Розумний будинок»

На ринку мобільних передових технологій широке поширення і розвиток отримали пристрої бездротового зв'язку. Цей напрямок найбільш динамічно розвивається і підкорює все нові горизонти. Майбутнє інформаційних технологій за бездротовими комунікаціями [3].

Надійна передача всіляких даних на значні відстані вже сьогодні використовується усюди для Wi-Fi з'єднань і BlueTooth-пристроїв. Зараз вже в кожному настільному портативному комп'ютері, ноутбуці або смартфоні в стандартній комплектації встановлені бездротові комунікатори, приймачі і передавачі. За допомогою них здійснюється передача інтернет-даних та інформаційний зв'язок пристроїв між собою, як однакових за призначенням, так і різних. Чудовою реалізацією цієї ідеї є так званий розумний будинок (мал. 2).

Мал. 2: Ілюстративне зображення взаємодії різних пристроїв завдяки сучасним інформаційним технологіям

Розумний дім (розумний будинок/smart home, digital house) - будинок, дача або приміщення комерційного призначення (офіс, будь-яка установа), які мають якісні системи забезпечення та операційний multi-room. За допомогою останнього, функціонально пов'язуються між собою усі електроприлади будівлі, якими можна керувати централізовано - з пульта-дисплею. Прилади можуть бути під'єднані до комп'ютерної мережі, що дозволяє керувати ними за допомогою ПК та надає віддалений доступ до них через Інтернет. Завдяки інтеграції інформаційних технологій у домашні умови, усі системи та прилади узгоджують виконання функцій між собою, порівнюючи задані програми та зовнішні показники (обстановки) [9].

Розумний дім створюється за допомогою професійного проектування та програмування компаніями, що займаються розробкою проектів smart-home. Програми, що вводяться до алгоритмів multi-room розумного дому, розраховані на певні потреби мешканців та ситуації, пов'язані із зміною середовища або безпекою. Особливістю smart-home є керування з пульта, на котрому людина може натиснути одну-єдину клавішу з метою створення певної обстановки. При цьому, сама система мульти-рум аналізує навколишню ситуацію та параметри усередині приміщення, та, керуючись власними висновками, виконує задані користувачем команди із відповідними налаштуваннями. Окрім того, електронні побутові прилади, встановлені у розумному будинку, можуть бути об'єднані у домашню Universal Plug'n'Play - мережу із виходом в Інтернет [10].

Система “розумний дім” допомагає більш результативно використовувати комерційні пересування, автоматизувати певні побутові процеси, урізноманітнити дозвілля. Попри те, що smart-home - дорога технологія, яка вимагає планування із самого початку зведення будинку та якісного устаткування, існують альтернативні рішення. Найпростіший за проектом дім можна доповнити певним прогресивним обладнанням, яке розширить функціональні можливості житлової площі та усучаснить пересування.

Наприклад вже тепер, за допомогою технологій інтелектуального будинку, піч може повідомити хазяїв, коли вона потребує чистки. А коли холодильнику стане необхідний техогляд, він “скаже” про це. Сигналізація може одночасно подзвонити на номери служби безпеки та хазяїна будинку, якщо у домі з'явився незваний гість. За допомогою налаштувань мульти-рум, будинок може визначити, хто із членів родини пересувається по помешканню, і включити таке освітлення (температуру/музику і т.д.), яке влаштовує саме цю людину.

Сучасні мобільні пристрої, забезпечені акселерометрами, мікрофонами, камерами, всілякими датчиками, які можуть забезпечити потік даних, що однозначно і чітко описує все, що відбувається в навколишньому середовищі. І залишається тільки розробити досить складні і потужні універсальні програмні алгоритми, які здатні інтерпретувати цей потік даних, зробити висновки, прийняти відповідні рішення і виконати необхідні дії [9].

Підсумовуючи, можна заявити, що важливим моментом у виборі необхідного комплекту виробів є правильно поставлена ??задача призначення кінцевого пристрою, для якого підбираються комплектуючі, і вихідні дані для підбору. Правильно задані параметри значно спростять необхідну схему для виконання необхідного завдання.

5. Перспективи та переваги застосування інформаційних технологій в мікроелектроніці в економіках країн світу

Слід зазначити, що усі ці напрямки охоплюють більшість сфер діяльності сучасної людини: чи то праця, чи то відпочинок - усе має відношення до інформаційних систем та технологій, відповідно стосується і мікроелектроніки. До того ж, уся техніка, що нас оточує, має певний відсоток вмісту мікроелектроніки, відповідно і вартість такої техніки пропорційна вмісту в ній відповідних виробів мікроелектроніки. Зокрема, за різними даними у авіабудуванні ця частка може перевищувати 50%, в залежності від застосування літаків (цивільні, військові), у засобах зв'язку понад 65%, а в деяких комп'ютерах різних типів та різного призначення понад 80%.

Саме тому, ця сфера є дуже перспективною, з огляду на корисливість в багатьох факторах. Вже зараз багато країн беруть в основу свого розвитку інформаційні технології та мікроелектроніку, що побудовані на взаємовпливі одне на одного. А все через те, що такий вибір надає багато переваг, насамперед:

1) Високий попит - адже все більше і більше людей зацікавленні в користуванні сучасною інформаційною технікою, яка значно полегшує життя в усіх її проявах.

2) Висока рентабельність - вартість виробів, які складаються з сучасних інформаційних систем значно перевищує їхню собівартість, а тому прибуток з таких виробів є дуже великим. Саме тому, ця галузь завжди буде розвиватись, та залишатиметься актуальною у недалекому та далекому майбутньому.

3) Збільшення робочих місць та подолання безробіття через збільшення частки економічно активного населення, залученого до виробництва розумної техніки у кількості, яка здатна задовільнити великий попит; управління цією технікою. Відповідно цей процес позитивно впливатиме на економіку в цілому.

4) Широкі можливості та перспективи завдяки «розумній» техніці, яка здатна забезпечити розвиток усіх інших галузей промисловості.

5) Оптимізація та прогрес всієї країни в цілому - максимальне зменшення негативних наслідків бюрократії, та її функціонування -- канцелярщину, зволікання, тяганини, що спричинене виконанням елементарних дій людиною, яка робить це менш швидше та ефективніше, ніж це могла б зробити розумна техніка, побудована на мікроелектроніці, вона забезпечує інформаційні технології сьогодення.

Усе це чудово демонструють такі інноваційні країни, як Південна Корея, Сполучені Штати Америки, Сінгапур, Німеччина та інші, які завдяки наданню переваги інформаційним технологіям та мікроелектроніці в розвитку своєї економіки нині являються економічними лідерами світу [8].

ВИСНОВОК

Сучасний швидкий та динамічний світ вже не можливо уявити без інформаційних технологій, які міцно закріпилися в будь-якій сфері нашої діяльності, чи то праці, чи то відпочинку. Велика частина наукового світу працює в напрямку оптимізації та сумісності електронних пристроїв між собою та ставить за мету поступове збільшення відсотку електроніки у нашому повсякденному житті, щоб зробити його якіснішим, швидшим, ефективнішим. З'являються найдивовижніші ідеї та методи їх реалізації, такі як «розумний будинок», завдяки яким життя змінюватиметься до невпізнанності.

Кожен з нас є власником подібних розумних девайсів, і всі вони мають своє різне призначення для використання.

Щотижня з'являються нові, сучасні гаджети та повноцінні, самодостатні пристрої, які дивують своїми розмірами та їхнім електронним «мозком». Найбільші виробники різної мікроелектроніки вже давно експериментують з комплектацією цих пристроїв і вдосконалюють їх до такої міри, що складно уявити, куди приведе такий розвиток. Зменшення розмірів призводить до необхідності застосування більш досконалих матеріалів і технологій для створення комплектуючих. Саме цим займається відповідна галузь сучасної промисловості - мікроелектроніка, яка є рушієм економік багатьох країн світу.

Вже зараз розробляються найсучасніші технологічні процеси на атомно-молекулярному рівні, які побудовані на засадах атомної інженерії. Значно вдосконаливши ІМС мікроелектроніка ХХІ століття ввійшла в стадію наноелектроніки. Розвиваючись, вона демонструє широкі можливості для потенційного розвитку.

Підсумовуючи, зазначу, що неймовірно тяжко буде уявити наше життя через 10, 25, 50 років, та на скільки кардинально воно зміниться, але можна впевнено заявити, що розумна техніка з мікро/наноелектроніки, та їхнє об'єднання під інформаційними технологіями і далі займатимуть все більшу частину нашого простору, роблячи наше життя різноманітнішим, ефективнішим та принципово якіснішим.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1) https://uk.wikipedia.org/wiki/Інформаційні_технології

2) https://uk.wikipedia.org/wiki/Мікроелектроніка

3) http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/gl/comp/rol-mikroeljektroniki-v-sovrjemjennykh-tjekhnologijakh.htm

4) http://vozom.org.ua/index.php/elektronika/mikroelektronika

5) http://kivra.kpi.ua/science/articles/microelectronics/

6) https://radfiz.org.ua/share/radioelektronika/beh_kol1_fullteor/7_pro_microelectr.html

7) http://oplib.ru/random/view/54039

8) http://www.tadviser.ru/index.php/Статья:Микроэлектроника_(мировой_рынок)

9) https://uk.wikipedia.org/wiki/Розумний_дім

10) https://geektimes.ru/company/iridiummobile/blog/267368/

Размещено на Allbest.ru