Yo no tengo ningún conocimiento en profundidad de la ingeniería eléctrica, pero me gustaría entender el propósito de un transistor en un microprocesador. Por lo general hay algunos hablan de la ley de Moore y que los transistores de alguna manera aumentar la velocidad de cálculo, pero no me queda claro exactamente cómo estos transistores se utilizan. Me imagino que tiene algo que ver con la canalización. Por ejemplo, cuando la CPU lee una instrucción de la memoria, de cómo son las operaciones necesarias para que la instrucción se realiza con transistores?
Respuestas
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Sería muy difícil el diseño de un moderno microcontrolador desde el nivel de transistor. Los transistores se utilizan para hacer las puertas de la lógica, como el más bajo nivel de bloques de construcción. La más simple es la puerta de la puerta not, que invierte el nivel de entrada: un 0 lógico se convierte en un 1, y viceversa. La puerta NO está construida con 2 transistores:
La parte superior del transistor conduce si su entrada (la pequeña dot) es baja, la parte inferior de transistor (sin el punto) si su entrada es alta. Así que si usted aplica una entrada de alta la parte inferior del transistor conduce, actuando como un interruptor y el interruptor de la salida Q a Vss (su -), o de bajo nivel. Hemos invertido la entrada. Otras puertas se basa en eso. Tome la puerta NAND, por ejemplo. Tiene dos o más entradas, y la salida es baja, si todas las entradas son altas. En todos los demás casos, la entrada es alta.
Este es un 2-input NAND gate, que todavía se pueden ver algunos de los inversores. Si ambas entradas están en alto la parte inferior de los transistores tanto de la conducta, y la salida se realiza bajo a través de su conexión con Vss. Si cualquiera de las entradas es de baja, al menos en uno de los mejores transistores lleva a cabo y la salida será hecha a través de su conexión con Vdd (su +). Tenemos un trabajo de la compuerta NAND. Y así sucesivamente, podemos construir una puerta XOR con 4 compuertas NAND, y otros más complejos lógica se construye a partir de una combinación de bloques de construcción. Usted necesita un bloque de construcción para crear un registro de la función: de una parte, que puede mantener su estado, como una memoria.
Si una instrucción quiere leer de la memoria RAM, hay primero el decodificador de la instrucción. A través de una combinación de puertas que se deriva de una serie de señales que necesita para ejecutar la instrucción. Uno de esos va a ser para pasar a la dirección de memoria RAM para ser leído a la dirección de bus. (Los buses son los canales de señales, un bus de direcciones de un controlador de 8 bits, por ejemplo, pueden tener 16 alambres paralelos. Los autobuses son una manera de conseguir las cosas organizadas. Sin ellos el controlador del diseño sería muy ineficiente.) Otra señal se activará el RD de línea ("leer"), la cual indica la memoria RAM que se debe colocar los datos en el bus de datos. Otra señal de la voluntad del pestillo de que los datos en un registro.
Una cosa importante es el tiempo. Usted no puede succionar los datos si no se han dado la RAM a la hora de colocarlo en el autobús. Todo se hace por la misma lógica, a partir de bloques de construcción que a su vez se construyen a partir de los transistores.
"transistores de alguna manera aumentar la velocidad de cálculo"
No hay nada más que los transistores y sus conexiones. Los transistores por sí mismos no van a aumentar la velocidad. Lo que es cierto, sin embargo, es que las mejoras tecnológicas permiten acelerar el ritmo de los transistores, y más rápido de los transistores de los medios más rápidos de cálculo. Algunas de estas mejoras son la tecnología única de pasos, que se puede hacer sólo una vez. Pero la escala es otro factor, y que han dejaba de repetir que, desde la primera ICs que fueron diseñados. Hace 40 años un IC normalmente tienen un 5 a 8 \$\mu\$m tamaño de la característica. Hoy en día podemos producir abajo a 22nm tamaño de la característica. (ADN tiene un 15 nm de diámetro.) Con menor tamaño de la característica de las propiedades físicas del transistor de cambio que permite a cambiar más rápido. Moore vio en esta continua escalando una tendencia, que se hizo conocido como la Ley de Moore. Esto no puede continuar para siempre, sin tener que dar un salto en la tecnología utilizada. En la década de los 80 se temía que la continuación de la tecnología utilizada, podría tener sus límites en torno a 200nm a 300 nm, debido a que el proceso litográfico no funcionen a longitudes de onda por debajo de la luz visible. Pero la litografía es todavía la tecnología utilizada por los actuales motores paso a paso.
samjudson
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La respuesta a tu pregunta consta de aproximadamente 3 longitud completa de cursos de la universidad. Posiblemente más.
En un moderno CMOS procesador, los transistores se utilizan para realizar diversas operaciones de lógica Booleana, almacén de unos y ceros, y amplificar las señales para que puedan ser enviados por los cables, por ejemplo, todas las operaciones básicas de la lógica digital. Todas las unidades funcionales, incluyendo la instrucción de los decodificadores, dentro de un procesador son sólo grande, a veces muy complicado, máquinas de estado, construido con transistores.
La ley de Moore ha creado una industria de la tecnología de la hoja de ruta, donde empresas de semiconductores, para mantenerse competitivo, seguir poniendo más y más transistores más cerca y más cerca juntos en un chip, que tiende a hacer que los microprocesadores más potente y más rápido cada nueva generación de productos.
JW.
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Sin volver a escribir el libro sobre lógica digital y Organización del Equipo y de Diseño, un transistor implementa la función de un interruptor en el contexto de los microprocesadores. Se utiliza para crear "conmutación de circuitos", en general (por ejemplo, puertas lógicas CMOS). La ley de Moore es acerca de cómo muchos de los transistores que pueden caber en un área de la superficie (es decir, la densidad del transistor), y, en consecuencia, la complejidad de la lógica que se puede implementar en el hardware (y en un aparte el rendimiento que se puede alcanzar en la fabricación).
Desde los microprocesadores están gastando la mayor parte de su tiempo de espera para las operaciones de la memoria (carga y almacenes) a ser completado, una gran cantidad de estos transistores están siendo dedicados a la alta velocidad de las memorias en el chip llamado cachés que ayudan a reducir la frecuencia de estas operaciones de memoria en realidad tener que dejar el chip. Pequeños transistores significa que usted puede mantener un subgrupo más grande de la RAM en el local de la CPU en cualquier momento dado. Más transistores se utilizan también para implementar fantasía predictivo de los circuitos, como la rama de los predictores y el valor de la carga de los predictores.
Rama de la predicción y de la Orden de Ejecución de las unidades están ahí para ayudar a mantener la tubería llena de adivinar de qué manera una rama de la enseñanza se van basado en heurísticas asociadas con el contador de programa y de la historia reciente de la ramificación de los resultados (realizadas o no).
Valor de la carga predictores están ahí para evitar ir a la memoria para la obtención de un valor (por ejemplo, asumiendo un cierto "paso" o de otra heurística de lo que serán los datos a una dirección determinada con base en los anteriores valores observados en esa dirección).
Junto con estos predictivo de los circuitos de lógica viene todos los circuitos de lógica que son necesarios para deshacer y corregir los resultados calculados cuando las predicciones han sido malo.
En resumen, todos estos transistores se utilizan para:
- Evitar las instrucciones de tener que dejar el chip (es decir, ir a la RAM) completa, y
- Mantener la tubería llena o evitar ir a la RAM mediante la predicción de la dependencia de los resultados
Una última cosa es que también puede ser utilizado para hacer la ruta de datos más amplia (es decir, los procesadores de 64 bits en lugar de los procesadores de 32 bits).
