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集成电路则可称为ＩＣ或者芯片。

制造集成电路需要使用一种特殊材料。

尽管多数材料要么对电流绝缘（如空气、玻璃、木头），要么很容易传导电流（如金属、水溶液），但也有一些材料只传导少量电流，或者只在特定条件下传导电流。

这些材料被称做半导体。

最常用的半导体材料当然是硅了。

这样的晶体管体积小、速度快、功能可靠，耗能也比较少。

第一块集成电路是１９５９年由德州仪器公司发明的。

它只含６个晶体管。

集成电路发明后不久，人们很快就意识到了“缩微化”和集成大量晶体管到单片集成电路的巨大好处。

为了实现更复杂的功能就需要更多的晶体管（数字开关）。

在提高硬件速度、控制功耗的同时，集成大量晶体管的关键技术就是小型化。

大规模集成是指将先前多个分立部件构成的电路集成化。

这些器件通常包含几百个晶体管。

早期计算机就是将电路板上多片此类集成电路相互连接而成的。

大规模集成电路发明后，集成技术随着时间的推移而提高，芯片也更小、更快、更便宜。

在此前集成化努力成功的基础上，工程师们掌握了将越来越多逻辑集成到一个电路中的技术。

这就是“超大规模集成”技术。

超大规模集成电路能够包含数百万个晶体管。

处理器完成的功能最早是由几个不同的逻辑芯片实现的。

英特尔公司率先将所有这些部件集成到单个芯片中。

这就是最早的微处理器———英特尔公司于１９７１年推出的４００４。

今天（非常先进）的处理器都是这个最早４位ＣＰＵ的后代。

第２课　存储器件

存储器件可以用机械、磁、光、生物或电子技术制造。

磁存储器件的例子有软盘、硬盘和铁电随机存储器。

光技术存储器件有只读光盘和可写光盘。

在计算机设备中，电子存储器件使用得很广泛。

这是因为它是目前可以得到的速度最快的存储器件。

在速度的重要性稍差的应用中，经常使用磁技术和光技术。

今天，所有电子存储器既可以是独立的集成电路形式、独立的模块形式，也可作为集成电路的一部分。

下表概括了几种电子存储器。

（表略）

触发器　

触发器是一种存储“０”或“１”的双态电路。

由于触发器结构简单，所以其速度极快。

触发器是数字电路和集成电路中的基本部件。

由于电源电压去掉后，触发器原有的状态就失去了，因此它是“易失的”

寄存器

寄存器是一组并行触发器。

寄存器的典型数据宽度为８位、１６位、３２位或者６４位。

寄存器常用于保存数据、地址指针等。

和触发器一样，寄存器也是“易失”的，而且速度很快。

静态随机存取存储器　

ＳＲＡＭ是一种可寻址触发器阵列。

该阵列可配置成１位、４位，８位等数据格式。

它和它的基本存储单元触发器一样：

结构简单、存取速度快、具有易失的特点。

我们可以在微控器电路板当中（芯片内部或外部）找到它，因为在这些应用中所需的存储量不大，而且也不值得为了使用ＤＲＡＭ去构建额外的接口电路。

此外，因其存取速度快，SRAM也用做高速缓存。

ＳＲＡＭ的速度等级很多：

从高速缓存的几个纳秒到低功率应用的２００纳秒。

双极性技术的ＳＲＡＭ和ＭＯＳ技术的ＳＲＡＭ现在都有。

ＣＭＯＳ技术的优势在于密度最高、功耗最低。

高速缓存可以使用ＢｉＣＭＯＳ技术构建；

ＢｉＣＭＯＳ是一种混合技术，它使用双极性晶体管作为附加的驱动。

采用ＥＣＬ双极性技术的ＳＲＡＭ具有最快的速度。

由于这种技术的功耗高，所以存储器容量受到限制。

内容寻址存储器（ＣＡＭ）是一种特殊的ＳＲＡＭ存储器。

在这种技术中，构成存储器的触发器阵列中的每一行都和一个数据比较器相连。

访问存储器的方式不是向其提供地址，而是向其提供数据。

所有的数据比较器将同时检查其对应的寄存器是否保存着和该数据相同的数据。

ＣＡＭ将数据对应的行地址输出。

该技术的主要用途是实现快速查找表。

在网络路由器中,经常使用快速查找表。

动态随机存取存储器　

“动态”这个词意味着数据不是保存在触发器当中，而是保存在存储单元中。

由于存在泄漏，所以保存在存储单元中的数据必须定期更新（读出并重新写入）。

通常，更新时间间隔为４～６４毫秒。

存储单元只需一个电容器和一个晶体管，而连接在阵列当中的一个触发器则需６个晶体管.所有现代ＤＲＡＭ都使用沟道电容存储技术———晶体管置于电容之上而使芯片尺寸最小化.因此，ＤＲＡＭ技术比ＳＲＡＭ技术的位成本要低。

当所需存储量很大时，数据更新需要额外电路这个缺点很容易就被较低的位价格弥补了。

和ＳＲＡＭ存储器一样，ＤＲＡＭ存储器也是由存储单元构成的。

二者之间一个主要的区别在于寻址技术的不同。

对于ＳＲＡＭ存储器，需要为存储器提供地址，而存储器芯片输出存储单元中的数据；

或者在输入端接收数据，并将其写入存储单元中去。

对于ＤＲＡＭ存储器，这种简单的存取方法式是不可行的；

由于动态的特点，读出一行数据而不再次将其写入会破坏该行内所有的数据。

只读存储器　

ＲＯＭ也叫做掩模ＲＯＭ或者掩模编程ＲＯＭ。

这是因为在制造时就需要通过将存储单元置０或置１，对其进行编程。

通常，０或１就是铝线的有和无。

铝层图案是在芯片制造的最后一道工序中由一块掩模平板决定的。

所以，该类器件常被称做掩模ＲＯＭ。

“量产价格最低”ＲＯＭ的优点。

对于某些应用来说，ＲＯＭ还具备另外一个优点——一旦芯片被制造出来，就不可能改变其中的数据了，这样就不需要进一步编程和测试了。

但是，假如数据或者代码必须更改的话，那么这可能就是一次失败。

剩下的芯片将被丢进垃圾桶，而且不得不制造新的芯片。

电可擦除可编程只读存储器　

ＥＥＰＲＯＭ是指该类芯片可以像ＥＰＲＯＭ一样可编程，但使用的是电擦除的方法。

这样，就不需要紫外线信号源了。

ＥＥＰＲＯＭ支持“按字节擦除”。

第４课　运算放大器

１９３４年，哈利·

布莱克乘火车或渡船从位于纽约市的家去新泽西州的贝尔实验室上班。

在上班途中，哈利能够放松下来，思考一些概念上的问题。

哈利需要解决一个很棘手的问题：

电话线在用于长途传输时就需要放大器，而性能不可靠的放大器限制了电话业务的扩展。

首先，增益容差性能很差；

但是，通过使用调节器，这个问题很快就解决了。

第二，即使放大器在工厂里被调节正确了，但在现场工作时增益还是漂移得很厉害，以至于音量太低或输入语音发生畸变。

为了制造出稳定的放大器，哈利已经进行了多次尝试；

但是，温度变化和电话线上出现的供电电压极限使得增益漂移无法控制。

无源器件比有源器件具有好得多的漂移特性；

假如能使放大器增益仅由无源器件决定的话，那么这个问题就会解决。

在乘渡船上下班的途中，哈利构思一个新颖的、解决放大器问题的办法，并在途中将它记录下来。

这个解决方案是这样的：

首先设计一个增益比实际需求高的放大器，然后，将放大器输出信号的一部分反馈输入端，这使得电路增益（这里的电路由放大器和反馈器件组成）由反馈电路决定，而不是由放大器增益决定。

这样的话，电路增益就取决于无源反馈器件，而不是有源放大器。

这个方案被称为“负反馈”，它是现代运算放大器的基本工作原理。

哈利在乘坐渡船途中记录了第一个有意加入反馈的电路。

此前，也一定有人无意中使用过反馈电路，但设计者忽视了这种作用！

管理者和放大器设计者可能会发出痛苦的抱怨。

他们可能会说：

“获得３０ｋＨｚ的增益带宽积就够难的了，现在这个傻瓜要我设计增益带宽积为３０ＭＨｚ的放大器，而他还是想得到一个增益带宽积为３０ｋＨｚ的电路”。

然而，时间已经证明哈利是正确的，但有一个小问题哈利没有详细讨论———振荡问题。

在环路闭合的时候，开环增益设计得很大的电路有时会发生振荡。

很多人都研究了这个不稳定现象，在２０世纪４０年代人们对它有了清晰的认识；

不过，解决稳定性问题需要长时间单调复杂的计算。

许多年过去了，没有人能将解法简化或者使之易于理解。

１９４５年，波特用图形化方法展示了一个用于分析反馈系统稳定性的系统。

那时，反馈分析是用乘法和除法完成的。

因此，计算传输函数是一件耗时费力的工作。

需要知道的是：

直到２０世纪７０年代，工程师们才有了计算器和计算机。

波特采用了一种对数方法———将分析反馈系统稳定性的数学过程转换为容易的、好理解的图形化分析。

虽然反馈系统的设计依然很复杂，但它再也不是一件只有少数电气工程师掌握的技术。

任何电气工程师都可以使用波特的方法确定反馈电路的稳定性，并越来越多地将反馈应用到机器设计当中。

直到计算机和传感器出现后，才产生了对电子反馈设计的真正迫切需求。

第一台实时计算机是模拟计算机。

这台计算机使用预先编程的数学公式和输入数据来计算控制动作。

编程是对一系列能完成对输入数据进行数学操作的电路进行硬连线，硬连线的限制最终导致模拟计算机没有普及。

模拟计算机的心脏是运算放大器；

通过配置，它可以对输入数据进行多种数学运算，如乘法、加法、减法、除法、积分和微分。

随着人们逐步了解并喜欢运算放大器，它们的名字就简化成了大家熟知的“ｏｐａｍｐ”（运放）。

运放使用一个具有很大开环增益的放大器，当电路形成闭合环路时，放大器就会执行由外部无源元件控制的数学运算。

这个放大器体积很大，因为它是用真空管做的，而且需要一个大电压电源。

但由于它是模拟计算机的心脏，所以人们还是接受了它这种大体积和大电压。

许多早期运放是为模拟计算机设计的，人们很快就发现运放还有其他用途，在物理实验室也很容易得到运放了。

那个时候，在大学和大型公司的实验室里就能够看到通用模拟计算机；

因为对那里进行的研究工作而言，计算机是至关重要的。

同时，在实验室实验中也需要对传感器信号进行调理，运放在信号调理方面也找到了用武之地。

随着信号调理应用范围的拓展，其对运放需求的增长超过了模拟计算机。

甚至在模拟计算机逊色于数字计算机之后，运放因其在通用模拟应用中的重要性而并未受到冷落。

数字计算机最终替代了模拟计算机，但运放的需求量却随着测量应用的增长而增长了。

在晶体管出现之前，第一个用于信号调理的运放是用真空管构建的，因此它的体积很大。

２０世纪５０年代，低电压工作的小型真空管使运放的体积缩小到一块砖的大小，因此运放模块有了一个“砖块”的绰号。

真空管和组件的体积不断地缩小，直至运放缩至一只八角真空管的大小。

在６０年代，晶体管实现了商业开发，这进一步将运放的体积减至几个立方英寸。

大多数早期运放是为特定应用而制造的，所以它们不一定通用；

早期运放是为某种特定应用服务的，但每个生产商的技术指标和封装都不同。

５０年代末６０年代初，集成电路开发出来了。

但直到６０年代中期，仙童公司才发布了μＡ７０９。

它是首片取得商业成功的集成运放。

虽然μＡ７０９有自身的问题，然而任何一位称职的模拟工程师都能使用它，在许多不同的模块应用中也都可以使用它。

μＡ７０９的主要缺陷在于稳定性；

它需要外部补偿。

μＡ７０９也很敏感；

一旦不利条件出现，它就容易自毁。

在μＡ７０９之后出现了内部补偿的μＡ７４１；

当在数据手册要求的条件下工作时，μＡ７４１是不需要外部补偿的。

从那以后，新系列的运放就不断出现；

今天，运放的功能和可靠性已经提高到了这种程度———任何人都能在模拟应用中使用它。

今天，集成运放仍然存在。

最新一代的运放可以覆盖从５ｋＨｚＧＢＷ至１ＧＨｚＧＢＷ的频谱范围。

供电电压范围从可靠运行的０．９伏到最大绝对指标的１０００伏。

由于输入电流和输入偏置电压很低，用