مدارات مجتمع
مدار مجتمع (IC) به چه معناست؟
مدار مجتمع (IC) یک وسیله الکترونیکی کوچک مبتنی بر نیمه هادی است که از ترانزیستورها، مقاومت ها و خازن ها تشکیل شده اند. مدارهای مجتمع بلوک های سازنده اکثر دستگاه ها و تجهیزات الکترونیکی هستند. یک مدار مجتمع به عنوان تراشه یا میکروچیپ نیز شناخته می شود.
تاریخچه پیدایش آی سی
مدار مجتمع از نظر فنی توسط سه فرد مختلف که همگی از کار یکدیگر بی اطلاع بودند، توسعه و اختراع شد. جفری دامر طرح را ایده‌پردازی کرد، رابرت نویس اولین اختراع را دریافت کرد و درخواست جک کیلبی در حالی که اولین پتنت اعطا شد در حال بررسی بود. مدارهای مجتمع از این جهت که با استفاده از بردهای سیلیکونی و لحیم کاری نیاز به ترانزیستور، مقاومت، دیود، خازن و سیم را از بین می برند، متفاوت از مدارهای قبلی خود هستند. عملکرد هر مدار را می توان با یک نمودار طراحی توصیف کرد که از نمادها برای نشان دادن جریان الکتریکی و کنترل های منطقی استفاده می کند.
- کاربرد IC ها
مدارات مجتمع در حال حاضر در تمامی دستگاه های الکترونیکی کاربرد دارند. برد های مخابراتی، کارت های حافظه، تقویت کننده ها، تایمرها و میکرو کنترلرها.
- انواع آی سی (مدارهای مجتمع)
بر اساس روش یا تکنیک های مورد استفاده در ساخت آنها، انواع آی سی ها را می توان به سه دسته تقسیم کرد:
- آی سی های فیلم نازک و ضخیم
- آی سی های یکپارچه
- آی سی های هیبریدی یا چندتراشه ای
آی سی های نازک و ضخیم
در آی سی های فیلم نازک یا ضخیم، اجزای غیرفعال مانند مقاومت ها، خازن ها یکپارچه می شوند، اما دیودها و ترانزیستورها به عنوان اجزای جداگانه به هم متصل می شوند تا یک مدار واحد و کامل را تشکیل دهند. آی سی های نازک و ضخیم که به صورت تجاری تولید می شوند، صرفاً ترکیبی از اجزای یکپارچه و مجزا (جدا) هستند. آی سی های ضخیم و نازک دارای ویژگی های مشابه، ظاهری مشابه به جز روش رسوب فیلم هستند. روش رسوب لایه ها، آی سی های نازک را از آی سی های ضخیم متمایز کرد.
آی سی های یکپارچه
در آی سی های یکپارچه، اجزای گسسته، فعال و غیرفعال و همچنین اتصالات بین آن ها بر روی یک تراشه سیلیکونی تشکیل می شوند. کلمه یکپارچه در واقع از دو کلمه یونانی “مونو” به معنای یک یا تک و لیتوس به معنای سنگ گرفته شده است. بنابراین مدار یکپارچه مداری است که در یک بلور ساخته شده است. آی سی های یکپارچه رایج ترین انواع آی سی هایی هستند که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند. هزینه تولید آن ارزان و قابل اعتماد است. آی سی های تولید شده تجاری به عنوان تقویت کننده، تنظیم کننده ولتاژ، گیرنده های AM و در مدارهای کامپیوتری استفاده می شوند. با این حال، علیرغم همه این مزایا و زمینه های کاربردی گسترده آی سی های یکپارچه، محدودیت هایی دارد. عایق بندی بین اجزای آی سی های یکپارچه ضعیف است. همچنین دارای توان پایینی است، ساخت عایق ها امکان پذیر نیست و بسیاری عوامل دیگر.
بیشتر بخوانید : واردات قطعات الکترونیکی
آی سی های هیبریدی یا چندتراشه ای
آی سی های لایه نازک با قرار دادن فیلم هایی از یک ماده رسانا بر روی سطح شیشه ای یا روی یک پایه سرامیکی ساخته می شوند. با تغییر ضخامت لایه‌های رسوب‌شده روی موادی که مقاومت‌های متفاوتی دارند، می‌توان قطعات الکترونیکی غیرفعال مانند مقاومت‌ها و خازن‌ها را ساخت. در آی سی های فیلم ضخیم از تکنیک چاپ سیلک برای ایجاد الگوی دلخواه مدار بر روی بستر سرامیکی استفاده می شود. IC های لایه ضخیم گاهی اوقات به عنوان لایه نازک چاپی شناخته می شوند. صفحات در واقع از مش سیم فولادی ضد زنگ ریز ساخته شده اند و پیوندها (اتصالات) خمیرهایی هستند که خواص رسانایی، مقاومتی یا دی الکتریک دارند. مدارها در یک کوره در دمای بالا پخته می شوند تا فیلم ها پس از چاپ به زیرلایه ذوب شوند.
نسل های آی سی ها
نسل اول: لوله های خلاء (1940-1956)
اولین کامپیوترها از لوله های خلاء برای مدار و درام های مغناطیسی برای حافظه استفاده می کردند و اغلب بسیار بزرگ بودند و کل اتاق ها را اشغال می کردند. کار کردن با این کامپیوترها بسیار گران بود و علاوه بر استفاده از مقدار زیادی برق، اولین کامپیوترها گرمای زیادی تولید می کردند که اغلب باعث اختلال در کار می شد. رایانه‌های نسل اول برای انجام عملیات به زبان ماشین، پایین‌ترین زبان برنامه‌نویسی قابل فهم توسط رایانه‌ها، تکیه می‌کردند و آنها فقط می‌توانستند یک مشکل را در هر زمان حل کنند. راه اندازی یک مشکل جدید از اپراتورها روزها یا حتی هفته ها طول می کشد. ورودی بر اساس کارت های پانچ و نوار کاغذی بود و خروجی بر روی پرینت ها نمایش داده می شد.
کامپیوترهای UNIVAC و ENIAC نمونه‌هایی از دستگاه‌های محاسباتی نسل اول هستند. UNIVAC اولین کامپیوتر تجاری بود که در سال 1951 به یک مشتری تجاری، اداره سرشماری ایالات متحده تحویل داده شد.
بیشتر بخوانید : انواع قطعات SMD
نسل دوم: ترانزیستورها (1956-1963)
جهان شاهد جایگزینی ترانزیستورها با لوله های خلاء در نسل دوم کامپیوترها خواهد بود. ترانزیستور در سال 1947 در آزمایشگاه بل اختراع شد اما تا اواخر دهه 1950 استفاده گسترده ای در رایانه ها مشاهده نشد. ترانزیستور بسیار برتر از لوله خلاء بود و به کامپیوترها اجازه می داد کوچکتر، سریعتر، ارزانتر، انرژی کارآمدتر و قابل اعتمادتر از نسل اول خود شوند. اگرچه ترانزیستور هنوز مقدار زیادی گرما تولید می‌کند که کامپیوتر را در معرض آسیب قرار می‌دهد، این یک پیشرفت بزرگ نسبت به لوله خلاء بود. کامپیوترهای نسل دوم همچنان برای ورودی و پرینت برای خروجی به کارت های پانچ شده متکی بودند.
- از باینری تا اسمبلی
کامپیوترهای نسل دوم از زبان ماشین باینری رمزی به زبان های سمبلیک یا اسمبلی منتقل شدند که به برنامه نویسان اجازه می داد دستورالعمل ها را در کلمات مشخص کنند. زبان های برنامه نویسی سطح بالا نیز در این زمان در حال توسعه بودند، مانند نسخه های اولیه COBOL و FORTRAN. اینها همچنین اولین کامپیوترهایی بودند که دستورالعمل های خود را در حافظه خود ذخیره کردند، که از یک درام مغناطیسی به فناوری هسته مغناطیسی منتقل شد. اولین کامپیوترهای این نسل برای صنعت انرژی اتمی ساخته شدند.
نسل سوم: مدارهای مجتمع (1964-1971)
توسعه مدارهای مجتمع مشخصه نسل سوم کامپیوترها بود. ترانزیستورها کوچک شده و بر روی تراشه های سیلیکونی به نام نیمه هادی ها قرار می گرفتند که سرعت و کارایی رایانه ها را به شدت افزایش می داد. به جای کارت‌های پانچ و پرینت، کاربران از طریق صفحه‌کلید و نمایشگر با رایانه‌های نسل سوم ارتباط برقرار می‌کردند و با یک سیستم عامل ارتباط برقرار می‌کردند که به دستگاه اجازه می‌داد برنامه‌های مختلف بسیاری را در یک زمان با یک برنامه مرکزی که حافظه را نظارت می‌کرد اجرا کند. کامپیوترها برای اولین بار در دسترس مخاطبان انبوه قرار گرفتند زیرا کوچکتر و ارزانتر از پیشینیان خود بودند.
نسل چهارم: ریزپردازنده ها (1971 تا کنون)
ریزپردازنده نسل چهارم کامپیوترها را به ارمغان آورد، زیرا هزاران مدار مجتمع بر روی یک تراشه سیلیکونی ساخته شده بودند. آنچه در نسل اول کل یک اتاق را پر می کرد، اکنون می تواند در کف دست جا شود. تراشه 4004 اینتل که در سال 1971 توسعه یافت، تمام اجزای کامپیوتر – از واحد پردازش مرکزی و حافظه گرفته تا کنترل‌های ورودی/خروجی را روی یک تراشه قرار می‌داد.
در سال 1981 IBM اولین کامپیوتر خود را برای کاربران خانگی معرفی کرد و در سال 1984 اپل مکینتاش را معرفی کرد. ریزپردازنده‌ها نیز از قلمرو رایانه‌های رومیزی خارج شدند و به بسیاری از حوزه‌های زندگی رفتند، زیرا محصولات روزمره روز به روز شروع به استفاده از ریزپردازنده کردند. با قدرتمندتر شدن این رایانه‌های کوچک، می‌توان آنها را به یکدیگر متصل کرد و شبکه‌هایی را تشکیل داد که در نهایت منجر به توسعه اینترنت شد. کامپیوترهای نسل چهارم نیز شاهد توسعه رابط کاربری گرافیکی، موس و دستگاه های دستی بودند.
اگر به شناخت قطعات الکترونیکی علاقه مند هستید مقاله شناخت قطعات الکترونیکی روی برد را بخوانید.
نسل پنجم: هوش مصنوعی (حال و فراتر از آن)
دستگاه‌های محاسباتی نسل پنجم مبتنی بر هوش مصنوعی هنوز در حال توسعه هستند، اگرچه برخی از برنامه‌های کاربردی مانند تشخیص صدا وجود دارد که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرد. استفاده از پردازش موازی و ابررساناها به تحقق هوش مصنوعی کمک می کند. محاسبات کوانتومی و فناوری مولکولی و نانو در سال‌های آینده چهره رایانه‌ها را به شدت تغییر خواهند داد. هدف محاسبات نسل پنجم توسعه دستگاه هایی است که به ورودی زبان طبیعی پاسخ می دهند و قادر به یادگیری و خودسازماندهی هستند.