الإلكترونيات الرقمية

📅 آخر تحديث: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 6 صور
الموسوعة الحرة
الإلكترونيات الرقمية
تحتوي الإشارة الرقمية على شكلين موجيين أو أكثر يمكن تمييزهما، في هذا المثال، الجهد العالي والجهد المنخفض، ويمكن تمثيل كل منهما برقم.
وحدة تحكم رقمية صناعية

الإلكترونيات الرقمية هي فرع من فروع الإلكترونيات يُعنى بدراسة الإشارات الرقمية وهندسة الأجهزة التي تستخدمها أو تُنتجها. وتتناول هذه الإلكترونيات العلاقة بين المدخلات والمخرجات الثنائية من خلال تمرير الإشارات الكهربائية عبر البوابات المنطقية ، والمقاومات ، والمكثفات ، والمضخمات ، وغيرها من المكونات الإلكترونية . ويختلف مجال الإلكترونيات الرقمية عن الإلكترونيات التناظرية ، التي تعمل بشكل أساسي مع الإشارات التناظرية (إشارات ذات درجات متفاوتة من الشدة، على عكس الإشارات الثنائية ثنائية الحالة). وعلى الرغم من اسمها، فإن تصميمات الإلكترونيات الرقمية تتضمن اعتبارات تصميم تناظرية مهمة.

غالباً ما يتم تجميع مجموعات كبيرة من البوابات المنطقية ، المستخدمة لتمثيل أفكار أكثر تعقيداً، في دوائر متكاملة . قد تحتوي الأجهزة المعقدة على تمثيلات إلكترونية بسيطة لوظائف المنطق البولياني . [ 1 ]

تاريخ

قام غوتفريد فيلهلم لايبنتز بتطوير نظام الأعداد الثنائية ( نُشر عام 1705)، كما أثبت إمكانية دمج مبادئ الحساب والمنطق باستخدام هذا النظام. أما المنطق الرقمي بشكله الحالي، فقد ابتكره جورج بول في منتصف القرن التاسع عشر. وفي رسالة عام 1886، وصف تشارلز ساندرز بيرس كيفية تنفيذ العمليات المنطقية باستخدام دوائر التبديل الكهربائية. [ 2 ] وفي نهاية المطاف، حلت الصمامات المفرغة محل المرحلات في العمليات المنطقية. وفي عام 1907، تمكن لي دي فورست من تعديل صمام فليمنج ليصبح بوابة "و" . وقدّم لودفيج فيتجنشتاين نسخة من جدول الحقيقة ذي الستة عشر صفًا في القضية 5.101 من كتابه "رسالة منطقية فلسفية" (1921). وتقاسم والتر بوث ، مخترع دائرة التزامن ، جائزة نوبل في الفيزياء عام 1954، لابتكاره أول بوابة "و" إلكترونية حديثة عام 1924.

بدأت الحواسيب التناظرية الميكانيكية بالظهور في القرن الأول الميلادي، واستُخدمت لاحقًا في العصور الوسطى لإجراء الحسابات الفلكية. وفي الحرب العالمية الثانية ، استُخدمت هذه الحواسيب في تطبيقات عسكرية متخصصة، مثل حساب توجيه الطوربيدات. وخلال هذه الفترة، طُوّرت أولى الحواسيب الرقمية الإلكترونية، حيث اقترح جورج ستيبتز مصطلح "رقمي" عام ١٩٤٢. في البداية، كانت هذه الحواسيب بحجم غرفة كبيرة، وتستهلك طاقة تعادل طاقة مئات الحواسيب الشخصية الحديثة . [ ٣ ]

وضع كلود شانون ، من خلال إثباته أن التطبيقات الكهربائية للجبر البولياني يمكنها بناء أي علاقة عددية منطقية، أسس الحوسبة الرقمية والدوائر الرقمية في أطروحته للماجستير عام 1937، والتي تُعتبر بلا شك أهم أطروحة ماجستير كُتبت على الإطلاق، وفازت بجائزة ألفريد نوبل عام 1939. [ 4 ] [ 5 ]

كان جهاز Z3 حاسوبًا كهروميكانيكيًا صممه كونراد تسوزه . وقد أُنجز في عام 1941، وكان أول حاسوب رقمي قابل للبرمجة ويعمل بشكل آلي بالكامل في العالم . [ 6 ] وقد سُهِّل تشغيله باختراع الصمام المفرغ عام 1904 على يد جون أمبروز فليمنج .

في الوقت الذي حلت فيه الحسابات الرقمية محل الحسابات التناظرية، سرعان ما حلت عناصر الدوائر الإلكترونية البحتة محل نظيراتها الميكانيكية والكهروميكانيكية. اخترع جون باردين ووالتر براتين ترانزستور نقطة التلامس في مختبرات بيل عام 1947، تبعهما ويليام شوكلي باختراع ترانزستور الوصلة ثنائية القطب في مختبرات بيل عام 1948. [ 7 ] [ 8 ]

في جامعة مانشستر ، قام فريق بقيادة توم كيلبورن بتصميم وبناء جهاز باستخدام الترانزستورات المطورة حديثًا بدلًا من الصمامات المفرغة. [ 9 ] كان حاسوبهم " الترانزستوري "، وهو الأول من نوعه في العالم، جاهزًا للعمل بحلول عام 1953 ، وتم إنجاز نسخة ثانية منه هناك في أبريل 1955. ومنذ عام 1955 فصاعدًا، حلت الترانزستورات محل الصمامات المفرغة في تصميمات الحواسيب، مما أدى إلى ظهور "الجيل الثاني" من الحواسيب. وبالمقارنة مع الصمامات المفرغة، كانت الترانزستورات أصغر حجمًا وأكثر موثوقية، ولها عمر افتراضي غير محدود، وتتطلب طاقة أقل - مما ينتج عنه حرارة أقل، ويسمح بتركيزات أعلى بكثير من الدوائر، تصل إلى عشرات الآلاف في مساحة صغيرة نسبيًا.

في عام 1955، اكتشف كارل فروتش ولينكولن ديريك تأثيرات التخميل السطحي لثاني أكسيد السيليكون. [ 10 ] وفي عام 1957، تمكن فروتش وديريك، باستخدام تقنيتي التغطية والترسيب المسبق، من تصنيع ترانزستورات تأثير المجال المصنوعة من ثاني أكسيد السيليكون؛ وهي أول ترانزستورات مستوية، حيث كان المصرف والمصدر متجاورين على نفس السطح. [ 11 ] في مختبرات بيل، أُدركت أهمية تقنية فروتش وديريك وترانزستوراتهما على الفور. انتشرت نتائج عملهما في مختبرات بيل على شكل مذكرات داخلية قبل نشرها في عام 1957. وفي شركة شوكلي لأشباه الموصلات ، عمم شوكلي النسخة الأولية من مقالتهما في ديسمبر 1956 على جميع كبار موظفيه، بمن فيهم جان هورني ، [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] الذي سيخترع لاحقًا عملية التصنيع المستوية في عام 1959 أثناء عمله في شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات . [ 16 ] [ 17 ] في مختبرات بيل، درس كلٌ من جيه آر ليجينزا و دبليو جي سبيتزر آلية نمو الأكاسيد حراريًا، وقاما بتصنيع طبقة Si/SiO₂ عالية الجودة، ونشرا نتائجهما في عام 1960. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] بعد هذا البحث في مختبرات بيل، اقترح محمد عطا الله وداوون كانغ ترانزستور MOS سيليكوني في عام 1959 [ 21 ] ، ونجحا في عرض جهاز MOS عامل مع فريقهما في مختبرات بيل في عام 1960. [ 22 ] [ 23 ] ضم الفريق إي إي لابيت وإي آي بوفيلونيس اللذين قاما بتصنيع الجهاز؛ وإم أو ثورستون، وإل إيه داسارو، وجيه آر ليجينزا الذين طوروا عمليات الانتشار؛ وإتش كيه جوميل وآر ليندنر اللذين قاما بتوصيف الجهاز. [ 24 ] [ 25 ]

أثناء عمله في شركة تكساس إنسترومنتس في يوليو 1958، دوّن جاك كيلبي أفكاره الأولية حول الدائرة المتكاملة ، ثم نجح في عرض أول دائرة متكاملة عاملة في 12 سبتمبر 1958. [ 26 ] كانت شريحة كيلبي مصنوعة من الجرمانيوم . في العام التالي، اخترع روبرت نويس في شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات الدائرة المتكاملة المصنوعة من السيليكون . وكان أساس دائرة نويس المتكاملة المصنوعة من السيليكون هو عملية هورني المستوية .

تشمل مزايا ترانزستور MOSFET قابلية التوسع العالية ، [ 27 ] وانخفاض التكلفة، [ 28 ] وانخفاض استهلاك الطاقة، وكثافة الترانزستور العالية . [ 29 ] كما أن سرعة التبديل الإلكتروني السريعة بين التشغيل والإيقاف تجعله مثاليًا لتوليد سلاسل النبضات ، [ 30 ] التي تُعد أساس الإشارات الرقمية الإلكترونية ، [ 31 ] [ 32 ] على عكس ترانزستورات BJT التي تولد، ببطء أكبر، إشارات تناظرية تشبه الموجات الجيبية . [ 30 ] إلى جانب التكامل واسع النطاق لتقنية MOS (LSI)، تجعل هذه العوامل من ترانزستور MOSFET جهاز تبديل مهمًا للدوائر الرقمية . [ 33 ] لقد أحدث ترانزستور MOSFET ثورة في صناعة الإلكترونيات ، [ 34 ] [ 35 ] وهو أكثر أجهزة أشباه الموصلات شيوعًا . [ 36 ] [ 37 ]

في بدايات الدوائر المتكاملة ، كانت كل شريحة تقتصر على عدد قليل من الترانزستورات، وانخفاض مستوى التكامل آنذاك جعل عملية التصميم بسيطة نسبيًا. كما كانت إنتاجية التصنيع منخفضة جدًا بمعايير اليوم. أدى الانتشار الواسع لترانزستور MOSFET في أوائل سبعينيات القرن الماضي إلى ظهور أولى شرائح التكامل واسع النطاق (LSI) التي تضم أكثر من 10000 ترانزستور على شريحة واحدة. [ 38 ] بعد الانتشار الواسع لتقنية CMOS ، وهي نوع من منطق MOSFET، بحلول ثمانينيات القرن الماضي، أصبح بالإمكان وضع ملايين، ثم مليارات، من ترانزستورات MOSFET على شريحة واحدة مع تطور التكنولوجيا، [ 39 ] وتطلبت التصاميم الجيدة تخطيطًا دقيقًا، مما أدى إلى ظهور أساليب تصميم جديدة . ارتفع عدد الترانزستورات في الأجهزة وإجمالي الإنتاج إلى مستويات غير مسبوقة. تشير التقديرات إلى أن إجمالي عدد الترانزستورات المنتجة حتى عام 2018 بلغ1.3 × 10 22 (13 سيكستليون ). [ 40 ] 

بدأت ثورة الاتصالات اللاسلكية ( إدخال وانتشار الشبكات اللاسلكية ) في تسعينيات القرن الماضي، وقد ساهم في ذلك الانتشار الواسع لمضخمات طاقة الترددات الراديوية القائمة على ترانزستورات MOSFET ( ترانزستورات MOSFET و LDMOS ) ودوائر الترددات الراديوية ( ترانزستورات CMOS للترددات الراديوية ). [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] أتاحت الشبكات اللاسلكية إمكانية البث الرقمي العام دون الحاجة إلى كابلات، مما أدى إلى ظهور التلفزيون الرقمي ، والراديو عبر الأقمار الصناعية والرقمي ، ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، والإنترنت اللاسلكي ، والهواتف المحمولة خلال الفترة من تسعينيات القرن الماضي وحتى العقد الأول من الألفية الثانية.

ملكيات

تتمثل إحدى مزايا الدوائر الرقمية مقارنةً بالدوائر التناظرية في إمكانية نقل الإشارات الممثلة رقميًا دون تدهور ناتج عن الضوضاء . [ 44 ] على سبيل المثال، يمكن إعادة بناء إشارة صوتية متصلة، تُنقل كسلسلة من 1 و0، دون خطأ، شريطة ألا تكون الضوضاء الملتقطة أثناء الإرسال كافية لمنع التعرف على 1 و0.

في النظام الرقمي، يمكن الحصول على تمثيل أكثر دقة للإشارة باستخدام عدد أكبر من الأرقام الثنائية. ورغم أن هذا يتطلب دوائر رقمية أكثر لمعالجة الإشارات، إلا أن كل رقم يُعالج بواسطة نفس نوع الأجهزة، مما ينتج عنه نظام قابل للتوسع بسهولة . أما في النظام التناظري، فتتطلب الدقة الإضافية تحسينات جوهرية في خطية وخصائص الضوضاء لكل خطوة من خطوات سلسلة الإشارة .

بفضل الأنظمة الرقمية المُتحكَّم بها بالحاسوب، يُمكن إضافة وظائف جديدة من خلال مراجعة البرمجيات دون الحاجة إلى أي تغييرات في الأجهزة. وغالبًا ما يُمكن القيام بذلك خارج المصنع عن طريق تحديث برمجيات المنتج. وبهذه الطريقة، يُمكن تصحيح أخطاء تصميم المنتج حتى بعد وصوله إلى يد العميل.

يُعدّ تخزين المعلومات أسهل في الأنظمة الرقمية منه في الأنظمة التناظرية. فمناعة الأنظمة الرقمية ضد التشويش تسمح بتخزين البيانات واسترجاعها دون تدهور. أما في الأنظمة التناظرية، فيؤدي التشويش الناتج عن التقادم والتآكل إلى تدهور المعلومات المخزنة. في الأنظمة الرقمية، طالما أن إجمالي التشويش أقل من مستوى معين، يمكن استعادة المعلومات بشكل كامل. حتى في حال وجود تشويش كبير، فإن استخدام التكرار يسمح باستعادة البيانات الأصلية، شريطة عدم حدوث أخطاء كثيرة.

في بعض الحالات، تستهلك الدوائر الرقمية طاقةً أكبر من الدوائر التناظرية لإنجاز المهام نفسها، مما يُنتج حرارةً أكبر، الأمر الذي يزيد من تعقيد الدوائر، كإضافة مشتتات حرارية. في الأنظمة المحمولة أو التي تعمل بالبطاريات، قد يُحدّ هذا من استخدام الأنظمة الرقمية. على سبيل المثال، غالبًا ما تستخدم الهواتف المحمولة التي تعمل بالبطاريات وحدةً تناظريةً أماميةً منخفضة الطاقة لتضخيم وضبط إشارات الراديو من المحطة الأساسية. مع ذلك، تتمتع المحطة الأساسية بمصدر طاقة من الشبكة الكهربائية، ويمكنها استخدام برامج راديو عالية الكفاءة ولكنها تستهلك طاقةً كبيرة . يُمكن إعادة برمجة هذه المحطات الأساسية بسهولة لمعالجة الإشارات المستخدمة في معايير الاتصالات الخلوية الجديدة.

تتطلب العديد من الأنظمة الرقمية المفيدة تحويل الإشارات التناظرية المستمرة إلى إشارات رقمية منفصلة، ​​مما يُسبب أخطاء في التكميم . ويمكن تقليل هذه الأخطاء بتخزين النظام كمية كافية من البيانات الرقمية لتمثيل الإشارة بالدقة المطلوبة . وتُقدم نظرية نايكويست-شانون لأخذ العينات دليلاً هاماً حول كمية البيانات الرقمية اللازمة لتمثيل إشارة تناظرية معينة بدقة.

إذا فُقدت أو أُسيء تفسير جزء واحد من البيانات الرقمية، فقد ينتج عن ذلك خطأ بسيط في بعض الأنظمة، بينما في أنظمة أخرى قد يتغير معنى كتل كبيرة من البيانات ذات الصلة تمامًا. على سبيل المثال، يتسبب خطأ في بت واحد في بيانات صوتية مُخزنة مباشرةً كتعديل نبضي خطي ، في أسوأ الأحوال، في سماع نقرة واحدة. ولكن عند استخدام ضغط الصوت لتوفير مساحة التخزين ووقت الإرسال، قد يتسبب خطأ في بت واحد في اضطراب أكبر بكثير.

بسبب ظاهرة الانهيار المفاجئ ، قد يصعب على المستخدمين تحديد ما إذا كان نظام معين على وشك الانهيار، أو ما إذا كان بإمكانه تحمل قدر أكبر من التشويش قبل الانهيار. يمكن تقليل هشاشة الأنظمة الرقمية من خلال تصميم نظام رقمي يتمتع بالمتانة . على سبيل المثال، يمكن إدخال بت التكافؤ أو أي طريقة أخرى لإدارة الأخطاء في مسار الإشارة. تساعد هذه الآليات النظام على اكتشاف الأخطاء، ثم تصحيحها أو طلب إعادة إرسال البيانات.

بناء

ساعة ثنائية ، موصلة يدويًا على لوحات التجارب

تُبنى الدوائر الرقمية عادةً من دوائر إلكترونية صغيرة تُسمى البوابات المنطقية ، والتي تُستخدم لإنشاء منطق توافقي ومنطق تسلسلي . تُصمم كل بوابة منطقية لأداء وظيفة منطقية ثنائية عند معالجتها للإشارات المنطقية. تُصنع البوابة المنطقية عمومًا من مفتاح واحد أو أكثر يتم التحكم فيه كهربائيًا، وعادةً ما تكون ترانزستورات ، ولكن الصمامات الحرارية استُخدمت تاريخيًا أيضًا. يمكن لمخرج البوابة المنطقية، بدوره، التحكم في بوابات منطقية أخرى أو تغذيتها.

يُبنى شكل آخر من الدوائر الرقمية باستخدام جداول البحث (يُباع الكثير منها تحت مسمى " أجهزة منطقية قابلة للبرمجة "، مع وجود أنواع أخرى منها). تؤدي جداول البحث نفس وظائف الآلات القائمة على البوابات المنطقية، ولكن يمكن إعادة برمجتها بسهولة دون تغيير التوصيلات. هذا يعني أن المصمم يستطيع غالبًا إصلاح أخطاء التصميم دون تغيير ترتيب الأسلاك. لذلك، تُعد الأجهزة المنطقية القابلة للبرمجة الحل الأمثل في المنتجات ذات الإنتاج المحدود. وعادةً ما يصممها المهندسون باستخدام برامج أتمتة تصميم الإلكترونيات .

تتكون الدوائر المتكاملة من ترانزستورات متعددة على شريحة سيليكون واحدة، وهي الطريقة الأقل تكلفة لتصنيع عدد كبير من البوابات المنطقية المترابطة. عادةً ما يتم توصيل الدوائر المتكاملة على لوحة دوائر مطبوعة ، وهي لوحة تحمل المكونات الكهربائية وتوصلها ببعضها البعض بواسطة مسارات نحاسية.

تصميم

يستخدم المهندسون العديد من الأساليب لتقليل التكرار المنطقي بهدف تبسيط الدوائر. ويؤدي تبسيط الدوائر إلى تقليل عدد المكونات والأخطاء المحتملة، وبالتالي خفض التكلفة عادةً. ويمكن إزالة التكرار المنطقي باستخدام تقنيات معروفة، مثل مخططات القرار الثنائي ، والجبر البولياني ، وخرائط كارنو ، وخوارزمية كوين-مكلوسكي ، وطريقة الحاسوب الاستدلالية . وتُنفذ هذه العمليات عادةً ضمن نظام تصميم بمساعدة الحاسوب .

تُستخدم الأنظمة المدمجة المزودة بوحدات تحكم دقيقة ووحدات تحكم منطقية قابلة للبرمجة غالبًا لتنفيذ المنطق الرقمي للأنظمة المعقدة التي لا تتطلب أداءً مثاليًا. وعادةً ما تتم برمجة هذه الأنظمة بواسطة مهندسي البرمجيات أو فنيي الكهرباء، باستخدام منطق السلم .

التمثيل

يمكن تمثيل علاقة الإدخال والإخراج في الدائرة الرقمية بجدول الحقيقة . تستخدم الدائرة المكافئة عالية المستوى بوابات منطقية ، يُمثل كل منها بشكل مختلف (وفقًا لمعيار IEEE / ANSI 91-1984). [ 45 ] أما التمثيل منخفض المستوى فيستخدم دائرة مكافئة من المفاتيح الإلكترونية (عادةً الترانزستورات ).

تُقسم معظم الأنظمة الرقمية إلى أنظمة توافقية وأنظمة تسلسلية. يعتمد خرج النظام التوافقي على المدخلات الحالية فقط. أما النظام التسلسلي، فتُعاد بعض مخرجاته كمدخلات، لذا قد يعتمد خرجه على المدخلات السابقة بالإضافة إلى المدخلات الحالية، لإنتاج سلسلة من العمليات. وتُسهّل التمثيلات المبسطة لسلوك هذه الأنظمة، والتي تُسمى آلات الحالة، عملية التصميم والاختبار.

تنقسم الأنظمة التتابعية إلى فئتين فرعيتين. الأنظمة التتابعية "المتزامنة" تُغير حالتها دفعة واحدة عند تغير إشارة الساعة . أما الأنظمة التتابعية "غير المتزامنة" فتُعمم التغييرات كلما تغيرت المدخلات. تُصنع الأنظمة التتابعية المتزامنة باستخدام قلابات تخزن الفولتية المدخلة كبت فقط عند تغير إشارة الساعة.

الأنظمة المتزامنة

يُعد عداد الحلقة ذو 4 بتات باستخدام قلابات من النوع D مثالاً على المنطق المتزامن. كل جهاز متصل بإشارة الساعة، ويتم تحديثه معًا.

الطريقة المعتادة لتنفيذ آلة الحالة التسلسلية المتزامنة هي تقسيمها إلى جزء من المنطق التوافقي ومجموعة من القلابات تُسمى مسجل الحالة . يُمثل مسجل الحالة الحالة كرقم ثنائي. يُنتج المنطق التوافقي التمثيل الثنائي للحالة التالية. في كل دورة ساعة، يلتقط مسجل الحالة التغذية الراجعة المُولدة من الحالة السابقة للمنطق التوافقي ويُعيدها كمدخل ثابت إلى الجزء التوافقي من آلة الحالة. يُحدد معدل الساعة بأكثر العمليات الحسابية المنطقية استهلاكًا للوقت في وحدة المنطق التوافقي.

الأنظمة غير المتزامنة

معظم الدوائر المنطقية الرقمية متزامنة لأن تصميمها والتحقق منه أسهل. مع ذلك، تتميز الدوائر المنطقية غير المتزامنة بأن سرعتها غير مقيدة بساعة معينة؛ بل تعمل بأقصى سرعة لبواباتها المنطقية .

مع ذلك، تحتاج معظم الأنظمة إلى استقبال إشارات خارجية غير متزامنة في دوائرها المنطقية المتزامنة. هذه الواجهة غير متزامنة بطبيعتها، ويجب تحليلها على هذا الأساس. من أمثلة الدوائر غير المتزامنة شائعة الاستخدام: قلابات التزامن، ومزيلات ارتداد المفاتيح ، والمحكمات .

قد يكون تصميم مكونات المنطق غير المتزامن صعبًا نظرًا لضرورة مراعاة جميع الحالات الممكنة، في جميع الأوقات الممكنة. وتتمثل الطريقة المعتادة في إنشاء جدول يوضح الحد الأدنى والحد الأقصى للوقت الذي يمكن أن توجد فيه كل حالة، ثم تعديل الدائرة لتقليل عدد هذه الحالات. يجب على المصمم إجبار الدائرة على الانتظار دوريًا حتى تدخل جميع أجزائها في حالة متوافقة (وهذا ما يُسمى "إعادة التزامن الذاتي"). وبدون تصميم دقيق، من السهل إنتاج منطق غير متزامن غير مستقر عن طريق الخطأ، أي أن الإلكترونيات الحقيقية ستُظهر نتائج غير متوقعة بسبب التأخيرات التراكمية الناتجة عن اختلافات طفيفة في قيم المكونات الإلكترونية.

أنظمة نقل الملكية

مثال على دائرة بسيطة ذات خرج تبديل. يشكل العاكس المنطق التوافقي في هذه الدائرة، ويحتفظ المسجل بالحالة.

العديد من الأنظمة الرقمية هي آلات تدفق البيانات . وعادة ما يتم تصميمها باستخدام منطق نقل السجلات المتزامن وكتابتها بلغات وصف الأجهزة مثل VHDL أو Verilog .

في منطق نقل البيانات بين المسجلات، تُخزَّن الأرقام الثنائية في مجموعات من القلابات تُسمى المسجلات . تتحكم آلة الحالة التسلسلية في وقت استقبال كل مسجل لبيانات جديدة من مدخله. تُمثِّل مخرجات كل مسجل حزمة من الأسلاك تُسمى ناقل البيانات ، والتي تنقل هذا الرقم إلى عمليات حسابية أخرى. العملية الحسابية هي ببساطة جزء من المنطق التوافقي. لكل عملية حسابية أيضًا ناقل بيانات، وقد تكون هذه النواقل متصلة بمدخلات عدة مسجلات. في بعض الأحيان، يحتوي المسجل على مُضاعِف إشارات على مدخله بحيث يمكنه تخزين رقم من أي ناقل بيانات .

تتمتع أنظمة نقل السجلات غير المتزامنة (مثل الحواسيب) بحل عام. ففي ثمانينيات القرن الماضي، اكتشف بعض الباحثين إمكانية تحويل جميع آلات نقل السجلات المتزامنة تقريبًا إلى تصميمات غير متزامنة باستخدام منطق التزامن "الوارد أولًا يُخرج أولًا". في هذا المخطط، تُوصف الآلة الرقمية بأنها مجموعة من تدفقات البيانات. وفي كل خطوة من خطوات التدفق، تحدد دائرة التزامن متى تكون مخرجات تلك الخطوة صالحة، وتُوجه المرحلة التالية لاستخدام هذه المخرجات.

التصميم الحاسوبي

المعالج الدقيق Intel 80486DX2

الحاسوب هو أكثر آلات المنطق ذات نقل السجلات استخدامًا للأغراض العامة . وهو في الأساس عداد ثنائي آلي . عادةً ما تُصمَّم وحدة التحكم في الحاسوب على شكل برنامج مصغر يُشغَّل بواسطة مُسلسل مصغر . يشبه البرنامج المصغر إلى حد كبير أسطوانة البيانو الآلي. يُحدِّد كل إدخال في جدول البرنامج المصغر حالة كل بت يتحكم في الحاسوب. ثم يقوم المُسلسل بالعد، ويُحدِّد هذا العد عنوان الذاكرة أو آلة المنطق التوافقي التي تحتوي على البرنامج المصغر. تتحكم البتات من البرنامج المصغر في وحدة الحساب والمنطق والذاكرة وأجزاء أخرى من الحاسوب، بما في ذلك المُسلسل المصغر نفسه. وبهذه الطريقة، تُختزل المهمة المعقدة لتصميم عناصر التحكم في الحاسوب إلى مهمة أبسط تتمثل في برمجة مجموعة من آلات المنطق الأبسط.

معظم أجهزة الكمبيوتر متزامنة، ولكن تم أيضًا بناء أجهزة كمبيوتر غير متزامنة . من الأمثلة على ذلك نواة ASPIDA DLX . [ 47 ] وأخرى قدمتها شركة ARM Holdings . [ 48 ] إلا أنها لا تتمتع بأي ميزة في السرعة لأن تصميمات الكمبيوتر الحديثة تعمل بالفعل بسرعة أبطأ مكوناتها، وعادةً ما تكون الذاكرة. وهي تستهلك طاقة أقل نوعًا ما لعدم حاجتها إلى شبكة توزيع إشارة. ومن مزاياها غير المتوقعة أنها لا تُصدر ضوضاء راديوية نقية طيفيًا. تُستخدم هذه الأجهزة في بعض وحدات التحكم في محطات قاعدة الهواتف المحمولة الحساسة للراديو. وقد تكون أكثر أمانًا في تطبيقات التشفير لأن انبعاثاتها الكهربائية والراديوية يصعب فك تشفيرها. [ 48 ]

هندسة الحاسوب

هندسة الحاسوب نشاط هندسي متخصص يسعى إلى تنظيم المسجلات، ومنطق الحساب، والناقلات، وأجزاء الحاسوب الأخرى بأفضل طريقة ممكنة لغرض محدد. وقد بذل مهندسو الحاسوب جهودًا كبيرة لخفض تكلفة الحواسيب وزيادة سرعتها، فضلًا عن تعزيز مقاومتها لأخطاء البرمجة. ومن الأهداف الشائعة لمهندسي الحاسوب تقليل استهلاك الطاقة في أنظمة الحاسوب التي تعمل بالبطاريات، كالهواتف الذكية .

مشاكل التصميم في الدوائر الرقمية

تُصنع الدوائر الرقمية من مكونات تناظرية. يجب أن يضمن التصميم عدم هيمنة الطبيعة التناظرية للمكونات على السلوك الرقمي المطلوب. يجب أن تُدير الأنظمة الرقمية الضوضاء وهوامش التوقيت، بالإضافة إلى المحاثات والسعات الطفيلية.

التصميمات السيئة تعاني من مشاكل متقطعة مثل الأعطال ، والنبضات السريعة للغاية التي قد تشغل بعض المنطق ولكن ليس غيرها، والنبضات القصيرة التي لا تصل إلى جهد العتبة الصحيح .

بالإضافة إلى ذلك، عندما تتصل الأنظمة الرقمية الموقوتة بالأنظمة التناظرية أو الأنظمة التي يتم تشغيلها من ساعة مختلفة، يمكن أن يتعرض النظام الرقمي لعدم الاستقرار حيث يؤدي تغيير المدخلات إلى انتهاك وقت الإعداد لمزلاج الإدخال الرقمي.

بما أن الدوائر الرقمية مصنوعة من مكونات تناظرية، فإنها تُجري العمليات الحسابية ببطء مقارنةً بالدوائر التناظرية منخفضة الدقة التي تستخدم مساحة وطاقة مماثلة. مع ذلك، تتميز الدوائر الرقمية بدقة حسابية أعلى نظرًا لمقاومتها العالية للتشويش.

أدوات التصميم الآلية

تم أتمتة جزء كبير من جهد تصميم الآلات المنطقية الكبيرة من خلال تطبيق أتمتة التصميم الإلكتروني (EDA).

غالبًا ما تُحسَّن الأوصاف البسيطة للمنطق، التي تُشبه جداول الحقيقة، باستخدام برامج تحليل البيانات الاستكشافية (EDA) التي تُنتج تلقائيًا أنظمة مُصغَّرة من البوابات المنطقية أو جداول بحث أصغر حجمًا، مع الحفاظ على تحقيق المخرجات المطلوبة. يُعدّ برنامج Espresso، وهو مُصغِّر منطقي استدلالي ، المثال الأكثر شيوعًا لهذا النوع من البرامج . يُمكن تحسين الأنظمة المنطقية الكبيرة باستخدام خوارزمية كوين-مكلوسكي أو مخططات القرار الثنائي . وهناك تجارب واعدة باستخدام الخوارزميات الجينية وتقنيات تحسين التلدين .

لأتمتة العمليات الهندسية المكلفة، يمكن لبعض برامج تصميم الدوائر الإلكترونية (EDA) أخذ جداول الحالة التي تصف آلات الحالة ، وإنتاج جدول حقيقة أو جدول دالة تلقائيًا للمنطق التوافقي لآلة الحالة. جدول الحالة عبارة عن نص يسرد كل حالة، بالإضافة إلى الشروط التي تتحكم في الانتقالات بينها وإشارات الخرج المرتبطة بها.

غالبًا ما تُصمَّم أنظمة المنطق الحقيقية كسلسلة من المشاريع الفرعية، التي تُدمج باستخدام تدفق الأدوات . يُتحكَّم في تدفق الأدوات عادةً باستخدام لغة برمجة نصية ، وهي لغة حاسوبية مبسطة تُتيح استدعاء أدوات تصميم البرمجيات بالترتيب الصحيح. قد يصل طول تدفقات الأدوات لأنظمة المنطق الكبيرة، مثل المعالجات الدقيقة، إلى آلاف الأوامر، وتجمع عمل مئات المهندسين. يُعدّ كتابة تدفقات الأدوات وتصحيح أخطائها تخصصًا هندسيًا راسخًا في الشركات التي تُنتج التصاميم الرقمية. ينتهي تدفق الأدوات عادةً بملف حاسوبي مُفصَّل أو مجموعة ملفات تصف كيفية بناء المنطق فعليًا. غالبًا ما يتضمن تعليمات حول كيفية رسم الترانزستورات والأسلاك على دائرة متكاملة أو لوحة دوائر مطبوعة .

تُجرى عملية تصحيح الأخطاء في أجزاء من مسارات الأدوات من خلال التحقق من مخرجات المنطق المُحاكى مقابل المدخلات المتوقعة. تستخدم أدوات الاختبار ملفات حاسوبية تحتوي على مجموعات من المدخلات والمخرجات، وتُبرز أي اختلافات بين السلوك المُحاكى والسلوك المتوقع. حتى بعد التأكد من صحة بيانات الإدخال، يجب التحقق من صحة التصميم نفسه. تتحقق بعض مسارات الأدوات من التصاميم من خلال إنتاج تصميم أولًا، ثم مسحه ضوئيًا لإنتاج بيانات إدخال متوافقة مع مسار الأداة. إذا تطابقت البيانات الممسوحة ضوئيًا مع بيانات الإدخال، فمن المرجح أن مسار الأداة لم يُدخل أي أخطاء.

تُسمى بيانات التحقق الوظيفي عادةً متجهات الاختبار . يمكن الاحتفاظ بمتجهات الاختبار الوظيفي واستخدامها في المصنع لاختبار صحة عمل المنطق المُنشأ حديثًا. مع ذلك، لا تكشف أنماط الاختبار الوظيفي جميع عيوب التصنيع. غالبًا ما تُصمم اختبارات الإنتاج باستخدام برامج توليد أنماط الاختبار الآلية . تُولّد هذه البرامج متجهات الاختبار من خلال فحص بنية المنطق وتوليد اختبارات تستهدف عيوبًا مُحتملة مُحددة بشكل منهجي. بهذه الطريقة، يُمكن أن تقترب تغطية العيوب من 100%، شريطة أن يكون التصميم قابلاً للاختبار بشكل صحيح (انظر القسم التالي).

بمجرد وجود تصميم، والتحقق منه واختباره، غالباً ما يحتاج إلى معالجة ليصبح قابلاً للتصنيع. تحتوي الدوائر المتكاملة الحديثة على عناصر أصغر من الطول الموجي للضوء المستخدم في تعريض طبقة المقاوم الضوئي. تضيف البرامج المصممة لسهولة التصنيع أنماط تداخل إلى أقنعة التعريض الضوئي للتخلص من الدوائر المفتوحة وتحسين تباين الأقنعة.

تصميم قابل للاختبار

توجد عدة أسباب لاختبار الدوائر المنطقية. عند تطوير الدائرة لأول مرة، من الضروري التحقق من أن تصميمها يفي بالمواصفات الوظيفية والزمنية المطلوبة. وعند تصنيع نسخ متعددة من دائرة مصممة بشكل صحيح، يصبح من الضروري اختبار كل نسخة للتأكد من خلو عملية التصنيع من أي عيوب. [ 49 ]

يمكن لآلة منطقية ضخمة (مثلاً، بأكثر من مئة متغير منطقي) أن تمتلك عددًا هائلاً من الحالات الممكنة. من الواضح أن اختبار كل حالة من حالات هذه الآلة في المصنع أمر غير عملي، لأنه حتى لو استغرق اختبار كل حالة جزءًا من الميكروثانية فقط، فإن عدد الحالات الممكنة يفوق عدد الميكروثواني منذ بدء الكون!

تُصمَّم آلات المنطق الكبيرة عادةً على شكل مجموعات من آلات منطق أصغر. ولتوفير الوقت، تُعزل الآلات الفرعية الأصغر بواسطة دوائر اختبار مثبتة بشكل دائم ، وتُختبر بشكل مستقل. يوفر أحد أنظمة الاختبار الشائعة وضع اختبار يُجبر جزءًا من آلة المنطق على الدخول في دورة اختبار . وعادةً ما تُشغِّل دورة الاختبار أجزاءً كبيرة مستقلة من الآلة.

يُعدّ فحص الحدود أسلوب اختبار شائعًا يستخدم الاتصال التسلسلي مع أجهزة الاختبار الخارجية عبر مسجل إزاحة واحد أو أكثر ، يُعرف باسم سلسلة الفحص . تعتمد عمليات الفحص التسلسلي على سلك واحد أو سلكين فقط لنقل البيانات، مما يقلل من الحجم المادي وتكلفة منطق الاختبار قليل الاستخدام. بعد إدخال جميع بتات بيانات الاختبار، يُعاد تهيئة التصميم ليكون في الوضع العادي ، وتُطبّق نبضة ساعة واحدة أو أكثر لاختبار الأعطال (مثل: التوقف عند مستوى منخفض أو التوقف عند مستوى مرتفع) وتُخزّن نتيجة الاختبار في قلابات أو دوائر تثبيت في مسجل (مسجلات) إزاحة الفحص. أخيرًا، تُنقل نتيجة الاختبار إلى حدود الكتلة وتُقارن بالنتيجة المتوقعة للجهاز السليم .

في بيئة اختبار اللوحات، تم إضفاء الطابع الرسمي على اختبار التسلسل إلى التوازي كمعيار JTAG .

المفاضلات

يكلف

بما أن النظام الرقمي قد يستخدم العديد من البوابات المنطقية، فإن التكلفة الإجمالية لبناء جهاز كمبيوتر ترتبط ارتباطًا وثيقًا بتكلفة البوابة المنطقية الواحدة. في ثلاثينيات القرن العشرين، بُنيت أقدم أنظمة المنطق الرقمي باستخدام مُرحِّلات الهاتف نظرًا لانخفاض تكلفتها وموثوقيتها النسبية.

صُممت الدوائر المتكاملة الأولى لتوفير الوزن ولتمكين حاسوب توجيه أبولو من التحكم في نظام التوجيه بالقصور الذاتي للمركبة الفضائية. بلغت تكلفة البوابات المنطقية الأولى في الدوائر المتكاملة حوالي 50 دولارًا أمريكيًا، وهو ما يعادل 544 دولارًا أمريكيًا في عام 2025. وأصبحت البوابات المنتجة بكميات كبيرة على الدوائر المتكاملة الطريقة الأقل تكلفة لبناء المنطق الرقمي.

مع ازدياد استخدام الدوائر المتكاملة ، أصبح تقليل عدد الرقائق المستخدمة وسيلة أخرى لخفض التكاليف. لا يقتصر هدف المصمم على تصميم أبسط دائرة فحسب، بل يشمل أيضاً تقليل عدد المكونات. قد ينتج عن ذلك أحياناً تصميمات أكثر تعقيداً من حيث المنطق الرقمي الأساسي، ولكنه مع ذلك يقلل من عدد المكونات وحجم اللوحة وحتى استهلاك الطاقة.

مصداقية

من الدوافع الرئيسية الأخرى لتقليل عدد المكونات على لوحات الدوائر المطبوعة هو خفض معدل عيوب التصنيع الناتجة عن فشل وصلات اللحام وزيادة الموثوقية. إذ تميل معدلات العيوب والأعطال إلى الزيادة مع ازدياد العدد الإجمالي لأطراف المكونات.

قد يؤدي تعطل بوابة منطقية واحدة إلى تعطل الجهاز الرقمي. وعند الحاجة إلى موثوقية إضافية، يمكن توفير منطق احتياطي. إلا أن هذا النظام يزيد من التكلفة واستهلاك الطاقة مقارنةً بالنظام غير الاحتياطي.

يمكن وصف موثوقية البوابة المنطقية بمتوسط ​​الوقت بين الأعطال (MTBF). أصبحت الآلات الرقمية مفيدة لأول مرة عندما زاد متوسط ​​الوقت بين الأعطال للمفتاح عن بضع مئات من الساعات. ومع ذلك، كان لدى العديد من هذه الآلات إجراءات إصلاح معقدة ومُدربة جيدًا، وكانت تتعطل لساعات بسبب احتراق أنبوب أو حشرة عالقة في مرحل. تتمتع البوابات المنطقية الحديثة ذات الدوائر المتكاملة الترانزستورية بمتوسط ​​وقت بين الأعطال يزيد عن 82 مليار ساعة.8.2 × 10 10  ساعة ). [ 50 ] هذا المستوى من الموثوقية مطلوب لأن الدوائر المتكاملة تحتوي على العديد من البوابات المنطقية.

انتشار واسع

يُشير مصطلح " عدد المداخل المنطقية" إلى عدد المدخلات المنطقية التي يمكن التحكم بها بواسطة مخرج منطقي واحد دون تجاوز التيار الكهربائي المسموح به لمخارج البوابة. [ 51 ] الحد الأدنى العملي لعدد المداخل المنطقية هو حوالي خمسة. تتميز البوابات المنطقية الإلكترونية الحديثة التي تستخدم ترانزستورات CMOS للمفاتيح بعدد مداخل منطقية أعلى.

سرعة

تصف سرعة التبديل المدة التي يستغرقها خرج المنطق للتغيير من صحيح إلى خطأ أو العكس. يمكن للمنطق الأسرع إنجاز المزيد من العمليات في وقت أقل. يقوم المنطق الرقمي الإلكتروني الحديث بالتبديل بشكل روتيني بسرعة5 جيجاهرتز  ، وبعض أنظمة المختبرات تعمل بترددات أعلى من ذلك1 تيراهيرتز  . .

عائلات المنطق

بدأ التصميم الرقمي باستخدام منطق المرحلات ، وهو بطيء. وفي بعض الأحيان، كان يحدث عطل ميكانيكي. وكان عدد المخارج عادةً حوالي 10، وهو ما يحده مقاومة الملفات والشرارات الكهربائية على نقاط التلامس الناتجة عن الفولتية العالية.

لاحقًا، استُخدمت الصمامات المفرغة . كانت هذه الصمامات سريعة جدًا، لكنها تُولّد حرارة، وكانت غير موثوقة لأن خيوطها كانت تحترق. كان عدد المخارج عادةً يتراوح بين 5 و7، وهو ما يحده التسخين الناتج عن تيار الصمامات. في خمسينيات القرن العشرين، طُوّرت صمامات حاسوبية خاصة بخيوط لا تحتوي على عناصر متطايرة مثل السيليكون. وقد استمرت هذه الصمامات في العمل لمئات الآلاف من الساعات.

كانت عائلة منطق المقاومة-الترانزستور أول عائلة من دوائر المنطق لأشباه الموصلات . تميزت هذه الدائرة بموثوقية تفوق موثوقية الصمامات المفرغة بألف مرة، وانخفاض درجة حرارتها، واستهلاكها المنخفض للطاقة، إلا أن عدد مخارجها كان منخفضًا جدًا (3). حسّن منطق الصمام الثنائي-الترانزستور عدد المخارج إلى حوالي 7، وخفّض استهلاك الطاقة. استخدمت بعض تصميمات منطق الصمام الثنائي-الترانزستور مصدرَي طاقة بطبقات متناوبة من ترانزستورات NPN وPNP لزيادة عدد المخارج.

مثّلت تقنية منطق الترانزستور-ترانزستور (TTL) نقلة نوعية مقارنةً بالتقنيات السابقة. ففي الأجهزة الأولى، وصل عدد المخارج إلى 10، بينما حققت الإصدارات اللاحقة 20 بشكل موثوق. كما تميزت تقنية TTL بالسرعة، حيث وصلت بعض إصداراتها إلى أزمنة تبديل منخفضة تصل إلى 20 نانوثانية  . ولا تزال تقنية TTL تُستخدم في بعض التصاميم.

تتميز الدوائر المنطقية المقترنة بالباعث بسرعة فائقة، لكنها تستهلك طاقة كبيرة. وقد استُخدمت على نطاق واسع في الحواسيب عالية الأداء، مثل حاسوب إلياك 4 ، الذي يتكون من العديد من المكونات متوسطة الحجم.

تستخدم معظم الدوائر المتكاملة الرقمية الشائعة اليوم منطق CMOS ، الذي يتميز بالسرعة، وكثافة الدوائر العالية، وانخفاض استهلاك الطاقة لكل بوابة. ويُستخدم هذا المنطق حتى في أجهزة الكمبيوتر الكبيرة والسريعة، مثل نظام IBM System z .

التطورات الأخيرة

في عام 2009، اكتشف الباحثون أن الميمريستورات يمكنها تنفيذ تخزين الحالة المنطقية وتوفير عائلة منطقية كاملة بكميات صغيرة جدًا من المساحة والطاقة، باستخدام عمليات أشباه الموصلات CMOS المألوفة. [ 52 ]

أتاح اكتشاف الموصلية الفائقة تطوير تقنية الدوائر الكمومية أحادية التدفق السريع (RSFQ)، التي تستخدم وصلات جوزيفسون بدلاً من الترانزستورات. ومؤخراً، تُبذل محاولات لبناء أنظمة حوسبة ضوئية بحتة قادرة على معالجة المعلومات الرقمية باستخدام عناصر بصرية غير خطية .

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ ومن الأمثلة على أجهزة الكمبيوتر الرقمية غير المتزامنة المبكرة جهاز Jaincomp-B1 الذي صنعته شركة Jacobs Instrument Company في عام 1951. [ 46 ]
  2. ↑ بدلاً من ذلك، يمكن توصيل مخرجات عدة عناصر بناقل عبر مخازن مؤقتة يمكنها إيقاف تشغيل مخرجات جميع الأجهزة باستثناء جهاز واحد.

مراجع

  1. ↑ نول، ليندا ؛ لوبور، جوليا (2006). أساسيات تنظيم وبنية الحاسوب . جونز وبارتليت للنشر. ص 121. ISBN  978-0-7637-3769-6يمكننا بناء مخططات منطقية (والتي بدورها تؤدي إلى دوائر رقمية) لأي تعبير منطقي...
  2. ↑ بيرس، سي إس، "رسالة من بيرس إلى أ. ماركواند "، مؤرخة عام 1886، كتابات تشارلز إس. بيرس ، المجلد 5، 1993، الصفحات 541-543. معاينة جوجل . انظر بيركس، آرثر دبليو ، "مراجعة: تشارلز إس. بيرس، العناصر الجديدة للرياضيات "، نشرة الجمعية الرياضية الأمريكية ، المجلد 84، العدد 5 (1978)، الصفحات 913-918، انظر الصفحة 917. نسخة إلكترونية بصيغة PDF .
  3. ↑ في عام ١٩٤٦،احتاج جهاز إينياك  إلى ما يُقدّر بـ ١٧٤ كيلوواط. بالمقارنة، قد يستهلك جهاز كمبيوتر محمول حديث حوالي ٣٠ واط؛ أي أقل بستة آلاف مرة تقريبًا. "الاستهلاك التقريبي للطاقة لأجهزة الكمبيوتر المكتبية والمحمولة" . جامعة بنسلفانيا. مؤرشف من الأصل في ٣ يونيو ٢٠٠٩. تم الاطلاع عليه في ٢٠ يونيو ٢٠٠٩ .
  4. ↑ كينيدي، نوح (2018). تصنيع الذكاء: العقل والآلة في العصر الحديث . لندن - نيويورك: روتليدج، مجموعة تايلور وفرانسيس. ص 87-89 . ISBN  978-0-8153-4954-9.
  5. ↑ تشاو، روني (2021-06-05). "كلود شانون: أبو نظرية المعلومات" . تاريخ علم البيانات . تم الاسترجاع في 2024-11-05 .
  6. ↑ "إعادة اكتشاف رائد في مجال الحوسبة بعد 50 عامًا" . صحيفة نيويورك تايمز . 20 أبريل 1994.
  7. ↑ لي، توماس هـ. (2003). تصميم الدوائر المتكاملة للترددات الراديوية بتقنية CMOS (ملف PDF) . مطبعة جامعة كامبريدج . رقم ISBN 9781139643771تمت أرشفة الملف (PDF) من النسخة الأصلية بتاريخ 2022-10-09.
  8. ^ بويرس، روبرت. بالدي، ليفيو؛ فوردي، مارسيل فان دي؛ نوتين، سيباستيان إي. فان (2017). الإلكترونيات النانوية: المواد والأجهزة والتطبيقات، مجلدان . جون وايلي وأولاده . ص. 14. رقم ISBN  9783527340538.
  9. ↑ لافينغتون، سيمون ( 1998)، تاريخ حواسيب مانشستر ( الطبعة الثانية)، سويندون: الجمعية البريطانية للحاسبات، ص 34-35  
  10. ↑ US2802760A ، لينكولن، ديريك وفروش ، كارل جيه، "أكسدة الأسطح شبه الموصلة من أجل الانتشار المتحكم فيه"، صدر في 13 أغسطس 1957 
  11. ↑ فروتش، سي جيه؛ ديريك، إل (1957). "حماية السطح والتغطية الانتقائية أثناء الانتشار في السيليكون" . مجلة الجمعية الكهروكيميائية . 104 (9): 547. doi : 10.1149/1.2428650 .
  12. ↑ موسكوفيتز، سانفورد ل. (2016). ابتكار المواد المتقدمة: إدارة التكنولوجيا العالمية في القرن الحادي والعشرين . جون وايلي وأولاده . ص 168. ISBN  978-0-470-50892-3.
  13. ↑ كريستوف ليكويير؛ ديفيد سي. بروك؛ جاي لاست (2010). صُنّاع الرقائق الإلكترونية: تاريخ موثق لشركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات . مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. الصفحات 62-63 . ISBN  978-0-262-01424-3.
  14. ↑ كلايس، كور إل. (2003). تكامل عمليات الدوائر المتكاملة فائقة الكثافة III: وقائع الندوة الدولية . الجمعية الكهروكيميائية . ص 27-30 . ISBN  978-1-56677-376-8.
  15. ↑ لويك، بو (2007). تاريخ هندسة أشباه الموصلات . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا . ص 120. ISBN  9783540342588.
  16. ↑ US 3025589 Hoerni, JA: "طريقة تصنيع أجهزة أشباه الموصلات" تم تقديمها في 1 مايو 1959 
  17. ↑ US 3064167 Hoerni, JA: "جهاز أشباه الموصلات" تم تقديمه في 15 مايو 1960 
  18. ↑ ليجينزا، جيه آر؛ سبيتزر، دبليو جي (1960-07-01). "آليات أكسدة السيليكون في البخار والأكسجين" . مجلة فيزياء وكيمياء المواد الصلبة . 14 : 131-136 . Bibcode : 1960JPCS...14..131L . doi : 10.1016/0022-3697(60)90219-5 . ISSN 0022-3697 . 
  19. ↑ ديل، بروس إي. (1998). "أبرز ملامح تكنولوجيا الأكسدة الحرارية للسيليكون" . علم وتكنولوجيا مواد السيليكون . الجمعية الكهروكيميائية . ص 183. ISBN  978-1566771931.
  20. ↑ لويك، بو (2007). تاريخ هندسة أشباه الموصلات . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. ص 322. ISBN  978-3540342588.
  21. ↑ باسيت، روس نوكس (2007). إلى العصر الرقمي: مختبرات الأبحاث، والشركات الناشئة، وصعود تقنية MOS . مطبعة جامعة جونز هوبكنز . الصفحات 22-23 . ISBN  978-0-8018-8639-3.
  22. ↑ أتالا، م .؛ كانغ، د. (1960). "أجهزة سطحية مستحثة بالمجال من السيليكون وثاني أكسيد السيليكون". مؤتمر أبحاث أجهزة الحالة الصلبة IRE-AIEE .
  23. ↑ "1960 - عرض ترانزستور أشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة (MOS)" . محرك السيليكون . متحف تاريخ الحاسوب . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 يناير 2023 .
  24. ↑ كانغ، د. (1961). "جهاز سطحي من السيليكون وثاني أكسيد السيليكون" . مذكرة فنية لمختبرات بيل : 583-596 . doi : 10.1142/9789814503464_0076 . ISBN 978-981-02-0209-5.{{cite journal}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )
  25. ↑ لويك، بو (2007). تاريخ هندسة أشباه الموصلات . برلين، هايدلبرغ: سبرينغر-فيرلاغ برلين هايدلبرغ. ص 321. ISBN  978-3-540-34258-8.
  26. ↑ "الشريحة التي صنعها جاك" . شركة تكساس إنسترومنتس. 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 مايو 2008 .
  27. ↑ موتويوشي، م. (2009). "الوصلات البينية عبر السيليكون (TSV)". وقائع معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . 97 (1): 43-48 . doi : 10.1109/JPROC.2008.2007462 . ISSN 0018-9219 . S2CID 29105721 .  
  28. ↑ "السلحفاة من الترانزستورات تفوز بالسباق - ثورة متحف تاريخ الحاسوب" . متحف تاريخ الحاسوب . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 يوليو 2019 .
  29. ↑ "الترانزستورات تُبقي قانون مور حيًا" . EETimes . 12 ديسمبر 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 يوليو 2019 .
  30. 1 2 "تطبيق ترانزستورات MOSFET على تصميمات تبديل الطاقة الحديثة" . التصميم الإلكتروني . 23 مايو 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 أغسطس 2019 .
  31. ↑ ب. سومانثان ناير (2002). الإلكترونيات الرقمية وتصميم المنطق . دار نشر PHI Learning Pvt. Ltd.، ص 289. ISBN  9788120319561الإشارات الرقمية عبارة عن نبضات ذات عرض ثابت، والتي تشغل مستوى واحد فقط من مستويين من السعة.
  32. ↑ جوزيف ميغا كيزا (2005). أمن شبكات الحاسوب . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. ISBN 9780387204734.
  33. ↑ ٢٠٠٠ مسألة محلولة في الإلكترونيات الرقمية . دار نشر تاتا ماكجرو هيل للتعليم . ٢٠٠٥. ص ١٥١. ISBN  978-0-07-058831-8.
  34. ↑ تشان، يي-جين (1992). دراسات حول ترانزستورات تأثير المجال ذات البنية غير المتجانسة InAIAs/InGaAs و GaInP/GaAs لتطبيقات السرعة العالية . جامعة ميشيغان . ص 1. لقد أحدث ترانزستور تأثير المجال ذو البنية السيليكونية (Si MOSFET) ثورة في صناعة الإلكترونيات، ونتيجة لذلك، يؤثر على حياتنا اليومية في كل جانب تقريبًا. 
  35. ↑ جرانت، دنكان أندرو؛ جوار، جون (1989). ترانزستورات MOSFET للطاقة: النظرية والتطبيقات . وايلي . ص 1. ISBN  9780471828679يُعد ترانزستور تأثير المجال لأشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة (MOSFET) أكثر الأجهزة النشطة استخدامًا في التكامل واسع النطاق جدًا للدوائر الرقمية المتكاملة (VLSI). خلال سبعينيات القرن الماضي، أحدثت هذه المكونات ثورة في معالجة الإشارات الإلكترونية وأنظمة التحكم والحواسيب.
  36. ↑ "من اخترع الترانزستور؟" . متحف تاريخ الحاسوب . 4 ديسمبر 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 يوليو 2019 .
  37. ↑ غوليو، مايك؛ غوليو، جانيت (2018). تقنيات الترددات الراديوية والميكروويف السلبية والفعالة . مطبعة سي آر سي . ص 18-12 . ISBN  9781420006728.
  38. ↑ هيتينجر، ويليام سي. (1973). "تقنية أشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة". مجلة ساينتفك أمريكان . 229 (2): 48-59 . Bibcode : 1973SciAm.229b..48H . doi : 10.1038/scientificamerican0873-48 . ISSN 0036-8733 . JSTOR 24923169 .  
  39. ↑ بيتر كلارك (14 أكتوبر 2005). "إنتل تدخل عصر المعالجات ذات المليار ترانزستور" . مجلة إي إي تايمز .
  40. ↑ "13 سيكستليون وما زال العد مستمراً: الطريق الطويل والمتعرج إلى أكثر القطع الأثرية البشرية تصنيعاً في التاريخ" . متحف تاريخ الحاسوب . 2 أبريل 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 أكتوبر 2020 .
  41. ↑ غوليو، مايك؛ غوليو، جانيت (2018). تقنيات الترددات الراديوية والميكروويف السلبية والفعالة . مطبعة سي آر سي . الصفحات 9، I-1، 18-2 . ISBN  9781420006728.
  42. ↑ رابابورت، تي إس (نوفمبر 1991). "ثورة الاتصالات اللاسلكية". مجلة IEEE للاتصالات . 29 (11): 52-71 . Bibcode : 1991IComM..29k..52R . doi : 10.1109/35.109666 . S2CID 46573735 . 
  43. ↑ "الثورة اللاسلكية" . مجلة الإيكونوميست . 21 يناير 1999. تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 سبتمبر 2019 .
  44. ↑ بول هورويتز ووينفيلد هيل، فن الإلكترونيات، الطبعة الثانية. مطبعة جامعة كامبريدج، كامبريدج، 1989، رقم ISBN 0-521-37095-7الصفحة 471
  45. ↑ مايني، أ.ك. (2007). مبادئ الإلكترونيات الرقمية، والأجهزة، والتطبيقات. تشيتشستر، إنجلترا: جون وايلي وأولاده المحدودة.
  46. ↑ ندوة البنتاغون: أجهزة الكمبيوتر الرقمية الإلكترونية للأغراض العامة المتوفرة تجارياً بأسعار معقولة ، واشنطن العاصمة، 14 مايو 1952
  47. ↑ "ASODA sync/async DLX Core" . OpenCores.org . تم الاطلاع عليه في 5 سبتمبر 2014 .
  48. 1 2 كلارك، بيتر. "شركة ARM تقدم أول نواة معالج بدون تردد ساعة" . eetimes.com . UBM Tech (Universal Business Media) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 سبتمبر 2014 .
  49. ↑ براون إس وفرانيسيك زد. (2009). أساسيات المنطق الرقمي باستخدام تصميم VHDL. الطبعة الثالثة. نيويورك، نيويورك: ماكجرو هيل.
  50. ↑ إشعار MIL-HDBK-217F رقم 2، القسم 5.3، لـ 100000 بوابة 0.8 ميكرومتر CMOS التجارية عند 40 درجة مئوية؛ معدلات الفشل في عام 2010 أفضل، لأن أحجام الخطوط انخفضت إلى 0.045 ميكرومتر، وهناك حاجة إلى عدد أقل من التوصيلات الخارجية لكل بوابة.
  51. ↑ كليتز، ويليام. (2002). أساسيات المعالجات الرقمية والدقيقة: النظرية والتطبيق. الطبعة الرابعة. أبر سادلر ريفايفر، نيوجيرسي: بيرسون/برنتيس هول
  52. ↑ ليهتونين، إيرو؛ لايهو، ميكا (2009). منطق الاستلزام ذو الحالة باستخدام الميمريستورات . ندوة IEEE/ACM الدولية لعام 2009 حول البنى النانوية . الصفحات 33-36 . doi : 10.1109/NANOARCH.2009.5226356 . ISBN  978-1-4244-4957-6.

للمزيد من القراءة

  • دوغلاس ليوين، التصميم المنطقي لدوائر التبديل ، نيلسون، 1974.
  • آر إتش كاتز، تصميم المنطق المعاصر ، شركة بنجامين/كومينغز للنشر، 1994.
  • PK Lala، التصميم والاختبار العملي للمنطق الرقمي ، برنتيس هول، 1996.
  • YK تشان وSY ليم، التقدم في أبحاث الكهرومغناطيسية ب، المجلد. 1، 269-290، 2008، "جيل إشارة رادار الفتحة الاصطناعية (SAR)، كلية الهندسة والتكنولوجيا، جامعة الوسائط المتعددة، جالان آير كيروه لاما، بوكيت بيروانج، ملقا 75450، ماليزيا.