II. Лабораторные работы и методические указания по их выполнению Лабораторная работа № 1

Тема: Исследование характеристик основных компоновочных параметров логических схем процессорных устройств ЭВМ и выбор конструктивно-топологических параметров кристаллов БИС и СБИС

1.1. Цель работы

Целью лабораторной работы является получение студентом представления и знаний о перечне и численных значениях основных компоновочных параметров логических схем устройств ЭВМ (таких как: БИС, СБИС, МКМ на бескорпусных БИС и ПАНЕЛИ на корпусных БИС) с учетом структуризации логической схемы по уровням компоновки и использования программного комплекса (ЭК-5.2.) на базе известных фундаментальных системных соотношений [1,2], отражающих аналитическую взаимосвязь основных компоновочных параметров со степенью интеграции и уровнем технологии, и на этой основе ознакомление студента с методами оценки и выбора предварительных размеров и общей топологии кристаллов БИС и СБИС.

Варианты типовых заданий определяются исходной таблицей 0.

Таблица 0

Варианты типового задания на выполнение лабораторных работ

Вариант конструкции устройства	Максимальная эффективная интеграция устройства	Номер варианта при значении M4					Примечание
		16	25	36	49	64
СБИС	50000 75000 100000 125000 150000 175000 200000 225000	1 2 3 4 5 6 7 8	1 2 3 4 5 6 7 8	1 2 3 4 5 6 7 8	1 2 3 4 5 6 7 8	1 2 3 4 5 6 7 8	М1=10 элэ, М2 и М3 Определяется студентом
МКМ на бескорпусных БИС	50000 75000 100000 125000 150000 175000 200000 225000	1 2 3 4 5 6 7 8	1 2 3 4 5 6 7 8	1 2 3 4 5 6 7 8	1 2 3 4 5 6 7 8	1 2 3 4 5 6 7 8
ПАНЕЛЬ на корпусных БИС	50000 75000 100000 125000 150000 175000 200000 225000	1 2 3 4 5 6 7 8	1 2 3 4 5 6 7 8	1 2 3 4 5 6 7 8	1 2 3 4 5 6 7 8	1 2 3 4 5 6 7 8

1.2. Методические указания

Для достижения поставленной цели данную работу целесообразно разделить на две части (1а и 1б).

В первой части (1а) рекомендуется провести исследование зависимости характеристик основных компоновочных параметров логической схемы с 4-х уровневой компоновкой от степени интеграции для двух основных принципов компоновки элементов в логической схеме: общепроцессорного (ОП) и микропроцессорной (МП). Результаты исследования оформить в виде таблиц 1 и 2, формы которых приведены в приложении 1а.

По результатам исследования следует провести (текстом) сравнительный анализ значений основных компоновочных параметров (особенно, таких как m_i, H_i) при одних и тех же значениях степени интеграции и уровнях компоновки схемы и сделать выводы о перспективности конструкций устройств ЭВМ с позиции обеспечения высокой интеграции и быстродействия.

Во второй части (1б) – рекомендуется выполнить расчет значений конструктивно-топологических параметров кристаллов БИС и СБИС при заданной степени интеграции и КМОП - схемотехнике, используя известные соотношения по взаимосвязи между степенью интеграции, уровнем полупроводниковой технологии и размерами кристалла. Результаты расчета следует оформить в виде таблицы 3 топологических чертежей (рис.1а) для устройств МКМ и ПАНЕЛИ кристаллов БИС и кристалла СБИС (рис. 1б) для устройства СБИС.

При выполнении первой части исследования (1а) необходимо учесть следующее:

1) каждый студен, выполняет свой индивидуальный вариант задания для всех трех видов устройств;

2) значение параметра M₁ для всех вариантов лабораторных работ рекомендуется применять равным M₁=N₁=10 _ЭЛЭ ;

3) значение параметра M₄ для каждого студента определяется из типовой таблицы вариантов задания (таблица 0), приведенной выше;

4) Значения параметров M₂ и M₃ определяются студентом самостоятельно, соблюдая условие:

M₁ ∙M₂ ∙M₃∙M₄= N_{4 max.}

При выполнении второй части исследования (1б) следует учесть следующие обстоятельства:

1) в лабораторном ПК внешние выводы БИС, СБИС и других устройств, выводящихся на экран являются чисто логическими (m_i) и здесь не учитываются внешние выводы (контактные площадки) для цепей питания и земли (m_e). Для учета этого фактора (например, при определении шага контактных площадок на кристалле) необходимо число внешних выводов, получаемых с помощью ПК (m_i) увеличить на величину m_e, определяемую как или, что тоже самое, , здесь K_e коэффициент, учитывающий тип схемотехнических элементов. Для КМОП схемотехники рекомендуется принимать K_e=5÷6;

2) расположение суммарного числа внешних контактных площадок m_i + m_e на кристалле БИС (или СБИС) рекомендуется производить только по периферийным сторонам кристалла. Матричное расположение по всему полю кристалла использовать не рекомендуется;

3) при определении размеров кристаллов БИС и СБИС следует учитывать максимальную эффективность использования ЛЭ на кристалле (η), составляющую η =0,5 При заданной схемной интеграции N_imax максимальная интеграция кристалла определяется как .