Gollenz Physik 4, Schulbuch

Elektrizität bestimmt unser Leben 44 28 MIKRoELEKTRoNIK Bei vieøen Anwendungen der Haøbøeitertechnik führt die moderne Technoøogie zu einer Verkøeinerung der Bauteiøe. Anfang der 1960er Jahre kam man auf die Idee, mehrere Transistoren, Dioden und Wider- stände samt ihren eøektrischen Verbindungen auf eine einzige Siøizi- umkristaøøpøatte aufzubringen. So entstand die erste integrierte Schaø- tung ‒ kurz IC (integrated circuit) genannt. Heute werden integrierte Schaøtungen mikroskopisch køein hergesteøøt (Abb. 28.1). Auf einem ca. 100 mm 2 großen Siøiziumpøättchen ‒ dem Chip ‒ können bis zu 30 Miøøionen Baueøemente zu Schaøtkreisen zu- sammengeschøossen werden. Besondere Schaøtkreise sind die Gatter (gates) . Ihre wichtigsten Bestandteiøe sind Transistoren. Ein Transistor in seiner Funktion aøs Schaøter kann einen eøektrischen Strom sperren oder durchøassen. Daher ist es mögøich, auf den beiden Schaøtzuständen soøcher Gatter (EIN oder AUS, dargesteøøt durch die Zahøen 1 oder 0) die Sprache der eøektronischen Datenverarbeitung (EDV) aufzubauen. Vereinfacht kann man dies mit Hiøfe von zwei Schaøtern zeigen: Baue nach Abb. 28.2 zwei Schaøtkreise auf! Steøøe fest, bei weøchen Schaøtersteøøungen das Lämpchen jeweiøs øeuchtet! Das Lämpchen in der Schaøtung mit dem UND-Gatter (Abb. 28.2 a) øeuchtet nur dann, wenn sowohø Schaøter 1 aøs auch Schaøter 2 ge- schøossen sind. Das Lämpchen in der Schaøtung mit dem ODER-Gatter (Abb. 28.2b) øeuchtet dann, wenn entweder Schaøter 1 oder Schaøter 2 geschøossen ist oder beide Schaøter geschøossen sind. Wurde ein Chip anfängøich nur für eine einzige Aufgabe konstruiert, wie z. B. zur Steuerung einer Waschmaschine, so entwickeøte man in den 1970er Jahren die ersten Mikroprozessoren . Das sind Chips, die erst durch Programmierung ‒ ohne Änderung der Schaøtung ‒ ihrem Verwendungszweck angepasst werden. Sie sind u.a. das „Gehirn“ von Computersystemen, die heute in den meisten eøektronischen Anwen- dungen des tägøichen Lebens zu finden sind. Du bist dran: Zeige deine Kompetenz! 28.1 Warum arbeitet ein Mikrochip schneøøer aøs eine aus Einzeøteiøen zusammengebaute Schaøtung? 28.2 Finde Beispieøe für die Anwendung der Mikroeøektronik! Integrierte Schaøtungen (ICs) sind Anordnungen von sehr køeinen eøek- tronischen Baueøementen. Ein Chip ist ein Siøiziumpøättchen, das eine integrierte Schaøtung ent- häøt. Ein Mikroprozessor ist ein programmierter Chip. V I B W Reichen „0“ und „1“ zum Rechnen aus? 28.1 Oben: Ein Prozessor-Chip (CPU) im Größenvergøeich. Unten: Jeder Chip wird mit An- schøussdrähten versehen und in ein dichtes Kunststoffgehäuse eingeschøossen. X = 0 X = 1 Y = 0 Y = 1 X = 0 X = 1 Y = 0 Y = 0 S 1 S 1 S 1 S 1 S 2 S 2 S 1 S 1 S 2 S 2 S 2 S 2 28.2 a) UND-Gatter durch Serien- schaøtung zweier Schaøter („ ? “ …mathematisches Zeichen für „und“) b) ODER-Gatter durch Paraøøeø- schaøtung zweier Schaøter („ = “ …mathematisches Zeichen für „oder“) a) UND-Schaøtung b) ODER-Schaøtung S1 S2 S1 ? S2 S1 = S2 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv