ازبعد تاريخي ابداع نيمه رسانا درشهرnew jersey درآزمايشگاه تلفن بل شروع شد.اگرچه امکان ساختsanta clara درسانفرانسيسکوبوداماحالاعموماً به عنوان Silicon valley شناخته مي شود. توجه کردن به اينکه تعداد زيادي ابداعات در Silicon valley به عنوان زاد وولد جادويي شمرده مي شود. جالب است که پيش ازسال1995سيستمهاي ديجيتالي بااستفاده ازلامپ هاي خلآ وديودهاي نيمه رسانا ساخته مي شد. يک ديود نيمه رسانا که ازنظراندازه خيلي کوچک ا ست در مقايسه با لامپ خلأ انرژي بيشتري مصرف مي کند. درنتيجه درسيستم ديجيتالي داشتن سايزفيزکي بزرگ ومصرف انرژي نسبتاً بالابه چشم ميخورد.

درسال1995اين وضعيت با ظهورترانزليستوربهبود يافت. William schockly جايزه اي رابراي سهم داشتن درابداع وتوسعه ترانزليستوربرنده شد.

درواقع schockly آزمايشگاه تلفن بل را ترک کرد ومؤسسه خود را با نام Schockly semiconductor lab دايرکرد. دوسال بعديک گروه کوچک از دانشمندان اين مؤسسه راترک کردندومؤسسه خودششان راfair child semicon  ductor ناميده مي شد درsilicon valley شروع کردند.

درسال1986دودانشمند ديگربا نامهايrobert noyce وgordon moor مؤسسه Fair child را ترک کردند وشرکت جديدي را بنامintegrated  electronsic   تأسيس کردند که عموماً به عنوان intel شناخته مي شود.

قابل توجه است که دو دانشمندکه خودرا گرفتارطراحي8080کردند. شرکتintel  را ترک کردند ومؤسسه جديدي را بنامzilog  کهZ-80   رااختراع کرد را پرکردند. ترانزليستورکه درمقابل ديود خصوصيات مفيدي مانند کوچکي سايزومصرف انرژي کم داشت جايگزين لامپ خلأ شد. تا سال 1965 مدارات وگيتهاي منطقي با اين وسيله ها ساخته مي شد. تکنولوژي ساختمان آنهابه سمت استفاده ازنيمه رساناها که IC ناميده مي شد توسعه يافت. روز به روز طراحي اجزاء سازنده بهتر ميشود. طراحي اجزاء IC با ترانزيستورها جدا ازهم شروع شد. سپسssi (مجتمع سازي در مقياس کوچک) وmsi(مجتمع سازي در مقياس متوسط) وlst(مجتمع سازي درمقياس بزگ) ودرپايان تکنولوژي Vlsi(مجتمع سازي درمقياس بسيار بزرگ) که هم اکنون استفاده ميشود بوجود آمد.

درريزپردازنده هاي8بيتي و16بيتي سايزتراشه هامعمولاً به ترتيب150و350ميلي است. بطورنمونه يک پرداز16بيتي داري000/100ترانزيستوردرساختمان خود است. وقتي که کميتها رابرسي مي کنيم اندازه گيري، نمايش، ضبط واداره کردن آنها ونشان دادن آنها به صورت شماره اي ورقعي ازاهميت بالايي برخوردار است. درحقيقت،دو راه اساسي براي نمايش مقاومت کميت وجود دارد که آن آنالوگ وديجيتال است.

معرفي آنالوگ :

در اين سيستم کميت ها بصورت نسبي به نمايش درميايند. براي مثال،انحراف سوزن درآمپرسنج در سرتاسرآن نسبي ا ست. دماسنج مثال ديگري است؛سطح جيوه به دما بستگي دارد وهرتغيري در دما برروي ارتفاع جيوه تأثير مي گذارد.         

معرفي ديجيتال:

در اين سيستم کميتهابه صورت رقمي نمايش داده ميشوند نه به صورت نسبي.يک مثال دراين زمينه ساعتهاي ديجيتالي هستند. ممکن است مايک ساعت که وقت را درهردقيقه ياثانيه نمايش ميدهد داشته باشيم.اگرچه زمان دريک روزمستمراً تغيرمي کند ولي زمان درساعتهاي ديجيتال مستمراً وپيوسته تغيرپيدا نمي کند بلکه به صورت دقيقه اي يا ثانيه اي تغيرمي کند.نمايش ديجيتالي،زمان دريک روزبصورت گسسته تغير مي کند.

براساس نوشته هاي فوق،ممکن است آنالوگ به صورت پيوسته وديجيتال به صورت گسسته مورد توجه قرارگيرد.ازآنجايي که خواندن درسيستم آنالوگ موردبحث اصلي ماست هيچ ابهامي درخواندن کميتهاي ديجيتال وجودندارد بنابرين اشتباه هست.

سيستم هاي آنالوگ وديجيتال:   

دريک سيستم ديجيتال،چندين وسيله که کميتهاي فيزيکي راکه بصورت ديجيتال نمايش داده مي شوند راکنترل مي کند. بنابرين دريک سيستم آنالوگ نيزچندين وسيله که کميتهاي فيزيکي راکه بصورت آنالوگي نمايش داده مي شوند وجود دارد. به سبب  به سبب چندين مزيت تکنولوژي ديجيتال،يک مبدل به تکنولوژي ديجيتال وجود خواهد داشت.

بعضي از اين دليل هاعبارتند از:

1-طراحي سيستم ديجيتال فقط بستگي به حفظ آنها داردومقدار دقيق جريان وولتاژ، مهم نيستند. همينطورتأثيرnoise برروي مدارات ديجيتالي بي اهميت است.

2-جمع کردن داده ديجيتالي بسيار آسانتر ازقفل کردن آنهاست.

3-با افزايش مدارات ديجيتالي بيشتر،دستيابي به دقتهاي مورد نياز امکان پذيراست.

به هرحال درمدارات آنالوگ دقت معمولاً بين3الي4رقم است.

4-برنامه پذيري،طراحي واستفاده ازسيستم ديجيتالي راراحترمي کند.

5-درجه يکپارچگي مدارديجيتال امتيازبيشتري نسبت به مدارات آنالوگ دارد.

بهرحال توجه به اينکه جهان ا ساساً آنالوگ است مهم است.خواندن دما،فشار،مکان سرعت،ارتفاع وجريان ودرحقيقت هرکميتي بدون بيان کردن آن بارقم،زيادمعمول نيست. 

مثال:

دما وقتي که60درجه بيان مي شود،اگرچه ازروي يک صفحه آنالوگ خوانده مي شود، اما ما درک ميکنيم که کميت بصورت رقمي درآمده است. بهرحال براي بدست آوردن مزاياي تکنيکهاي ديجيتال،معمولاً کميت آنالوگ برفرم ديجيتال غلبه مي کند و سيگنالهاي رقمي شده، پردازش مي شوند وبه فرم آنالوگ برگردانده مي شوند. اگرچه،پردازش وتبديل آنالوگ به ديجيتال وديجيتال به آنالوگ به نظراضافي مي آيد ولي با ارزش است. پردازش سيگنال ديجيتالي ازپردازش سيگنالهاي آنالوگ بسيار راحت تراست.

طبقه بندي IC هاي ديجيتالي:

بطورنمونه،مدارات مجتمع ديجيتال قابل دسترسي،ممکن است براساس زيرکلاس بندي شوند:

1-خانوادهTTL

2-خانوادهCMOS

3-خانوادهECL

ماخودمان رامجبوربه استفاده ازخانواده هاي ICCهايTTLوCMOS کرده ايم. وبسياري از موارد استفاده ازگيت هايTTLوCMOS يکسان وهم ارز هستند ودر مواقعي هم ممکن است اجراي آزمايش فقط با استفاده ازگيتTTL کافي باشد.

تکنولوژي هاي مورداستفاده:

معمولاً درساختن تراشه ها ازتعداد زيادي ترانزليستوريکپارچه استفاده مي شود که تک قطبي هستند مانند: PMOS،NMOS،CMOS،BIPOLAR. خانوادهگيت هايTTLبسيارحساس ترومهم تراز گيت هايSSI وMBIهستند.

(a تكنولوژي PMOS  :

شكل 1-1 نشان مي دهد يك ترانزيستور PMOS با استفاده از نوع منفي سليكن كه وفق داده شده با نوع مثبت ناخالصي براي ساخت Source و Drain (منبع و گذرگاه) 

 مزاياي واقعي:

1-              مصرف انرژي کم

2-              بکارگيري ولتاژبين 2تا12ولت

3-              مصونيت ازnoise

تقريباً 000/250ترانزليستورمي تواند دريک تراشه نصب شود. intel 80386   ازاين تکنولوژي استفاده مي کند.

(D) تکنولوژي دوقطبي:

با وجودزيان هايي از قبيل مصرف انرژي بالا،اسراف بسيارزياد حرارت،جاگيربودن، قيمت بالا وقابليت اطمينان کم، لامپ هاي خلأ تا سال1950درکامپيوترها استفاده مي‌شدند. درسال1947باردين و براتاين درآزمايشگاه بل ثابت کردند که جريان عبورياز  forward biasedدريک نارسانا مي تواند جريان عبوري ازreverse biased  را درسه الکترود کنترل کند.

در سال1957fairecdhild semiconductor شروع به ساختن ترانزليستور کرد.درابتدا(100) ترانزليستور به  ibmبه ازاي هرترانزليستوربه قيمت150دلار فروخته شد.جالب است که درسال 1995،schockley آزمايشگاه بل را ترک کرد وشرکت خودش را در کاليفرنيا برپا کرد.

Shockley ميخواست که مهندسين شرکتش تحقيقات را در4لايه ديودها دنبال کنند، درصورتيکه مهندسان مي خواستند تحقيقاتشان را برپايه ترانزليستورهاي سيليکوني ادامه بدهند. به خاطر عدم هم نظر بودن ، مهندسين تصميم به ترک آنجا و برپا کردن شرکتي درسال1957 شدند. تکنولوژي دو قطبي يکي از تکنولوژي هاي بسيار سريع موجودامروزي است. با اين وجودآنها هم اشکالاتي نظير مصرف کردن انرژي زياد، بازده کم،ميزانnoise کم و... دارند. يک ترانزليستور ازنمو کننده،آلياژ يا مجموع تکه موادهاي نوع مثبت و منفي تشکيل شده است.

براساس موارد يادشده بعلت اشکالات،تکميل کردن يکپارچه وکامل ريزپردازنده دريک تراشه غيرممکن است. تکنولوژي دوقطبي معمولاً درمورد وسايلmbi استفاده مي شود بنابراين بخشي ازcpu مي تواند در يک تراشه تکميل گردد. اين تکنولوژي همچنين ecl را هم شامل مي شود که داراي سرعت بسيار بالا است. بعنوان مثال ماشين حساب هاي جيبي از اين تکنولوژي استفاده ميکنند چون داراي  سرعتي بالا ومصرف انرژي بسيار پايين است.

گيت هاي ecl:

خانواده گيت هايecl با ولتاژ 2/5ولت کار مي کنند. همچنين ميزان منطقي آنها  منفي است. ولتاژ منفي زياد در سطح«0»و ولتاژ منفي کم در سطح«1» رخ مي دهد.

اساساً ترازها75/0- و6/1- هستند.گنجايش خروجي آنها بسيار بزر گ است.تأخيرانتشار در حدود 20ns است.درفرکانس 200mhz کار مي کنند همچنين آنها انرژي بسيار بيشتري از گيت هاي ttl استفاده مي کنند.

بر اساس آنچه گفته شد خانواده منطقي شامل چندين زير خانواده مي شوند. اساساً Icهاي ttlاستاندارد از سوي 74 شروع مي شوند مانند:   7400و7402و...