Создание микрочипа. Как работает микрочип. От ракет до калькулятора

Микросхемы разного назначения применяются в составе электроники современной техники. Огромное многообразие такого рода компонентов дополняют микросхемы памяти. Этот вид радиодеталей (среди электронщиков и в народе) зачастую называют просто – чипы. Основное назначение чипов памяти – хранение определённой информации с возможностью внесения (записи), изменения (перезаписи) или полного удаления (стирания) программными средствами. Всеобщий интерес к чипам памяти понятен. Мастерам, знающим как программировать микросхемы памяти, открываются широкие просторы в области ремонта и настройки современных электронных устройств.

Микросхема памяти — это электронный компонент, внутренняя структура которого способна сохранять (запоминать) внесённые программы, какие-либо данные или одновременно то и другое.

По сути, загруженные в чип сведения представляют собой серию команд, состоящих из набора вычислительных единиц микропроцессора.

Следует отметить: чипы памяти всегда являются неотъемлемым дополнением микропроцессоров – управляющих микросхем. В свою очередь микропроцессор является основой электроники любой современной техники.

Набор электронных компонентов на плате современного электронного устройства. Где-то среди этой массы радиодеталей приютился компонент, способный запоминать информацию

Таким образом, микропроцессор управляет , а чип памяти хранит сведения, необходимые микропроцессору.

Программы или данные хранятся в чипе памяти как ряд чисел — нулей и единиц (биты). Один бит может быть представлен логическими нулем (0) либо единицей (1).

В единичном виде обработка битов видится сложной. Поэтому биты объединяются в группы. Шестнадцать бит составляют группу «слов», восемь бит составляют байт — «часть слова», четыре бита — «кусочек слова».

Программным термином для чипов, что используется чаще других, является байт. Это набор из восьми бит, который может принимать от 2 до 8 числовых вариаций, что в общей сложности даёт 256 различных значений.

Для представления байта используется шестнадцатеричная система счисления, где предусматривается использование 16 значений из двух групп:

Цифровых (от 0 до 9).
Символьных (от А до F).

Поэтому в комбинациях двух знаков шестнадцатеричной системы также укладываются 256 значений (от 00h до FFh). Конечный символ «h» указывает на принадлежность к шестнадцатеричным числам.

Организация микросхем (чипов) памяти

Для 8-битных чипов памяти (наиболее распространенный тип) биты объединяются в байты (8 бит) и сохраняются под определённым «адресом».

По назначенному адресу открывается доступ к байтам. Вывод восьми битов адреса доступа осуществляется через восемь портов данных.

Организация структуры запоминающего устройства. На первый взгляд сложный и непонятный алгоритм. Но при желании разобраться, понимание приходит быстро

Современный автомобиль априори защищен от угона несколько лучше, чем его карбюраторный предок 20-30-летней давности. Одной из ступеней защиты является наличие чип-ключа.

Первые импортные сигнализации, появившиеся на нашем рынке в 90-х годах, предупреждали установщика: мол, можешь разрывать только цепь, управляющую включением стартера. Правда, на карбюраторных автомобилях и рвать-то было особо нечего: разве что цепь питания катушки зажигания, которую бывалый угонщик мог восстановить за секунды. И только с появлением впрысковых двигателей появилась возможность блокировать комплексную систему управления питанием и зажиганием.

Первым и, наверное, последним отечественным автомобилем с впрысковым двигателем и обычным ключом зажигания был Святогор с двигателем от Рено F3R. Там было всё как на карбюраторной машине. Замок зажигания выдавал питание на «мозги» двигателя, а те обеспечивали работу свечей зажигания и подачу топлива.

Вазовские автомобили с появлением системы впрыска топлива сразу обрели блок АПС (автомобильная противоугонная система), который общался с чипом в ключе зажигания и только после опознания своего ключа давал ЭБУ (электронному блоку управления) разрешение на пуск двигателя. Сейчас блок сильно уменьшился в размерах и располагается под кожухом рулевой колонки. Корпус замка зажигания автомобиля окружен рамкой, которая связана напрямую с блоком иммобилайзера. При включении зажигания блок подает импульсы в эту рамку и переходит в режим считывания, то есть начинает принимать отклик от чип-ключа. От импульса чип-ключ получает энергию и начинает передавать вшитый в него код на рамку иммобилайзера. Рамка иммобилайзера принимает код и, если код совпадает, дает возможность запустить двигатель. После этого все идет своим чередом, и упомянутый пусковой контур больше не нужен.

Понятно, что при таком подходе обычный ключ зажигания уступает место чип-ключу. Ничего сложного в этом нет: даже люди, вообще не имеющие автомобиля, сталкиваются с чип-ключами ежедневно. Ведь по этой же технологии выполнен ключ от домофона, который теперь стоит на двери подъезда почти любого многоквартирного дома.

Ключи с чипами бывают четырех основных типов.

Ключ с чипом, позволяющим только запустить двигатель поворотом лезвия в обычном замке зажигания. Чип представляет собой небольшой цилиндрик или пластмассовый параллелепипед, содержащий индуктивную катушку, и микросхему, в которой запрограммирован индивидуальный код данного ключа. Чип в таком исполнении герметичен, что позволяет не только пользоваться им под дождем, но даже идти с ним купаться.

Ключ с чипом и радиопередатчиком, позволяющим открывать и закрывать автомобиль кнопками на брелоке на расстоянии не более 30–50 м, пускающий двигатель с помощью механического замыкания контактов в замке зажигания. У некоторых автомобилей такими кнопками на ключе активируется штатная сигнализация автомобиля, включающая сирену, а также датчики наклона и движения. Но герметичность таких ключей ограничивается брызгозащитным исполнением: погружать в жидкость их нельзя.

Ключ, у которого в нормальном режиме не используется механическое лезвие. Открывают и закрывают автомобиль кнопками на ключе. Для пуска автомобиля ключ вставляют в специальный слот на панели приборов, после чего нажимают кнопку «старт-стоп». Исполнение ключа - брызгозащитное.

Ключ для так называемого бесключевого доступа. Двери автомобиля открываются нажатием небольшой кнопочки на ручке, а пуск двигателя осуществляется кнопкой «старт-стоп». При этом ключ должен находиться в кармане владельца. Слот в салоне автомобиля предусмотрен, но ключ может оставаться в кармане на протяжении всей поездки. При этом в распоряжении хозяина остаются все кнопки управления на ключе. При желании можно открывать и закрывать автомобиль, нажав соответствующую кнопку на ключе.

Дауншифтинг… Если у вас откровенно дорогие ключи, то можно сделать себе вот такую вот болванку без всяких чипов и пойти купаться с ней. А родные ключи пусть лежат где-то в закутках автомобиля.

Есть ли у таких чип-ключей будущее? Думаем, что нет: это просто промежуточный этап развития систем доступа. Давным-давно известны системы, реагирующие на отпечатки пальцев, радужную оболочку глаз и на всё, что угодно. Есть и странные, мягко говоря, решения: например - внедрить управляющий чип в организм владельца. А буквально вчера прошла масштабная премьера очередного айфона, который узнаёт владельца по лицу. Правда, на презентации случился конфуз: смартфон умудрился-таки не опознать создателя…

Микрочип состоит из транзисторов. Транзистор - это такой полупроводниковый электроприбор, у которого три электрода, от первого ко второму идет ток в зависимости от того, какое напряжение на третьем.

Вот откуда взялись все эти зеленые нолики и единички в фильмах о компьютерах. Из-за того, что транзисторы работают только с двумя состояниями 0 или 1, все данные в компьютере хранятся в двоичном виде. Мы привыкли к десятичным числам, состоящих из цифр от 0 до 9, а в двоичных числах цифр всего две - 0 и 1. И сосчитать до пяти в двоичных числах можно вот так: 1, 10, 11, 100, 101.

Это чем-то похоже на водопроводный кран: вода течет в зависимости от того, открыта или закрыта заслонка – только вместо воды у транзисторов напряжение, и состояния может быть два - есть напряжение или нет, 0 или 1.

Транзисторы бывают разных типов и используются они в электронике для того, чтобы реализовывать логические операции с ноликами и единичками .

Если мы подключим последовательно два крана к одной трубе, вода потечет только если оба крана включены, получится «логическое И»:

А если подключить два крана параллельно, то вода потечет, если хоть один кран включен, это называется «логическое ИЛИ»:

Транзисторы соединяют друг с другом в разной последовательности для того, чтобы реализовать разные логические операции: И, ИЛИ, НЕ, Исключающее ИЛИ и так далее. Для каждой такой функции придуманы специальные обозначения:

А вот, например, схема устройства, которое складывает два двузначных числа: AB + CD = XYZ

То есть, если на A и на D подать напряжение, то на выходе будет напряжение у Z и Y, а на X напряжения не будет:
AB + CD = XYZ
10 + 01 = 011

Те же самые вычисления можно производить не только на полупроводниковых транзисторах. В огромных шкафах старых аналоговых телефонных станций происходило то же самое, что и в микросхемах, только вместо транзисторов там были обычные электрические реле. А первые компьютеры были вообще механическими и сложные вычисления производились при помощи шестеренок еще в античные времена .

Если к контактам X, Y и Z мы подключим по светодиоду, а к контактам A, B, C и D подключим выключатели, то у нас получится простейший электронный калькулятор.

Микрочип состоит из сотен, тысяч и миллионов таких вот транзисторов, соединенных в одну сеть, потому что есть задачи посложнее, чем сложить два числа: калькулятор, флешка, управление кассовым аппаратом, ядерной электростанцией.

Центральный процессор в компьютере - тоже микрочип, только невероятно сложный. Я пишу этот текст на компьютере под упралением центрального процессора , состоящего из 1,17 миллиарда транзисторов. На этой картинке его увеличенное изображение. Для того, чтобы каждый транзистор в нем был размером хотя бы в один пиксель, надо увеличить ее примерно в 200 раз.

О самом мощном японском суперкомпьютере для исследований в области ядерной физики. Сейчас в Японии создают эксафлопсный суперкомпьютер Post-K - японцы станут одними из первых, кто запустит в работу машину с такой вычислительной мощностью.

Ввод в эксплуатацию намечен на 2021 год.

На прошлой неделе компания Fujitsu рассказала о технических характеристиках чипа A64FX, который ляжет в основу новой «машины». Расскажем подробнее о чипе и его возможностях.

Технические характеристики A64FX

Ожидается, что вычислительные возможности Post-K почти в десять раз превысят показатели самого мощного из существующих суперкомпьютеров IBM Summit (по данным за июнь 2018).

Подобной производительностью суперкомпьютер обязан чипу A64FX на архитектуре Arm. Этот чип состоит из 48 ядер для проведения вычислительных операций и четырех ядер для управления ими. Все они равномерно разделены на четыре группы - Core Memory Groups (CMG).

Каждая группа имеет 8 МБ L2-кеша. Он связан с контроллером памяти и интерфейсом NoC («сеть на кристалле »). NoC соединяет между собой различные CMG c контроллерами PCIe и Tofu. Последний отвечает за связь процессора с остальной системой. У контроллера Tofu имеется десять портов с пропускной способностью в 12,5 ГБ/с.

Схема чипа выглядит следующим образом:

Суммарный объём памяти HBM2 у процессора составляет 32 гигабайта, а её пропускная способность равняется 1024 ГБ/с. В компании Fujitsu говорят, что производительность процессора на операциях с плавающей точкой достигает 2,7 терафлопс для 64-битных операций, 5,4 терафлопс - для 32-битных и 10,8 терафлопс - для 16-битных.

За созданием Post-K следят редакторы ресурса Top500, которые составляют список самых мощных вычислительных систем. По их оценке, для достижения производительности в один эксафлопс в суперкомпьютере используют более 370 тыс. процессоров A64FX.

В устройстве впервые применят технологию векторного расширения под названием Scalable Vector Extension (SVE). Она отличается от других SIMD-архитектур тем, что не ограничивает длину векторных регистров, а задает для них допустимый диапазон. SVE поддерживает векторы длиной от 128 до 2048 бит. Так любую программу можно запустить на других процессорах, поддерживающих SVE, без необходимости перекомпиляции.

При помощи SVE (так как это SIMD-функция) процессор может одновременно проводить вычисления с несколькими массивами данных. Вот пример одной из таких инструкций для функции NEON, которая использовалась для векторных вычислений в других архитектурах процессоров Arm:

Vadd.i32 q1, q2, q3
Она складывает четыре 32-битных целых числа из 128-битного регистра q2 с соответствующими числами в 128-битном регистре q3 и пишет результирующий массив в q1. Эквивалент этой операции на языке C выглядит так:

For(i = 0; i < 4; i++) a[i] = b[i] + c[i];
Дополнительно SVE поддерживает функцию автовекторизации. Автоматический векторизатор анализирует циклы в коде и, если возможно, сам использует векторные регистры для их выполнения. Это повышает производительность кода.

Например, функция на C:

Void vectorize_this(unsigned int *a, unsigned int *b, unsigned int *c) { unsigned int i; for(i = 0; i < SIZE; i++) { a[i] = b[i] + c[i]; } }
Она будет скомпилирована следующим образом (для 32-битного процессора Arm):

104cc: ldr.w r3, ! 104d0: ldr.w r1, ! 104d4: cmp r4, r5 104d6: add r3, r1 104d8: str.w r3, ! 104dc: bne.n 104cc
Если же задействовать автовекторизацию, то выглядеть это будет так:

10780: vld1.64 {d18-d19}, 10784: adds r6, #1 10786: cmp r6, r7 10788: add.w r5, r5, #16 1078c: vld1.32 {d16-d17}, 10790: vadd.i32 q8, q8, q9 10794: add.w r4, r4, #16 10798: vst1.32 {d16-d17}, 1079c: add.w r3, r3, #16 107a0: bcc.n 10780
Здесь происходит загрузка SIMD-регистров q8 и q9 с данными из массивов, на которые указывают r5 и r4. После чего инструкция vadd складывает по четыре 32-битных целых значения за раз. Это увеличивает объем кода, но так обрабатывается гораздо больше данных за каждую итерацию цикла.

Кто еще создает эксафлопсные суперкомпьютеры

Созданием эксафлопсных суперкомпьютеров занимаются не только в Японии. Например, работы также ведутся в Китае и США.

В Китае создают Тяньхэ-3 (Tianhe-3). Его прототип уже тестируется в Национальном суперкомпьютерном центр в Тяньцзине. Финальную версию компьютера планируется закончить в 2020 году.

/ фото O01326 / Суперкомпьютер Тяньхэ-2 - предшественник Тяньхэ-3

В основе Тяньхэ-3 лежат китайские процессоры Phytium. Устройство содержит 64 ядра, имеет производительность в 512 гигафлопс и пропускную способность памяти в 204,8 ГБ/с.

Работающий прототип создан и для машины из серии Sunway . Он тестируется в Национальном суперкомпьютерном центре в Цзинане. По словам разработчиков, на компьютере сейчас функционирует около 35 приложений - это биомедицинские симуляторы, приложения для обработки больших данных, и программы для изучения климатических изменений. Ожидается, что работа над компьютером будет завершена в первой половине 2021.

Что касается Соединённых штатов, то американцы планируют создать свой эксафлопсный компьютер к 2021 году. Проект называется Aurora A21, и над ним работают Аргоннская национальная лаборатория Министерства энергетики США , а также компании Intel и Cray.

В этом году исследователи уже

У современных автомобилей, практически у всех ключ зажигания не обычный, это так называемый чип – ключ. Что это такое , как поменять в нем . Недавно ком не на блог пришло очень интересное письмо, пересказывать не буду, но человек спрашивает – как работает чип ключ? Вопрос мне показался интересным и я решил написать на эту тему статью …

Действительно снаружи на ключе нет никаких плат, ни контактных групп и так далее, чтобы прикладывать его к какому – либо считывателю на автомобиле. Есть сам ключ, который вставляется замочную скважину, но это не контактная группа! Так какой же принцип работы?

Если вдаваться в технические подробности …

Замок зажигания автомобиля имеет определенную рамку, которая связана напрямую с блоком иммобилайзера. При включении зажигания блок подает импульс в эту рамку и переходит в режим считывания, то есть начинает слушать отклик от чип – ключа. В свою очередь (от импульса), чип – ключ заряжается и начинает передавать вшитый в него код, передает на эту рамку иммобилайзера. Рамка иммобилайзера принимает код, и если все нормально дает возможность запустить двигатель.

Если просто …

Представить работу очень легко. Наверное у всех (или у многих) есть домофоны на подъездах. Мы подходим подносим специальный брелок, домофон его считывает и открывает дверь. Это утрированный пример чип-ключа и иммобилайзера автомобиля.

Нужно отметить, что без этого чип-ключа автомобиль не запуститься иммобилайзер не позволит! Он блокирует различные функции автомобиля:

— у некоторых автомобилей иммобилайзер стоит в самом замке зажигания и блокирует различные функции именно в замке.

— у других иммобилайзер встроен в приборную доску и размыкает те или иные цепи автомобиля (например цепь бензонасоса)

— у третьих блок иимобилайзера находится в подкапотном пространстве, и при помощи усилителей может блокировать и замок и цепи одновременно.

Как видите устройство и принцип работы чип-ключа вроде простое, но эффективное. Однако сейчас многие сигнализации с автозапуском отключают штатный иммобилайзер (в частности при помощи дополнительного ключа который помещается в панель автомобиля), делать этого лично я не рекомендую. Потому как автомобиль становится более легкой добычей для угонщиков.

А сейчас небольшая видео версия статьи