5個(gè)層級(jí)帶你看清一顆芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　(3)寄存器傳輸級(jí)(RTL)

　　那么每個(gè)模塊都是由什么組成的呢?以占整個(gè)系統(tǒng)較大比例的數(shù)字電路模塊(它專門(mén)負(fù)責(zé)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，處理的電信號(hào)都是離散的0和1)為例。它是由寄存器和組合邏輯電路組成的。

　　寄存器是一個(gè)能夠暫時(shí)存儲(chǔ)邏輯值的電路結(jié)構(gòu)，它需要一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)來(lái)控制邏輯值存儲(chǔ)的時(shí)間長(zhǎng)短。

　　實(shí)際應(yīng)用中，我們需要時(shí)鐘來(lái)衡量時(shí)間長(zhǎng)短，電路中也需要時(shí)鐘信號(hào)來(lái)統(tǒng)籌安排。時(shí)鐘信號(hào)是一個(gè)周期穩(wěn)定的矩形波?，F(xiàn)實(shí)中秒鐘動(dòng)一下是我們的一個(gè)基本時(shí)間尺度，電路中矩形波震蕩一個(gè)周期是它們世界的一個(gè)時(shí)間尺度。電路元件們根據(jù)這個(gè)時(shí)間尺度相應(yīng)地做出動(dòng)作，履行義務(wù)。

　　什么是組合邏輯呢，就是由很多“與(AND)、或(OR)、非(NOT)”邏輯門(mén)構(gòu)成的組合。比如兩個(gè)串聯(lián)的燈泡，各帶一個(gè)開(kāi)關(guān)，只有兩個(gè)開(kāi)關(guān)都打開(kāi)，燈才會(huì)亮，這叫做與邏輯。

　　一個(gè)復(fù)雜的功能模塊正是由這許許多多的寄存器和組合邏輯組成的。把這一層級(jí)叫做寄存器傳輸級(jí)。

　　(4)門(mén)級(jí)

　　寄存器傳輸級(jí)中的寄存器其實(shí)也是由與或非邏輯構(gòu)成的，把它再細(xì)分為與、或、非邏輯，便到達(dá)了門(mén)級(jí)(它們就像一扇扇門(mén)一樣，阻擋/允許電信號(hào)的進(jìn)出，因而得名)。

　　(5)晶體管級(jí)

　　無(wú)論是數(shù)字電路還是模擬電路，到最底層都是晶體管級(jí)了。所有的邏輯門(mén)(與、或、非、與非、或非、異或、同或等等)都是由一個(gè)個(gè)晶體管構(gòu)成的。因此集成電路從宏觀到微觀，達(dá)到最底層，滿眼望去其實(shí)全是晶體管以及連接它們的導(dǎo)線。

　　雙極性晶體管(BJT)在早期的時(shí)候用的比較多，俗稱三極管。它連上電阻、電源、電容，本身就具有放大信號(hào)的作用。像堆積木一樣，可以用它構(gòu)成各種各樣的電路，比如開(kāi)關(guān)、電壓/電流源電路、上面提到的邏輯門(mén)電路、濾波器、比較器、加法器甚至積分器等等。由BJT構(gòu)建的電路我們稱為T(mén)TL(Transistor-TransistorLogic)電路。BJT的電路符號(hào)長(zhǎng)這個(gè)樣子：

　　但是后來(lái)金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)的出現(xiàn)，以優(yōu)良的電學(xué)特性、超低的功耗橫掃IC領(lǐng)域。除了模擬電路中BJT還有身影外，基本上現(xiàn)在的集成電路都是由MOS管組成的了。同樣的，由它也可以搭起來(lái)成千上萬(wàn)種電路。而且它本身也可以經(jīng)過(guò)適當(dāng)連接用來(lái)作電阻、電容等基本電路元件。MOSFET的電路符號(hào)如下：

　　綜上所述，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，芯片的制造，實(shí)際上就是成千上萬(wàn)個(gè)晶體管的制造過(guò)程。只不過(guò)現(xiàn)實(shí)中制造芯片的層級(jí)順序正好反過(guò)來(lái)了，是從最底層的晶體管開(kāi)始一層層向上搭建。

　　也就是說(shuō)，按照“晶體管->芯片->電路板”的順序，我們最終可以得到電子產(chǎn)品的核心部件——電路板。