schema Electricité et électronique

* On peut voir l'électricité comme des ensembles d'électrons se déplaçant d'un point à un autre
* L'électronique est la science du contrôle de ces ensembles d'électrons
* Le contrôle le plus simple est fourni par un interrupteur mécanique

Interrupteurs 

* Un interrupteur possède deux signaux binaires, un en entrée et un autre en sortie

* On utilise généralement les digits binaires 0 et 1 pour nommer les valeurs possibles des signaux, avec 0 pour l’état inactif (off) et 1pour l'état actif (on)

Il est possible de faire des ordinateurs à l'aide des interrupteurs, de n'importe quel type
L'ordinateur Harvard Mark 1, construit entre 1939 et 1944, utilisait des interrupteurs électromécaniques
Le principal défaut de ce type d'interrupteurs est la vitesse: ils peuvent changer d'état seulement un petit nombre de fois par seconde
Le Harvard Mark 1 prenait 6 secondes pour multiplier deux nombres
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Circuits complémentaires 

Un point de sortie est toujours connecté à la valeur 0 ou à la valeur 1 (jamais aux deux), quelles que soient les valeurs des entrées

Portes logiques à interrupteurs 

Implémentation électronique

Les valeurs 0 et 1 correspondent à deux valeurs de tension:
VH et VL(VH> VL)
Logique positive:
• 0 = VL
• 1 = VH
Logique négative
• 0 = VH
• 1 = VL

Les semiconducteurs

Les semiconducteurs sont des matériaux qui peuvent se comporter comme des conducteurs ou comme des isolants
Le silicium est le plus connu des semiconducteurs
Un cristal pur de silicium est un isolant. Mais il devient conducteur en lui ajoutant des impuretés (doping)

Les atomes de boron peuvent recevoir facilement un électron: c'est des récepteurs (silicium de type P)
Les atomes de phosphore peuvent libérer facilement un électron: c'est des donneurs (silicium de type N)
Une pièce de silicium avec une partie P et une partie N peut conduire l'électricité seulement dans un sens: c'est une diode

Les transistors 

Un dispositif plus complexe est le transistor, avec une région région de silicium placée entre deux autres de type différent

Entre le collecteur et l'émetteur, le transistor peut être vu comme deux diodes connectées dos à dos: il ne devrait donc pas y avoir de courant entre ces deux points
Mais si un voltage est appliqué à la base du transistor, un courant peut circuler entre le collecteur et l'émetteur
Un transistor peut donc se comporter comme un interrupteur, avec la base comme point de contrôle

Transistor MOS 

(Metal-Oxide Semiconductor)

NMOS:

 le transistor se comporte comme un interrupteur fermé (courant entre drain et source)


le transistor se comporte comme un interrupteur ouvert (pas de courant entre drain et source) .

Niveaux de tension TTL

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Contraintes physiques

Il existe une limite au nombre d'entrées possibles pour une porte (fan-in ou entrance) et au nombre de portes qui peuvent recevoir un même signal de sortie (fan-outou sortance)

augmentation du fan-out

Portestri-state

Un signal logique est dans un état tri-state lorsqu'il n'est connecté à aucune valeur de tension (ni VH ni VL).
On dit également que le signal est flottant ou dans un état de haute impédance

Les portes tri-state sont utilisées généralement pour transférer des données d'un point du système, parmi plusieurs possibles, à un autre

Portes collecteur ouvert

On peut également mettre deux sorties ensemble en utilisant desportes où l'élément de pull-up doit être mis à l’extérieur.
Dans ce cas, le point de jonction fait office de porte ET (wired and)

Circuits intégrés 

 

Dans les années 50, les composants électroniques étaient fabriqués séparément
Pour faire un circuit, il fallait donc connecter un certain nombre de composants (diodes, transistors, résistances, etc)
Dans un circuit intégré, les différents composants sont fabriqués sur la même pièce de semiconducteur: c'est le circuit intégré (IC)

En avril 1965, 6 ans après l’invention du circuit intégré, Gordon Moore, co-fondateur d’Intel 3 ans plus tard, a fait une prédiction connue plus tard comme la loi de Moore : le nombre de transistors d’un circuit intégré doublera chaque année
A ce moment, l’équipe de Moore travaillait à la conception d’un circuit à ... 60 transistors
En 1975, Moore a fait passer à 2 ans la durée du cycle
Dès la fin des années 80, la durée du cycle est de 18 mois. Et la loi est appliquée à tous les paramètres de la technologie, notamment vitesse et performance