Để điều chính những con số trong máy tính điện tử ta dụng vi mạch gì

Vi mạch tại sao lại khó sản xuất và cần sản xuất trong môi trường sạch? Những tác động to lớn của nó đến cuộc sống con người hiện nay như thế nào?... Giải thích đơn giản của một kĩ sư điện tử dưới đây sẽ giúp bạn có một hình dung cụ thể hơn về những con chip bé tẹo này. 

Một vi mạch bộ nhớ máy tính chụp qua kính hiển vi điện tử, sau đó được tô màu bằng kỹ thuật số [Ảnh: Nytimes]

Vi mạch hay còn gọi là vi mạch tích hợp [integrated circuit, gọi tắt là IC] là những mạch điện chứa các linh kiện bán dẫn [transistor] được kết nối lại với nhau với kích thước từ vài mm đến vài micro. Kích thước vi mạch ngày càng nhỏ, nghĩa là khoảng cách giữa các linh kiện bán dẫn ngày càng rút ngắn. Điều này cũng có nghĩa: quá trình giao tiếp giữa các linh kiện bán dẫn sẽ nhanh hơn, dẫn đến tốc độ xử lý của vi mạch được nâng lên.

Vậy vi mạch được làm từ vật liệu gì và chế tạo như thế nào?

Từ một đế bằng tấm silicon mỏng, người ta “cấy” lên trên đó những vật liệu khác nhau để tạo ra những vi mạch với những đặc tính khác nhau. Vật liệu đó thường là các hợp kim như: GaSb, GaAs, GaP… Tùy vào môi trường ứng dụng của vi mạch mà lựa chọn vật liệu cấy, đương nhiên giá thành sẽ cũng rất khác nhau. Tấm silicon mỏng đã được cấy các vật liệu được gọi là wafer. Các wafer có kích thước trung bình từ 25,4mm [1 inch] – 200mm [7.9 inch]. Với sự phát triển của ngành công nghệ vi mạch hiện nay, các hãng sản xuất vi mạch nổi tiếng trên thế giới như Intel, TSMC hay Samsung đã nâng kích thước của wafer lên 300mm [12 inch], thậm chí lên 450mm [18 inch]. Việc kích thước wafer được tăng lên đã làm cho giá thành của một vi mạch trở nên rất rẻ. Như vậy, trong quá trình sản xuất, nếu sản xuất được wafer càng lớn thì chi phí sản xuất sẽ giảm [do tiết kiệm được vật liệu sản xuất].

Có bao nhiêu loại vi mạch? 

Hình minh họa cho 1 wafer. Trên 1 tấm wafer chứa một số lượng rất lớn vi mạch.

Khi nhắc đến vi mạch [còn gọi là chip], người ta hay nhắc đến các loại chip 8 bit, 16 bit, 32 bit và hiện nay đã đạt đến 64 bit. Có thể hình dung 1 bit là một làn xe. Như vậy, nếu chip 8 bit so sánh với chip 32 bit thì chip nào sẽ đọc và ghi dữ liệu nhanh hơn? Chắc chắn là bit có nhiều làn xe hơn rồi! Tùy vào từng loại thiết bị, người ta sẽ ứng dụng các chip khác nhau. Nhưng hiện nay, thông thường là 32 bit và 16 bit. Riêng 8 bit vẫn được dùng trong các thiết bị không đòi hỏi tốc độ xử lý nhanh. Hiện nay, một số trường ĐH của VN vẫn dùng chip 8 bit để giảng dạy [vì đây là nền tảng để đi lên công nghệ cao hơn]. Còn chip 64 bit thì vẫn đang được phát triển. Vấn đề mà giới khoa học đang phải đối mặt hiện nay là hiện tượng tỏa nhiệt [sự nóng lên] khi nâng cấp chip lên công nghệ 64 bit. Giống như khi nhiều làn xe chạy quá thì sẽ làm cho bầu không khí xung quanh nóng lên, mà khi nóng lên thì người ta thường hay… nổi giận lắm!

Tại sao nói sản xuất vi mạch lại khó? 

Chip thử nghiệm của Rambus [nguồn: Rambus Inc.]

Trong ngôn ngữ điện toán chỉ có 2 giá trị: 0 hoặc 1, nhưng khi hoạt động trong thực tế [đặc tính vật lý của vật liệu], vấn đề làm đau đầu giới phát triển vi mạch là việc tính toán các thông số như: thời gian thiết lập [set up], duy trì [hold]… của các thiết bị . Vấn đề cần giải quyết ở đây là làm sao để kích thước của các vi mạch ngày càng nhỏ, nhưng thời gian “đóng – mở” của các linh kiện bán dẫn ngày càng nhanh. Giống như khi đưa một món ăn vào miệng, để thức ăn chuyển hóa thành năng lượng cho cơ thể, cần phải mất một khoảng thời gian nhất định, làm sao để thời gian này đươc rút ngắn nhưng vẫn có thể hấp thụ được tốt, nên việc tính toán thông số của các vật liệu rất phức tạp, đồng thời đòi hỏi sự hỗ trợ của các thiết bị tối tân và phần mềm chuyên dụng [rất đắt]. Việc sản xuất vi mạch khó là vì vậy.

Tại sao sản xuất chip/vi mạch lại cần môi trường sạch?

Khi sản xuất ra một thiết bị, người ta phải cung cấp cho người tiêu dùng một bản thông tin kĩ thuật [datasheet] của thiết bị đó. Trong datasheet đó, buộc phải cung cấp cho người dùng các thông số cơ bản: điện áp, cường độ dòng điện, thời gian set up, hold... Để có được thông số đó, trong quá trình sản xuất chip, người ta phải kiểm soát được nồng độ bụi trong môi trường sản xuất [xung quanh con chip/thiết bị có bao nhiêu hạt bụi và những thành phần tạp chất khác?]. Vì vậy bạn sẽ thấy sản xuất chip cần phải ở trong môi trường sạch. 

Hình ảnh trong phòng thí nghiệm sản xuất vi mạch: Quang cảnh phòng sạch. [Ảnh: nhatban.net]

Nhờ vào việc kiểm soát được thành phần tạp chất xung quanh, các nhà sản xuất có thể tính toán chính xác được các thông số vi mạch. Có thể khẳng định, vi mạch đang làm thay đổi cuộc sống xung quanh. Bạn có thể hình dung, vài năm trước đây, chiếc điện thoại Nokia rất to và cồng kềnh, nhưng ngày nay, với sự phát triển của công nghệ vi mạch, người ta đã làm cho nó ngày càng nhỏ hơn và mang lại nhiều ứng dụng mạnh mẽ hơn [có thể cập nhật thông tin thời tiết, các cửa hàng giảm giá, nghe những bài nhạc hit nhất…] cho đời sống con người. Đó là nhờ kích thước vi mạch ngày càng nhỏ. Hay nếu cách đây 10 năm, những bộ vi xử lý [CPU] P4 của Intel giá thành rất đắt, thì nay nó đã trở nên rất rẻ và phổ biến [thậm chí đã thành lạc hậu] sau khi có sự xuất hiện của Duo Core. Đó là nhờ kích thước vi mạch ngày càng nhỏ lại.

Nếu thế kỉ trước, khái niệm “họp trực tuyến, văn phòng trực tuyến, ngôi nhà thông minh” còn khá xa lạ, thì ngày nay nó đã trở nên phổ biến nhờ sự phát triển sức mạnh của các vi mạch. Ngay tại văn phòng, bạn có thể quan sát được chú chó cưng của bạn đang làm gì, bạn có thể kiểm tra xem mình đã khóa cửa chưa vào 1 buổi sáng vội vã ra khỏi nhà…

Theo VietNamNet

Câu 1. Trên một tụ điện có ghi 160V - 100 F. Các thông số này cho ta biết điều gì?A. Điện áp định mức và dung kháng của tụ điện.B. Điện áp đánh thủng và dung lượng của tụ điện.C. Điện áp cực đại và khả năng tích điện tối thiểu của tụ điện.D. Điện áp định mức và trị số điện dung của tụ điện. 

Câu 2. Trong một mạch chỉnh lưu cầu nếu mắc ngược chiều cả 2 Điốt thì 

A. Mạch hoạt động trong nửa chu kỳ.B. Mạch vẫn hoạt động bình thơường.C. Dây thứ cấp chập mạch.D. Không làm việc. 

Câu 3. Loại tụ điện nào chỉ sử dụng cho điện một chiều và phải mắc đúng cực?

A. Tụ giấy            B. Tụ xoay                     C. Tụ gốm            D. Tụ hóa 

Câu 4. Loại tụ điện có thể biến đổi được điện dung là:

A. Tụ hóa.            B. Tụ xoay.                    C. Tụ sứ.              D. Tụ dầu. 

Câu 5. Mạch chỉnh lưu một nữa chu kì có mấy Điốt: 

A. 1                      B. 2                      C. 4                      D. 3 

Câu 6. Mạch chỉnh lưu một nữa chu kì có dòng điện qua tải là:

A. Gián đọan.                B. Dòng xoay chiếu.C. Liên tục.                              D. Bằng phẳng. 

Câu 7. Mạch chỉnh lưu nào sau dùng 2 Điốt:

A. Hình tia.                             B. Một nữa chu kì.C. Cầu                           D. Bội áp. 

Câu 8. Trong các sơ đồ mạch điện sau đây, sơ đồ ở hình nào là của mạch chỉnh lưu cầu?

 
Câu 9. Để điều khiển những con số trong máy tính điện tử ta dùng vi mạch:A. Lôgic.              B. Tương tự.                  C. Tranzito.                   D. Tuyến tính. 

Câu 10. Linh kiện nào thường dùng dẫn dòng điện một chiều và chặn dòng điện cao tần.

A. Cuộn cảm.       B. Tụ điện.           C. Điện trở.                    D. Tranzito.Câu 11. Mạch chỉnh lưu cầu tương đương với nguồn một chiều cú cực dương luụn nằm về phía…A. catốt của bốn điốt.B. catốt của bốn điốt.C. anốt của hai điốt.D. catốt của hai điốt. 

Câu 12. Điốt, Tirixtô, Triac, Tranzito, Diac chúng đều giống nhau ở điểm nào

A. Nguyên lý làm việc.B. Vật liệu chế tạo.C. Công dụng.D. Số điện cực. 

Câu 13. Triac có mấy lớp tiếp giáp P – N ?       

A. 3            B. 5             C. 4             D. 2 

Câu 14. Điều kiện để Tirixto dẫn điện là:

A. UAK   > 0  và  UGK  = 0B. UAK  > 0  và   UGK  > 0C. UAK  = 0   và  UGK  = 0D. UAK  = 0   và  UGK  > 0 

Câu 15. Tụ hoá có thể mắc vào các loại mạch điện

A. xoay chiều.                         B. có điện áp ổn định.C. 1 chiều                                D. xoay chiều lẫn 1 chiều     

Câu 16. Ý nghĩa của trị số điện dung là C biết khả năng tích lũy năng lượng:

A. cơ học của tụ khi phóng điện.B. từ trường của tụ điệnC. hóa học của tụ khi nạp điện.D. điện trường của tụ điện. 

Câu 17. Điện trở nhiệt có hệ số dương khi:

A. Nhiệt độ giảm thì R tăng.B. Nhiệt độ tăng thì R tăng.C. Nhiệt độ tăng thì R giảm.D. Nhiệt độ giảm thì R giảm. 

Câu 18. Trong mạch tạo xung đa hài tự dao động có.

A. 2 tụ điện, 2 tranzito, 4 điện trở.B. 1 tụ điện, 1 tranzito, 2 điện trở.C. 2 tụ điện, 2 tranzito, 3 điện trở.D. 3 tụ điện, 2 tranzito, 1 điện trở. 

Câu 19. Loại tụ điện nào không thể mắc được vào mạch điện xoay chiều?

A. Tụ giấy            B. Tụ gốm            C. Tụ xoay                     D. Tụ hóa 

Câu 20. Một điện trở có. A màu trắng , B màu tím , C nâu , D thân điện trở thì điện trở đó có số đo là:

A. 97 sai số 20% .                             B. 970 sai số 20%.C. 9,7 sai số 20%.                             D. 0,97 sai số 20%. 

Câu 21. Tác dụng của tụ hóa trong mạch chỉnh lưu cầu là:

A. Phóng điện.                         B. Làm cho dòng điện bằng phẳng.C. Tích điện.                            D. Tăng sự nhấp nháy. 

Câu 22. Trong mạch tạo xung đa hài tự dao động [nếu chọn tranzito, điện trở, tụ điện giống nhau] thì mach tạo xung có chu kì: 

A. 1,4 RC.            B. 0,7 RC.            C. 3600                D. 2π. 

Câu 23. Loại tụ điện cần được mắc đúng cực là:

A. Tụ sứ.              B. Tụ hóa.            C. Tụ giấy.           D. Tụ dầu. 

Câu 24. Cuộn cảm chặn được dòng điện cao tần là do

A. Dòng điện qua cuộn cảm lớn.B. Điện áp đặt vào lớn.C. Hiện tơượng cảm ứng điện từ .D. Tần số dòng điện lớn. 

Câu 25. Kí hiệu như hình vẽ bên dưới là của loại linh kiện điện tử nào?

 A. Tranzito loại NNP              B. Tranzito loại PPNC. Tranzito loại PNP               D. Tranzito loại NPN 

Câu 26. Ý nghĩa của trị số điện trở là:

A. Cho biết khả năng phân chia điện áp của điện trở.B. Cho biết mức độ chịu đựng của điện trở.C. Cho biết khả năng hạn chế điện áp trong mạch điệnD. Cho biết mức độ cản trở dòng điện của điện trở. 

Câu 27. Hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại điện áp dùng OA phụ thuộc vào …

A. độ lớn của điện áp vào.B. độ lớn của điện áp ra.

C. trị số của các điện trở R1 và Rht 

D. chu kì và tần số của tín hiệu đưa vào. 

Câu 28. Chức năng của mạch chỉnh lưu là:

A. Ổn định điện áp xoay chiềuB. Ổn định dòng điện và điện áp một chiều.C. Biến đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều.D. Biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. 

Câu 29. Trong mạch tạo xung đa hài để làm thay đổi điện áp thông tắc của 2 Tranzito là do:

A. Điện trở R3, R4.                 B. Điện trở R1, R2.C. Tranzito T1, T2.                 D. Tụ điện C1, C2 . 

Câu 30. Công dụng chính của IC khuếch đại thuật toán [OA] là:

A. Khuếch đại công suất.B. Khuếch đại chu kì và tần số của tín hiệu điện.C. Khuếch đại dòng điện một chiều.D. Khuếch đại điện áp.

-----------------------
ĐÁP ÁN

1. D	2. C	3. D	4. B	5. A	6. A	7. A	8. A	9. A	10. A
11. D	12. B	13. B	14. B	15. C	16. D	17. B	18. A	19. D	20. B
21. B	22. A	23. B	24. C	25. C	26. D	27. C	28. D	29. A	30. C