تويت
الرقاقة الحاسوبية
أهم اختراعات الإنسان والذي أحدث ثورةً في عالم التكنولوجيا هو الحاسوب، وأول ما تم اختراع الحواسيب قديمًا كانت ذات حجمٍ كبيرٍ جدًا، مما دفع كلًّا من المخترعين جاك كيلبي (Jack Kilby) وروبرت نويس (Robert Noyce) في عام 1959 إلى اختراع ما يسمى بالرقاقة الحاسوبية، والتي ساهمت في تقليص حجم الحواسيب كثيرًا، وفي هذا المقال سنتعرف على الرقاقة الحاسوبية وكيفية صنعها وأنواعها واستخداماتها؟.
الرقاقة الحاسوبية
وتسمى أيضًا الدائرة المدمجة، وهي عبارةٌ عن مجموعةٍ من الدارات الإلكترونية الموضوعة على قطعةٍ مسطحةٍ وصغيرةٍ (رقاقة) من مادة أشباه الموصلات، والتي عادةً ما تكون السيليكون، ويتم فيها دمج أعدادٍ كبيرةٍ من الترانزستورات الصغيرة والتي تنتج في الدارات أوامرًا أصغر حجمًا وأسرع وأقل تكلفةً من تلك المصنوعة من مكوناتٍ إلكترونيةٍ منفصلةٍ.
صناعة الرقاقة الحاسوبية
يتم تصنيع الرقاقات طبقةً تلو الأخرى من مادة أشباه الموصلات مثل السيليكون، ويتم بناء الطبقات بواسطة عمليةٍ تسمى الطباعة الضوئية والتي تستخدم المواد الكيميائية والغازات والضوء، فأولًا يتم ترسيب طبقة من ثاني أكسيد السيليكون (SiO2) على سطح رقاقة السيليكون ثم يتم تغطية تلك الطبقة بمادةٍ حساسةٍ للضوء تستخدم لتشكيل غطاءٍ مزخرفٍ على السطح باستخدام ضوء الأشعة فوق البنفسجية، حيث يقوم الضوء بالمرور من خلال القالب ويصلب المناطق المعرضة له، ويُستخدم الغاز للحفر في المناطق اللينة المتبقية، ويتم تكرار هذه العملية وتعديلها لبناء مكونات الدارات الكهربائية.
كما يتم إنشاء المسارات بين المكونات من خلال تراكب الشريحة بطبقةٍ رقيقةٍ من المعدن، وعادةً ما يكون من الألمنيوم وتُستخدم عمليات الطباعة الحجرية والحفر لإزالة المعدن تاركةً فقط مسارات التوصيل.
أنواع الرقائق الحاسوبية
سنتعرف فيما يلي
على أنواع الرقاقة الحاسوبية وهي:
تستخدم أجهزة الكمبيوتر اليوم شرائح ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) كوسيلةٍ أساسيةٍ لتخزين البيانات المؤقتة، والصنف الأكثر شيوعًا من هذه الرقائق الحاسوبية هي شرائح ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM)، وتوجد أنواعٌ أخرى مثل Flash وEPROM وEEPROM (والتي تستخدم غالبًا في الهواتف المحمولة والأجهزة المحمولة الأخرى كاللابتوبات)، وهذه الرقائق قادرةٌ على تخزين المعلومات طالما أن الكمبيوتر قيد التشغيل وتصل إليها الطاقة، أما في حال تم إيقاف تشغيل الكمبيوتر سوف يتم مسح جميع البيانات الموجودة على شريحة ذاكرة الوصول العشوائي، ولزيادة أداء الذاكرة يتم وضع ما يقارب الثماني شرائح من ذاكرة الوصول العشوائي في بعض أجهزة الكمبيوتر.
أو أي جهازٍ يقوم بوظائفَ مماثلةٍ لها، ويستلزم ذلك تنفيذ جميع الأوامر القابلة للبرمجة على جهاز الكمبيوتر مثل تشغيله عند الضغط على زر التشغيل (Power)، والمعالجات أساسًا هي دماغ الحاسوب وتتألف من وحدات التحكم والمنطق الحسابي (ALUs)، ويتم تثبيتها عادةً على شريحةٍ واحدةٍ (LSI) والتي تحتوي على عشرات الآلاف من الترانزستورات.
أجهزة الكمبيوتر وخاصةً أجهزة الكمبيوتر المحمولة (Laptop) تدمج الكاميرات والأجهزة الأخرى في تصميماتها، بالنسبة إلى هذه التطبيقات تستخدم أجهزة الكمبيوتر شرائح الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات ASICs والمصممة خصيصًا لوظائفَ محددةٍ (مثل التقاط الصور أو تسجيل الفيديو).
تأتي الرقائق الحاسوبية في ثلاث حزمٍ أو أنماطٍ أساسيةٍ وتشمل هذه الرقائق حزمًا وحيدة الخط (SIPs)، أو صفوف الدبابيس الشبكية (PGAs)، والحزم مزدوجة الخط (DIPs)، يمكن أن تأتي الرقائق أيضًا كجزءٍ من وحدة ذاكرةٍ مدمجةٍ واحدةٍ (SIMM) والتي تتكون من تسع شرائحَ مضغوطةٍ في وحدةٍ واحدةٍ.
استخدامات الرقائق الحاسوبية
على الرغم من أن الرقاقة الحاسوبية قد نشأت للاستخدام في جهاز الكمبيوتر إلا أنها تجد استخدامًا متزايدًا في العديد من الأجهزة الأخرى لا سيما السلع الاستهلاكية الإلكترونية، حيث أن الرقائق الحاسوبية تُستخدم الآن ليس فقط في الهواتف المحمولة، ولكن أيضًا في الغسالات وأجهزة التكييف المركزية وأجهزة التلفزيون عالية الدقة، حتى شركات صناعة السيارات تستخدمها في وظائفَ معينةٍ مثل تتبع حالة المحرك وتحسين سلامة السيارة، ويمكن استخدام هذه الرقائق أيضًا في نظام الفرامل المانعة لانغلاق السيارة.
كما بدأت الصناعات المالية والخدمية الحديثة في الاعتماد بشكلٍ كبيرٍ على الرقائق الحاسوبية في بطاقات الائتمان والخصم وبطاقات الهوية وتجميع بيانات الرعاية الصحية، حيث أصبحت هذه الأجهزة الرقيقة ذات شعبيةٍ متزايدةٍ عبر التطبيقات المتنوعة.
أهم اختراعات الإنسان والذي أحدث ثورةً في عالم التكنولوجيا هو الحاسوب، وأول ما تم اختراع الحواسيب قديمًا كانت ذات حجمٍ كبيرٍ جدًا، مما دفع كلًّا من المخترعين جاك كيلبي (Jack Kilby) وروبرت نويس (Robert Noyce) في عام 1959 إلى اختراع ما يسمى بالرقاقة الحاسوبية، والتي ساهمت في تقليص حجم الحواسيب كثيرًا، وفي هذا المقال سنتعرف على الرقاقة الحاسوبية وكيفية صنعها وأنواعها واستخداماتها؟.
الرقاقة الحاسوبية
وتسمى أيضًا الدائرة المدمجة، وهي عبارةٌ عن مجموعةٍ من الدارات الإلكترونية الموضوعة على قطعةٍ مسطحةٍ وصغيرةٍ (رقاقة) من مادة أشباه الموصلات، والتي عادةً ما تكون السيليكون، ويتم فيها دمج أعدادٍ كبيرةٍ من الترانزستورات الصغيرة والتي تنتج في الدارات أوامرًا أصغر حجمًا وأسرع وأقل تكلفةً من تلك المصنوعة من مكوناتٍ إلكترونيةٍ منفصلةٍ.
صناعة الرقاقة الحاسوبية
يتم تصنيع الرقاقات طبقةً تلو الأخرى من مادة أشباه الموصلات مثل السيليكون، ويتم بناء الطبقات بواسطة عمليةٍ تسمى الطباعة الضوئية والتي تستخدم المواد الكيميائية والغازات والضوء، فأولًا يتم ترسيب طبقة من ثاني أكسيد السيليكون (SiO2) على سطح رقاقة السيليكون ثم يتم تغطية تلك الطبقة بمادةٍ حساسةٍ للضوء تستخدم لتشكيل غطاءٍ مزخرفٍ على السطح باستخدام ضوء الأشعة فوق البنفسجية، حيث يقوم الضوء بالمرور من خلال القالب ويصلب المناطق المعرضة له، ويُستخدم الغاز للحفر في المناطق اللينة المتبقية، ويتم تكرار هذه العملية وتعديلها لبناء مكونات الدارات الكهربائية.
كما يتم إنشاء المسارات بين المكونات من خلال تراكب الشريحة بطبقةٍ رقيقةٍ من المعدن، وعادةً ما يكون من الألمنيوم وتُستخدم عمليات الطباعة الحجرية والحفر لإزالة المعدن تاركةً فقط مسارات التوصيل.
أنواع الرقائق الحاسوبية
سنتعرف فيما يلي
على أنواع الرقاقة الحاسوبية وهي:
- ذاكرة الوصول الاشتراكي (RAM):
تستخدم أجهزة الكمبيوتر اليوم شرائح ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) كوسيلةٍ أساسيةٍ لتخزين البيانات المؤقتة، والصنف الأكثر شيوعًا من هذه الرقائق الحاسوبية هي شرائح ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM)، وتوجد أنواعٌ أخرى مثل Flash وEPROM وEEPROM (والتي تستخدم غالبًا في الهواتف المحمولة والأجهزة المحمولة الأخرى كاللابتوبات)، وهذه الرقائق قادرةٌ على تخزين المعلومات طالما أن الكمبيوتر قيد التشغيل وتصل إليها الطاقة، أما في حال تم إيقاف تشغيل الكمبيوتر سوف يتم مسح جميع البيانات الموجودة على شريحة ذاكرة الوصول العشوائي، ولزيادة أداء الذاكرة يتم وضع ما يقارب الثماني شرائح من ذاكرة الوصول العشوائي في بعض أجهزة الكمبيوتر.
- وحدة معالجة مركزية (CPU):
أو أي جهازٍ يقوم بوظائفَ مماثلةٍ لها، ويستلزم ذلك تنفيذ جميع الأوامر القابلة للبرمجة على جهاز الكمبيوتر مثل تشغيله عند الضغط على زر التشغيل (Power)، والمعالجات أساسًا هي دماغ الحاسوب وتتألف من وحدات التحكم والمنطق الحسابي (ALUs)، ويتم تثبيتها عادةً على شريحةٍ واحدةٍ (LSI) والتي تحتوي على عشرات الآلاف من الترانزستورات.
- الرقائق الحاسوبية الأخرى:
أجهزة الكمبيوتر وخاصةً أجهزة الكمبيوتر المحمولة (Laptop) تدمج الكاميرات والأجهزة الأخرى في تصميماتها، بالنسبة إلى هذه التطبيقات تستخدم أجهزة الكمبيوتر شرائح الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات ASICs والمصممة خصيصًا لوظائفَ محددةٍ (مثل التقاط الصور أو تسجيل الفيديو).
- حزم الرقائق:
تأتي الرقائق الحاسوبية في ثلاث حزمٍ أو أنماطٍ أساسيةٍ وتشمل هذه الرقائق حزمًا وحيدة الخط (SIPs)، أو صفوف الدبابيس الشبكية (PGAs)، والحزم مزدوجة الخط (DIPs)، يمكن أن تأتي الرقائق أيضًا كجزءٍ من وحدة ذاكرةٍ مدمجةٍ واحدةٍ (SIMM) والتي تتكون من تسع شرائحَ مضغوطةٍ في وحدةٍ واحدةٍ.
استخدامات الرقائق الحاسوبية
على الرغم من أن الرقاقة الحاسوبية قد نشأت للاستخدام في جهاز الكمبيوتر إلا أنها تجد استخدامًا متزايدًا في العديد من الأجهزة الأخرى لا سيما السلع الاستهلاكية الإلكترونية، حيث أن الرقائق الحاسوبية تُستخدم الآن ليس فقط في الهواتف المحمولة، ولكن أيضًا في الغسالات وأجهزة التكييف المركزية وأجهزة التلفزيون عالية الدقة، حتى شركات صناعة السيارات تستخدمها في وظائفَ معينةٍ مثل تتبع حالة المحرك وتحسين سلامة السيارة، ويمكن استخدام هذه الرقائق أيضًا في نظام الفرامل المانعة لانغلاق السيارة.
كما بدأت الصناعات المالية والخدمية الحديثة في الاعتماد بشكلٍ كبيرٍ على الرقائق الحاسوبية في بطاقات الائتمان والخصم وبطاقات الهوية وتجميع بيانات الرعاية الصحية، حيث أصبحت هذه الأجهزة الرقيقة ذات شعبيةٍ متزايدةٍ عبر التطبيقات المتنوعة.