TW BIF01 BES

TW BIF01 BES.rst

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Betriebssysteme und Rechnerarchitekturen
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Computer muss frei programmierbar sein

Computergeschichte
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0. Gen
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**Relais**

* 1941 Konrad Zuse, Z3: erster Computer, basierend auf Relais

1. Gen
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**Röhren**

* 1946 Röhrencomputer

2. Gen
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**Transistoren**

* 1946 Bardeen, Shockley, Brettain erfinden **Transistoren**
* 1953 Halbleitecomputer
* 1955 Zeins Zemanek (TU Wien) erster Transistor Computer am europäschen Festland. "Mailüfterl"

3. Gen
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**Integrierte Schltkreise**

*1960 Minicomputer (So groß wie ein Schrank anstatt wie ein Raum)

4. Gen
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**Microprocessor**

CPU auf einem Chip.

* 1971 µProzessor Taschenrechner von HP
* 1981 IBM baut PCs
* Microsoft macht DOS

[Bild Relais]
[Bild Röhrendiode] Gleichrichter, nicht Verstärker
[Bild Triode] Röhren kommen im Gegensatz zu Relais ohne mechanische Bewegeungen aus.

Halbleiter
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[Physik: Leiter, nicht Leiter, Halbleiter]


Halbleiter wird durch relativ geringe Energiezufuhr leitend

Dotierung
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Halbleiter sind 4-Wertig

Durch dotierung mit Höher-(5)-wertigen Element (z.B. Phosphor) entsteht ein Elektronenüberfluss -> n-Leiter.

Durch dotierung mit  Niederwertigen-(3)-wertigen Element entstehen Elektronenlöcher -> p-Leiter

[Raumladungszone/ n/p-Übergang]

**Gleichrichtung**

Bipolartransistor
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Drei Anschlüsse

* Kollektor (C, Collector)
* Basis (B, base)
* Emitter (E, emitter)

[Bild: npn, pnp]

Feldeffekttransistor (FET)
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[Bild FET]

Drei bis Vier Anschlüsse

* Gate (G) Steueranschluss
* Drain (D)
* Source (S)
* Bulk (B) nur bei MOSFET

Halbleiterherstellung
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Fertigungsschritte werden durch (teure) Maskensätze (hunderte Masken) gesteuert.

* Logikplan
* Layoutsynthese
* Layoutplan

VHDL
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Bespreichungssprache für Schaltpläne. Geeignet um komplizierte digitale systeme zu beschreiben.

Produktionsschritte
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Eines der am perfektioniertesten von Menschen entwickeltes Verfahren.

Herstellung von Rohsilizium
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Quarz im Lichbögen mit Kohlenstoff erhitzt.

-> Silizium noch relativ unrein.

Einkristall
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Wird verglüssigt, destilliert, kristallisiert.

Beim kristallisieren lagern sich gleichartige Atome zuerst an -> reineres Ergebnis.

 [Grafik: Kristallisierung]
 
 Es entsteht ein einzelner großer Kristall. Eine polykristalline Struktur würde im Prozessor stören.
 
 Hohe Reinheit des Materials hautpverantwortlich für den Preis von Computerchips.
 
 Dotierung
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 Bei der Dotierung handelt es sich um eine gezielte verunreinigung.
 
 Wafer wird mit Ionen beschossen. ~300000 km/h.
 
 Oxidation
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 Wafer werden erhitzt und Sauerstoff ausgesetzt. Durch die Oxidation werden isolierende Stellen hergestellt.
 
 Fotolithographie
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 * Lack wird aufgetragen
 * Mit Maske belichtet.
 * Unbelichter Lack wird wegewaschen
 * Wafer teile ohne Lack werden weg geätzt
 
 Für die genaue ausrichtung werden Stepper mit nanometer präzision gebraucht.
 
 Belichtung
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 Wafer wird mit licht einer einzigen Wellenlänge belichtet.