:: wikimiki.org ::
| שבב |
שבב]
מעגל משולב (Integrated circuit IC) (לעיתים מכונה: שבב, ג'וק או צ'יפ), הוא מעגל חשמלי מיקרוסקופי, המכיל בתוכו מרכיבים אלקטרוניים העשויים מוליך למחצה, שמספרם יכול לנוע בין עשרות בשבבים לוגיים פשוטים ועד לכמה מאות מיליונים כמו במעבדים המתקדמים ביותר של ימינו.
המעגל המשולב הופיע בשנות ה-60 של המאה ה-20, והחליף תוך זמן קצר את שפופרות הריק, ששימשו עד אז לבניית מעגלים אלקטרוניים. למעגלים משולבים יתרונות רבים, כגון המימדים הקטנים, יעילות גבוהה והאפשרות לייצור המוני.
כיום לאחר חצי מאה מאז הופעתם, הם חדרו לכל תחומי חיינו. הם מהווים חלק חשוב ממכשירים אלקטרוניים רבים, כדוגמת מחשבים טלפונים סלולריים ואף מוצרי צריכה ביתיים המכילים בתוכם מעגלים משולבים.
ייצור
מעגלים משולבים מיוצרים על גבי בסיס (substrate), העשוי מחומר מוליך למחצה - בדרך כלל סיליקון חד-גבישי, ועבור יישומים ייחודיים, גליום ארסניד או אינדיום-פוספיד. בשיטות הייצור ההמוני משתמשים בדרך כלל בפרוסה של חומר הבסיס, שצורתה עיגול קטוּם. פרוסה זו מכונה בעגה המקצועית 'wafer'.
שיטת הייצור ההמוני של מעגלים משולבים מבוססת על טכניקות של צילום, ונקראת פוטוליתוגרפיה. בשיטה זו, עבור כל שלב בתהליך מיוצרת תבנית (pattern) או מסיכה בעגה מקצועית, המתארת את איזורי ההשפעה של אותו תהליך על פני ה-'wafer'.
כל שלב בתהליך הייצור מחולק לשלבי המשנה הבאים:
# ציפוי ה-'wafer' בחומר רגיש לאור, הנקרא פוטו-רסיסטור. חומר זה משנה את תכונותיו בעקבות חשיפה לאור - האיזורים שנחשפו יגלו תכונות שונות מאלה שלא נחשפו לאור.
# חשיפת ה-'wafer' לאור, העובר דרך מסיכה. המסיכה גורמת לכך שרק חלקים מסויימים של ה-'wafer' ייחשפו לאור.
# איכול סלקטיבי של הפוטו-רסיסטור. ה-'wafer' מוטבל בחומר המאכל אך ורק חלקים מסויימים מהפוטו-רסיסטור - או את אלה שנחשפו, או את אלה שלא נחשפו (בתלות בחומר המשמש כפוטו-רסיסטור, ובטיב החומר המאכל).
# ביצוע פעולה כימית או פיזית על ה-'wafer'. בשלב זה, חלקים מסויימים של ה-'wafer' מכוסים בפוטו-רסיסטור, ומוגנים בפני הפעולה הכימית או הפיזית המופעלת עליו. כך, הפעולה הכימית או הפיזית משפיעה רק על חלקים מסויימים של ה-'wafer', ויוצרת בו מבנים בעלי תכונות חשמליות.
במהלך תהליך הייצור, מופעלות על ה-'wafer' פעולות כימיות ופיזיות שונות, ביניהן:
- נידוף (deposition) - תהליך של השמת שכבות נוספות של חומרים שונים, כגון מתכות על גבי הבסיס. הנידוף יכול להיות כימי, כלומר להתבסס על תגובה כימית, או פיזקלי, כלומר, להתבסס על תופעות פיזיקליות שונות, כגון התעבות של חומר ממצב גזי למצב מוצק.
- איכול (etching) - זהו השלב של הרחקת חומרים עודפים מהבסיס על מנת ליצור את המסיכה. מבחינים בין איכול רטוב (איכול בעזרת חומרים נוזליים, לרוב תמיסות, לבין איכול יבש (איכול בעזרת גז או פלסמה).
- סימום (doping) - הוספת זיהומים למוליך למחצה על מנת לשנות את מוליכותו החשמלית.
- חימצון
- גידול שכבות דקות
בעזרת התהליכים המתוארים לעיל ניתן ליצור את המרכיבים השונים של המעגל ואת החיבורים שביניהם, העשויים בדרך-כלל אלומיניום או נחושת. כך, למשל, על-מנת ליצור קבל בטכנולוגיית המעגל המשולב, יש ליצור שתי שכבות מוליכות, אשר ביניהן שכבה מבודדת.
היסטוריה
הרעיון של מעגל משולב הוצע לראשונה בשנת 1952 על-ידי ג'פרי דאמר, מהנדס שעבד ב'חברה המלכותית לאותות ורדארים' בבריטניה. אך רעיונותיו נראו בזמנו כמגוחכים ולא מציאותיים, לכן לא הצליח להשיג מימון ממשלתי או פרטי.
המעגלים המשולבים הראשונים נוצרו בנפרד על-ידי ג'ק קילבי בשנת 1959 (המעגל הראשון הזה כלל רק טרנזיסטור אחד מספר מרכיבים אחרים על פרוסת גרמניום) ורוברט נוייס בשנת 1961 (זהו הצ'יפ הראשון שהיה עשוי סיליקון).
הדור הראשון של מעגלים משולבים כלל עשרות בודדות של טרנזיסטורים, ולכן כונה SSI (Small-Scale Integration). מעגלים מדור זה היוו גורם חיוני במחשבים ששימשו את תוכנית אפולו. הביקוש הרב וההשקעות הממשלתיות הביאו להתפתחותה של טכנולוגיית המעגל המשולב ולירידה דרסטית במחירים של המעגלים - במהלך 3 שנים, מ1960 עד 1963, ירד מחירו של מעגל בודד מ-1000 דולר עד 25 דולר.
השלבים הבאים בהתפתחותם של מעגלים משולבים היו MSI (Medium-Scale Integration)בסוף שנות ה-60, הדור של מעגלים שכללו מאות טרנזיסטורים, ו-LSI (Large-Scale Integration) באמצע שנות ה-70, השלב שבו המעגלים היו מורכבים מעשרות אלפי רכיבים. בשנת 1971 יצא המיקרו-מעבד הראשון, Intel 4004, אשר כלל 2300 טרנזיסטורים והיה מיועד לראשונה לשימוש מסחרי.
השלב הסופי בתהליך ההתפתחות של מעגלים משולבים, משנות ה-80 ועד ימינו, הוא VLSI (Very-Large-Scale Integration). בשנת 1986 יצא לאור הצ'יפ הראשון של זיכרון מחשב, והוא כלל יותר ממליון טנזיסטורים.
מאז, נעשו מספר נסיונות להגדיל את מורכבותם של מעגלים משולבים. בשנות ה-80 המאוחרות מספר מהנדסים ניסו ליישם את טכניקת WSI (Wafer-Scale Integration), כלומר, לשלב על פלטה אחת את כל הרכיבים של המחשב. אומנם נסיונות אלה נכשלו, אך הם היוו בסיס לגישת ה-SOC (System-on-a-chip). לפי גישה זו, רכיבים שונים שמקודם נוצרו בניפרד וחוברו בעזרת מעגל מודפס, עתה מעוצבים על אותו השבב שכולל כמה מרכיבים שונים.
סיווג ומורכבות
מעגלים משולבים מתחלקים למעגלים אנלוגיים, דיגיטליים ומעורבים (mixed signal), ויכולים לכלול מאחד עד מליוני התקנים אלקטרוניים, כגון שערים לוגיים, פליפ פלופים ועוד. מגמת העלייה במורכבות המעגלים מתוארת בחוק מור, אשר גירסתו המודרנית קובעת כי כמות הרכיבים האלקטרוניים במעגל משולב מכפילה את עצמה כל 18 חודשים.
התפתחויות נוספות
בשנות ה-80 הופיעו מעגלים משולבים הניתנים לתכנות - כלומר, מעגלים אשר התפקידים הלוגיים שלהם יכולים להיקבע על-ידי המשתמש, ולא על-ידי מייצר המעגל.
הטכניקות המשוכללות, המשמשות לייצור מעגלים משולבים, קיבלו שימוש חדש בטכנולוגית ה-MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems), טככנולוגיה של יצירת מכונות מזעריות. ההתקנים המיוצרים הטכנולוגיה זו, בגודל מיקרומטרים ספורים ועד מילימטרים ספורים, נמצאים בימינו בשימוש צבאי ומסחרי רחב - למשל, במדפסות הזרקת דיו, מדי לחץ ותאוצה, מכשירי ניווט ועוד. MEMS, אשר עם הזמן מקטינה את מימדיה, מהווה, לדעת הרבים, שער לננוטכנולוגיה העתידית.
קישורים חיצוניים
[http://www.hwzone.co.il/articles.php?file=CPU113"מעבדים, אלקטרוניקה וקצת כימיה"] - מאמר מפורט על מעגל משולב על שלל ההיבטים
קטגוריה:אלקטרוניקה
ja:集積回路
ko:집적회로
ms:Litar bersepadu
simple:Integrated circuit
מעגל חשמלימעגל חשמלי מורכב מאוסף של רכיבים חשמליים, כמו נגדים, קבלים, דיודות, טרנזיסטורים ועוד, המחוברים ביניהם בעזרת מוליכים, בצורה שמאפשרת זרימה של זרם חשמלי דרכם.
כדי שיזרום זרם במעגל צריכים להתקיים שני תנאים:
#המעגל צריך להיות מחובר למקור אנרגיה. האנרגיה יכולה להיות מסופקת למעגל בצורה של מתח חשמלי (בעזרת מקור מתח), בצורה של זרם חשמלי (בעזרת מקור זרם), או בצורה של אנרגיה מכאנית (בעזרת מנוע).
#במעגל צריך להיות לפחות מסלול סגור אחד העובר דרך מקור האנרגיה.
מונחים יסודיים
מגע בין שני רכיבים הוא מצב שבו שני רכיבים חשמליים מחוברים זה לזה בעזרת מוליך, כך שזרם השורם דרך אחד מהם, יזרום גם דרך השני.
נתק במעגל חשמלי הוא מצב שבו שני רכיבים סמוכים במעגל אינם מחוברים ביניהם, ולא יכול לזרום ביניהם זרם. ישנם רכיבים, הנקראים מפסקים, המשמשים ליצירה מבוקרת של נתקים במעגל. בעזרת מפסק ניתן להפסיק באופן מבוקר את זרימת הזרם במעגל לצורך הפסקת פעולתו של רכיב חשמלי למשל. בשימוש יומיומי אנו משתמשים במפסקים להדלקה וכיבוי של נורות תאורה חשמליות, למשל.
מעגל פתוח הוא מעגל חשמלי שיש בו נתק, ולכן לא זורם בו זרם חשמלי. מעגל חשמלי נקרא מעגל סגור אם אין בו אף נתק.
קצר חשמלי הוא מצב בו שני רכיבים במעגל מחוברים זה לזה בעזרת מוליך בלבד. נאמר שישנו קצר במעגל אם שני קטבי מקור המתח מחוברים זה לזה בעזרת מוליך בלבד, או שיש מסלול כלשהו במעגל המחבר את שני קטבי מקור המתח בעזרת מוליך בלבד. מצב זה גורם לזרימה של זרם בעוצמה גבוהה בין קטבי מקור המתח, הגורם בתורו להתחממות מהירה של המעגל עד כדי שריפה של המוליך(בתלות בעוצמת הזרם והחומרים מהם עשוי המוליך).
מפל מתחים הוא הפרש המתחים (פוטנציאלים) בין שתי נקודות במעגל. במעגל חשמלי סגור יזרום זרם חשמלי במורד מפל המתחים, כלומר מנקודת המתח הגבוה אל נקודת המתח הנמוך. נקודת המתח הגבוה ביותר במעגל, ונקודת המתח הנמוך ביותר במעגל תהינה בדרך כלל ממוקמות בשני הקצוות (חיובי ושלילי בהתאמה) של מקור המתח במעגל.
עוצמת הזרם במעגל תלויה בעוצמת המתח החשמלי של המקור ובתכונות הרכיבים המחוברים במעגל.
צומת חשמלי הוא נקודת מפגש של שלושה רכיבים או יותר במעגל חשמלי.
חיבור טורי בין שני רכיבים הוא מצב בו שני רכיבים במעגל חשמלי מחוברים זה לזה ללא שום צומת ביניהם.
חיבור מקבילי בין שני רכיבים הוא מצב בו שני רכיבים במעגל חשמלי מחוברים זה לזה בשני קצותיהם.
הערות:
# ישנם רכיבים בעלי יותר משני נקודות חיבור למעגל (נקודות החיבור למעגל נקראות רגלי הרכיב).
# ייתכן גם מצב בו שני רכיבים אינם בטור ואינם במקביל.
מימדים פיזיים
המימדים הפיזיים של מעגלים חשמליים משתנים בסקלה רחבה מאד:
מעגל חשמלי יכול להיות מאוד קטן, כמו מעגל משולב (הנקרא גם שבב או בשפת העם "ג'וק" או "צ'יפ"). גודלו של מעגל כזה, שיכול להכיל מיליוני רכיבים חשמליים, נמדד במילימטרים רבועים.
ישנם גם מעגלים חשמליים גדולים מאד, כגון רשת חשמל ארצית, שיכולה להכיל מיליוני משתמשים.
בין שני סדרי הגודל הקיצוניים האלה, ישנם גם מעגלים חשמליים בגדלי ביניים רבים, כגון רשת חשמל של בניין או מפעל. רשת החשמל הביתית בנויה באופן מקבילי, ובה החשמל מסופק בזרם חילופין.
מעגל מודפס הוא מעגל, שיכול להכיל עשרות רכיבים, וגודלו נע בין סנטימטרים רבועים ספורים לעשרות או מאות סנטימטרים רבועים. באלקטרוניקה משתמשים במעגלים מודפסים לשימושים רבים ושונים, ולכן מעגלים אלה נקראים גם כרטיסים אלקטרוניים.
חישובים במעגל חשמלי
את עוצמת הזרם הזורם דרך רכיבים שונים במעגל וגודל מפל המתח עליהם ניתן לחשב בעזרת:
- חוק הזרמים של קירכהוף - הקובע כי סכום הזרמים הנכנסים לצומת שווה לסכום הזרמים היוצאים ממנו.
- חוק המתחים של קירכהוף - הקובע שהסכום האלגברי של המתחים (כוון אחד חיובי, כוון שני שלילי) בלולאה במעגל חשמלי יהיה אפס.
- חוק אוהם - הקובע כי המתח על נגד שווה לזרם הזורם דרכו כפול התנגדותו.
- המרת כוכב-משולש - המאפשרת להפוך מעגל המחובר בצורת כוכב, למעגל המחובר כמשולש ולהיפך, ללא שינוי תכונותיו החשמליות.
- משפטי נורטון-תבנין - הקובעים כי כל אוסף דו-קוטבי של מקורות מתח, מקורות זרם ונגדים שווה-ערך למקור זרם אידיאלי במקביל לנגד יחיד (משפט נורטון) או למקור מתח יחיד בטור לנגד יחיד (משפט תבנין).
קטגוריה:חשמל
קטגוריה:אלקטרוניקה
ja:電気回路
אלקטרוניקהאלקטרוניקה - ענף של הנדסת חשמל העוסק בוויסות תנועתם של אלקטרונים באמצעות רכיבים שונים, באופן שאפשר להתייחס אליהם כמידע. ראשיתה של האלקטרוניקה בהמצאת שפופרת קתודית וישומה במכשירי רדיו. החלפת השפופרת ברכיבים מוליכים למחצה (semiconductors) ובמעגל מודפס, פרצה את הדרך ליישומה האלקטרוניקה בכל תחומי החיים, בזכות המזעור ועלות הייצור הנמוכה של הרכיבים הבסיסיים.
מושגי יסוד
טרנזיסטור - דיודה - נגד - קבל - סליל - מעגל מודפס - מעגל משולב - מוליך למחצה
ענפים מסחריים עיקריים
- אלקטרוניקה אזרחית
- אלקטרוניקה בידורית
- אלקטרוניקה רפואית
- אלקטרוניקה צבאית
----
-
קטגוריה:טכנולוגיה
ja:電子工学
ko:전자공학
ms:Elektronik
simple:Electronics
th:อิเล็กทรอนิกส์
שער לוגישער לוגי הוא התקן אלקטרוני שמשמש למימוש של פעולות באלגברה בוליאנית. שערים לוגיים מומשו גם באמצעות ממסרים והתקנים אופטיים. ניקולה טסלה היה הראשון שהוציא פטנט על מימוש של שער לוגי.
שער לוגיים מודרניים נוצרים באמצעות קבוצה של טרנזיסטורים. הפעולה הבוליאנית AND, למשל, ניתנת למימוש באמצעות שני מתגים, A ו-B. מקור מתח מחובר לאחד המתגים, ושני המתגים מחוברים ביניהם, כך שעל שניהם להיות במצב ON כדי שהמעגל יוליך חשמל. אם המתגים מבוקרים באופן אלקטרוני, המעגל נחשב לשער לוגי.
הטבלה הבאה מסכמת את פעולת השער הלוגי AND:
טרנזיסטורים
בתרשימים אלקטרוניים מוצג AND לוגי בצורות הבאות:
טרנזיסטורים
טרנזיסטורים
בתרשימים אלקטרוניים מוצגים השערים בצורה הבאה:
טרנזיסטורים
שערים לוגיים מקובלים הם:
AND לוגי, OR לוגי, NOT לוגי, XOR לוגי, XNOR לוגי, NAND לוגי, NOR לוגי.
כללי דה מורגן מאפשרים להראות כיצד לממש שער לוגי מסוים באמצעות שערים אחרים, ובפרט הם מאפשרים להוכיח (כפי שהראה צ'ארלס פירס) שאת כל אחד מהשערים הלוגיים ניתן לממש באמצעות NAND לוגי לבדו, ובאמצעות NOR לוגי לבדו.
באמצעות צירוף של שערים לוגיים בסיסיים המפורטים לעיל, ניתן לממש פעולות בוליאניות מורכבות, כאלה המרכיבות רכיבים אלקטרוניים שונים.
ראו גם
- קשר לוגי
קטגוריה:מעגלים ספרתיים
ja:論理回路
מעבד
מעבד, יחידת העיבוד המרכזית (CPU - Central Processing Unit), הוא החלק המרכזי במחשב, מוחו של המחשב, שמבצע את הפקודות המאוחסנות בזכרון המחשב. פקודות אלה הן פקודות אלמנטריות ביותר, כשכל פקודה בנויה מרצף קצר של ביטים, שמשמעותו מובנת על-ידי המעבד. רצף זה קרוי שפת מכונה. כל דגם של מעבד מתאפיין בסט הפקודות שלו.
המעבדים המודרניים (המכונים מיקרו-מעבדים) בנויים על גבי שבב אחד בודד. יכולותיו של המעבד כוללים קריאת מידע מהזיכרון או מהתקנים שונים, ביצוע פעולות מתמטיות ולוגיות על מידע זה וכתיבת תוצאות החישוב בחזרה לזיכרון או לחלופין שליחתו להתקנים חיצוניים. יכולת זו מאפשרת למעבד גמישות רבה מספיק בכדי לשמש למגוון רחב ביותר של יישומים.
מבחינה מספרית, הרוב המכריע של המעבדים המיוצרים כיום, משמשים כיחידות בקרה של מוצרי צריכה דוגמת: צגים, מדפסות, מכוניות, מכונות כביסה וכן הלאה. עם זאת, המעבדים בעלי החשיבות הרבה ביותר מבחינה טכנולוגית, בהם מתמקדים רוב מאמצי המחקר והפיתוח הם המעבדים המשמשים כיחידת עיבוד מרכזית במחשב.
רקע היסטורי
עד ראשית שנות השבעים היו מחשבים מורכבים ממספר רב של מעגלים מודפסים ותפסו נפח עצום, לעיתים אפילו קומות שלמות. נקודת המפנה החשובה ביותר היתה פיתוח המיקרו-מעבד, שהכיל את כל החומרה הדרושה על גבי שבב יחיד. כיום כל המעבדים הנמצאים בשימוש הם מיקרו-מעבדים.
המיקרו-מעבד הראשון היה ה-4004 שפותח בשנת 1971 על ידי חברת אינטל, שעסקה עד אז בפיתוח ויצור שבבי זיכרון. במקור פותח ה-4004 עבור מחשבי כיס של חברת Busicom היפנית.
שבב זה היה הראשון שגישר על הפער שבין שבבים יעודיים בעלי יכולת מוגבלת שנועדו לישום מסויים (לדוגמה מחשבי כיס) לבין יחידות עיבוד במחשבים שהיו קיימים אז, שהורכבו ממספר רב של מעגלים מודפסים שונים. יכולת החישוב של ה-4004 היתה מוגבלת למדי והוא התבסס על פעולות של 4 סיביות בלבד, כך שלא היה מתאים לשימוש במחשב.
ה-8008 שפותח בשנת 1972 הרחיב את יכולת המעבד לעבודה על 8 סיביות, ובשנת 1974 פיתחה אינטל גירסה משוכללת יותר, ה-8080, ששימשה מאוחר יותר כיחידת עיבוד מרכזית במחשבים ביתיים.
במקביל ל-8080 פותחו גם מספר מעבדים מתחרים כגון Z80 של חברת זילוג (שהוקמה על ידי אחד המהנדסים שהיה אחראי על פיתוח ה-4004 באינטל), ה-6800 של חברת מוטורולה וה-6502 של חברת MOS Technology, שהיו כולם פופולריים במחשבים ביתיים בראשית שנות ה-80.
בשנת 1981 בחרה חברת IBM ב-8086 של אינטל, יורשו של ה-8080, בתור יחידת העיבוד המרכזית עבוד המחשב האישי שלה והפכה בכך את משפחת ה-x86 של אינטל למעבדים הפופולאריים ביותר. מעט מאוחר יותר, בשנת 1984, בחרה חברת אפל במעבד מתחרה, ה-6800 של חברת מוטורולה עבור מחשבי המקינטוש, וכך סידרת המעבדים של מוטורולה הפכה לשניה בתפוצתה אחרי המעבדים של אינטל, עד שהוחלפה בשנת 1991 במעבד הpowerPC שפותח במשותף על ידי מוטורולה, IBM ואפל.
פעולת ומבנה המעבד
כל מעבד מורכב ממספר יחידות המבצעות פעולות שונות. במעבדים מודרניים המבוססים על שיטת צינור עיבוד נתונים (Pipeline), כל אחת מיחידות אלו פועלת בנפרד.
לצורך ביצוע פעולה בודדת צריכות להתבצע הפעולות הבאות:
- חישוב הכתובת בה נמצאת הפקודה הבאה
- קריאת הפקודה הבאה לביצוע מהזיכרון
- פיענוח הפקודה: בשלב זה המעבד מפענח מהי הפקודה שצריכה להתבצע, איזו יחידת ביצוע להפעיל ואילו משתנים מעורבים. במעבדים בעלי ארכיטקטורת CISC, פקודת אסמבלי בודדת עשויה להפוך בשלב הפיענוח למספר פקודות פנימיות של המעבד.
- חישוב: בשלב זה קוראים ערכים מהזיכרון במידה וצריך (במעבדים מסויימים הקריאה מהזיכרון נחשבת לשלב נפרד), ובהתאם לסוג הפעולה מופעלת יחידת החישוב המתאימה של המעבד לביצוע הפעולות האריתמטיות והלוגיות הרלוונטיות.
- כתיבה חזרה לזיכרון: הערך המחושב נכתב למקום בו אמורה להתאכסן התוצאה.
יחידות המרכיבות את המעבד:
יש לציין כי במיקרו-מעבד כל היחידות השונות יושבות על אותו השבב, והחלוקה ליחידות קיימת רק בשלב התכנון. החלוקה ושמות היחידות שונות במעט ממעבד אחד למשנהו, אבל מעבדים מודרניים מורכבים בדרך-כלל מהיחידות הבאות:
- מטמון L0: זיכרון מהיר במיוחד, המשמש לאיכסון פקודות המיועדות לביצוע. במקום לפנות בכל פעם לזיכרון הכללי, פעולה הדורשת זמן רב, מאכסנים במטמון L0 את אוסף הפקודות הבאות בתור לביצוע.
- מטמון L1: זיכרון מהיר המשמש לצורך זירוז העבודה עם הזיכרון הראשי לצורך כתיבת נתונים. זיכרון זה מאכסן את האזורים האחרונים בזיכרון בהם השתמשו לצורך כתיבה או קריאה. במעבד פנטיום 4 לדוגמה, גודל מטמון זה הוא 64K.
- מטמון L2: זיכרון מעט איטי יותר מ-L1 אבל עדיין מהיר בהרבה מהזיכרון החיצוני. בעבר מטמון זה ישב בשבב נפרד מחוץ למעבד, אבל כאשר ניתן היה להכניס מספיק טרנזיסטורים בשבב אחד, הוכנס גם מטמון זה אל תוך המעבד. גודלו של מטמון L2 מגיע ל-1MB במעבדי פנטיום 4 חדשים.
- מטמון L3: זיכרון איטי מהL2 שנמצא בחלק ממעבדי הXEON ומעבדי הEE של אינטל אבל לא נמצא ברוב המעבדים.
- יחידת קריאה ופיענוח: יחידה האחראית על שלבי הקריאה והפיענוח של פקודות.
- יחידת ניבוי קפיצות: בשפת האסמבלי ישנן פקודות קפיצה המורות למעבד לעבור לביצוע פקודה בכתובת מסויימת שאינה בהכרח הכתובת הבאה בזיכרון. פקודות קפיצה אלו הן ברובן מותנות, כלומר: הקפיצה תבוצע רק אם תנאי מסויים יתקיים. בכדי שניתן לקרוא ולפענח את הפקודה הבאה לפני שידוע אם התנאי אכן מתקיים או לא, המעבד מנסה לנחש האם הקפיצה תבוצע על סמך ניסיון העבר.
- יחידה לוגית אריתמטית: יחידה זו מבצעת פעולות במספרים שלמים ופעולות לוגיות שונות.
- יחידת חישוב בנקודה צפה: יחידה זו מבצעת פעולות במספרים ממשיים. במעבדים ישנים (לדוגמה 80386), לא היתה במעבד יחידה כזו והיה צורך בשבב חיצוני שיבצע את הפעולות במספרים ממשיים. כיום זהו חלק אינטגרלי מהמעבד עצמו.
- בקר BUS: ה-BUS הוא האמצעי המקשר בין המעבד לבין הזיכרון וההתקנים החיצוניים במחשב. לצורך סינכרון התקשורת ב-BUS יש צורך בבקר (controller) שתפקידו לווסת ולפקח על התעבורה ב-BUS. בעבר גם יחידה זו היתה בשבב נפרד וכיום זהו חלק מהמעבד עצמו. יחידה זו היתה צואר הבקבוק של המעבד, בגלל שהקריאה והכתיבה לזכרון היו נמוכים באופו משמעותי ממהירות המעבד עצמו, והוא היה צריך להמתין מחזורי שעון על מנת לבצע את הקריאה. עם ההתקדמות הועלתה מהירותו ובמעבדי פנטיום 4 החדישים היא עומדת על 1066MHz. שהיא כשליש ממהירות המעבד עצמו. תפקידו של זכרון מטמון L2 הוא לגשר על הפער בין מהירות המעבד למהירות הערוץ.
מושגים בסיסיים במיקרו-מעבדים
- מהירות שעון או תדר עבודה: בכל מעבד ישנו שבב הפולט פולסים. פולסים אלו מווסתים את קצב פעולת המעבד. ככלל, ככל שמהירות השעון גבוהה יותר כך המעבד מהיר יותר, אם כי אין זה הפרמטר היחיד הקובע את מהירות המעבד. במחשב הIBM-PC הראשון היה מעבד 8086 היתה מהירות שעון של 4.77MHz, כלומר 4.77 מיליון פולסים לשניה. במעבדי פנטיום 4 הנמכרים בשנת 2004 מהירות שעון של עד 3.8GHz, כלומר 3.8 מיליארד פולסים לשניה.
- צינור עיבוד נתונים (Pipeline): שיטת תכנון מעבד בה מחולקת העבודה למספר שלבים המבוצעים במקביל. לדוגמה: בזמן שתוצאות הוראה אחת נכתבות לזיכרון, ההוראה הבאה מתבצעת, וההוראה הבאה אחריה כבר מפוענחת. מעבד ה-8086 לא היה בנוי בשיטת צינור עיבוד נתונים ולכן היה צריך לחכות שהוראה תתבצע עד תומה לפני שהמעבד התחיל לבצע את ההוראה הבאה. מסיבה זו במעבד זה לכל הוראה לקח משך זמן של 3-4 תקתוקי שעון בכדי להתבצע. ככל שהעבודה מחולקת לחלקים קטנים יותר כך ניתן להפעיל את המעבד בתדר גבוה יותר, אלא שיש לכך מחיר: במעבד בעל צינור עבודה ארוך במיוחד, אם התבצעה טעות בשלב מוקדם (לדוגמה, יחידת הניבוי ביצעה ניחוש מוטעה לגבי הכתובת של ההוראה הבאה) יקח זמן רב יותר להתאושש מהטעות.
- סופר-סקלאר: מעבד המכיל מספר יחידות המסוגלות לבצע פעולות שונות השייכות לאותו שלב בצינור הביצוע במקביל. לדוגמה, מעבד עשוי להכיל יחידה אחת עבור פעולת החילוק ויחידה נפרדת עבור פעולת הכפל, וכך ניתן לבצע את פעולת הכפל של ההוראה הבאה לפני שפעולת החילוק הסתיימה.
- Out of order machine: מעבדים מודרניים סופר-סקלאריים מסוגלים לשנות את סדר ביצוע הפעולות בכדי להפעיל כמה יחידות חישוב במקביל וליעל את קצב העבודה של המחשב. הרעיון הוא שכאשר פקודה מסויימת מחכה לתוצאות של חישובים שטרם הסתיימו, ניתן לבצע בינתיים את הפעולות הבאות אחריה, כל עוד פעולות אלו אינן תלויות בחישובים שטרם הסתיימו.
- פעולות לתקתוק שעון (Instructions per cycle): מרכיב נוסף המשפיע על מהירות המעבד בנוסף למהירות השעון שלו הוא מספר הפעולות שהמעבד מסוגל לבצע בתקתוק שעון. מעבד ה-8086 לדוגמה היה מסוגל לבצע פעולה ב-4 תקתוקי שעון. מעבדים מודרניים כגון הפנטיום 4, האתלון של חברת AMD וה-PowerPC של IBM ומוטורולה מסוגלים לבצע יותר מאשר פעולה אחת בכל תקתוק של השעון.
- CISC לעומת RISC: המעבדים הראשונים תוכננו לפני המצאת צינור עיבוד הנתונים ולכן שפת הסף שלהם איפשרה ביצוע פעולות מורכבות יחסית שאינן יכולות להתחלק באופן יעיל לחלקים קטנים יותר. מעבדים אלו כונו מעבדי CISC (ר"ת של Complex Instruction Set Computer). עם המצאת השיטה של צינור עיבוד הנתונים, פותחו מעבדים חדשים עם שפה שהותאמה במיוחד לשיטה זו. שפת המכונה של מעבדים אלו הכילה פקודות פשוטות יותר אותן קל לחלק לשלבים, ולכן כונו RISC (ר"ת של Reduced Instruction Set Computer). אף על פי שמעבדי RISC נחשבו ליעילים יותר, מעבדי אינטל ותואמיהם (כולל המעבדים של AMD) המשיכו לעבוד בשיטת ה-CISC בכדי לשמור על תאימות לשפת המכונה של המעבדים הקודמים. לעומתם, ה-PowerPC המשמש במחשבי המקינטוש הוא מעבד RISC. עם זאת, עם הזמן הצטמצם הפער בביצועים בין CISC ל-RISC, כאשר מעבדי CISC מודרניים כגון הפנטיום-4 והאתלון מתרגמים כל פקודה בשפת המכונה המורכבת שלהם לשפת RISC פנימית.
תהליך יצור המעבד
את המעבדים מייצרים בתהליך המכונה ליתוגרפיה, במהלכו נסרקת התבנית של המעגל באמצעות קרן לייזר באורך גל מסויים ומועתקת אל שיכבה דקה של מוליך למחצה, כגון סיליקון. מפאת גודלם הזעיר של הרכיבים, כל גרגיר אבק קטנטן עלול לקלקל את הרכיב, ולכן מייצרים
את המעבדים באזורים מיוחדים חדרים נקיים, שבהם רמת החלקיקים באויר נמוכה פי 1000 מחדר ניתוח, הטכנאים לבושים בחליפות מיוחדות המכונות בעגה Bunny-Suits. בתהליך זה מדפיסים מספר רב של מעבדים על פרוסת סיליקון, אותה חותכים למעבדים רבים בסיום התהליך. מעבדים איכותיים יותר, מקבלים את מהירות השעון המקסימלית ואילו מעבדים באיכות פחות טובה, מקבלים מהירות שעון נמוכה יותר. עובי ההדפסה של קוי המתאר של מוליכי המעבד קטנה משנה לשנה, על מנת שיהיה אפשר לחסוך בחשמל, להעלות את מהירות השעון של המעבד ולבנות מעבדים מורכבים יותר על-ידי הגדלת מספר הרכיבים. באמצע 2004 עובי הקוים של המעבד עומד במעבדי אינטל החדשים על 0.09 מיקרון. כיום (יולי 2005) המעבדים מיוצרים בטכנולוגיה של עד 65 ננומטר (0.065 מיקרון).
חברות לייצור מעבדים
IBM, אינטל, מוטורולה, AMD, VIA, Transmeta
ראו גם
- מונחים בחומרה
קטגוריה:חומרה
-
ja:CPU
ko:CPU
ms:Unit_Pemproses_Pusat
th:หน่วยประมวลผลกลาง
המאה ה-20(המאה ה-19 - המאה ה-20 - המאה ה-21 - לוח אירועים בהיסטוריה)
המאה ה-20 היא התקופה שהחלה בשנת 1901 והסתיימה בשנת 2000. היא המאה האחרונה של המילניום השני. נוח יותר לראות אותה כמאה הנכתבת בצורה 19xx, כלומר משנת 1900 ועד שנת 1999, וכך רואים אותה רבים.
במאה ה-20 חלו תמורות מרחיקות לכת בעולם, מבחינות מדיניות, כלכליות, חברתיות, תרבותיות ומדעיות.
מלחמות העולם
שתי מלחמות העולם התרחשו במאה ה- 20 : מלחמת העולם הראשונה (1914 - 1918) ומלחמת העולם השנייה (1939 - 1945).
במלחמות אלו נהרגו עשרות מליוני אזרחים וחיילים, נשפכו נהרות של דם, הוגדרו מחדש בכוח הזרוע מדינות, גבולותיהן, ושיטת הממשל בהן, במיוחד ביבשת אירופה שהיתה המקור והבמה הראשית למאבקים אלו אולם גם בכל שאר העולם.
במהלך מלחמת העולם השנייה התרחשה השואה של יהודי אירופה.
התקפלות האימפריות והקמת המדינות החדשות
לאחר מלחמת העולם השנייה, נסוגו (או גורשו) מדינות אירופה ששלטו בשאר חלקי העולם מרוב מושבותיהן, דבר שהביא לסיום האימפריאליזם והקולוניאליזם. במקום האימפריות האירופיות, קמו מדינות חדשות רבות ברחבי העולם, ביניהן גם מדינת ישראל.
מאבק האידאולוגיות
במישור החברתי/כלכלי היתה המאה ה-20 במה למאבקים בקנה מידה עולמי בין האידאולוגיות המודרניות העיקריות: הליברליזם (האידאולוגיה השלטת בתחילת המאה ובסופה) הפשיזם והקומוניזם, מאבק שניטש לאורך רוב רובה של המאה.
ציונים עיקריים למאבק זה:
- הקמת רפובליקת וויימאר והדמוקרטיות החדשות במזרח אירופה לאחר מלחמת העולם הראשונה והתפרקותן במלחמת העולם השנייה.
- הקמת ברית המועצות (1917) והגוש הקומוניסטי והתפרקותם בתחילת שנות ה-90.
- הכרזת הרייך השלישי בגרמניה הנאצית (1931), עלית המיליטריזם היפני, עלית הפשיזם באיטליה ושאר המשטרים הפשיסטים, ונפילתם בסוף מלחמת העולם השנייה.
- עלית כוחה היחסי של ארצות הברית בעולם והקמת הדמוקרטיות העממיות
- המלחמה הקרה בין הגוש הקומוניסטי בהנהגת ברית המועצות לבין המדינות הדמוקרטיות בהנהגת ארצות הברית
התאגדות מדינית בינלאומית
לאחר מלחמת העולם הראשונה הוקם חבר הלאומים במטרה לשמור על שלום העולם. ארגון זה הוחלף בארגון האומות המאוחדות לאחר מלחמת העולם השנייה, בה הוכיח את אי-יעילותו. ארגונים אלו הינם הארגונים הראשונים לאגד את רובה המוחלט של אוכלוסיית העולם.
פוסט מודרניזם
לקראת סוף המאה, עם קריסתה של הגירסה המזרח אירופית לקומוניזם והופעתם של תהליכי הגלובליזציה המהירה עברו המאבקים להיות יותר בין תרבויות ופחות בין אידיאולוגיות. תהליך זה הוביל לעידן המכונה עידן פוסט מודרני, ולצידו תפיסת עולם חדשה ושנויה במחלוקת- הפוסט מודרניזם.
התפתחויות במבנה הכלכלה
במהלך המאה ה-20 חלו שינויים רבים במבנה הכלכלה העולמית.
- עליתו ונפילתו של הגוש הקומוניסטי הביאה ליצירתה של כלכלה שיתופית רחבה שהיתה תקפה לגבי אוכלוסיה גדולה במיוחד.
- מאבקי עובדים רבים הביאו לשינויים במבנה הכלכלי של מדינות רבות, ולהקמתה של הסוציאל-דמוקרטיה.
- מדינות רבות עברו, בייחוד בהשפעת ארצות הברית, לכלכלה קפיטליסטית לאחר מלחמת העולם השנייה, ורבות מהן עברו תהליכי הפרטה ממושכים.
- התפתחו תאגידי ענק בינלאומיים בבעלות פרטית וציבורית.
ולקראת סוף המאה:
- הוקם האיחוד האירופי.
- זוהתה והוגדרה הגלובליזציה ככוח חזק ומאיץ בכלכלה העולמית. יש המכנים את העולם כיום כפר גלובלי.
התפתחויות מדעיות
במאה ה-20 הופיעו תחומי מדע חדשים רבים, וכן הושגו התקדמויות רבות בתחומים הקיימים. ההתפתחויות העיקריות:
- פיזיקה - מאקרו: תורת היחסות וחקר החלל המיידי והרחוק.
- פיזיקה - מיקרו: מכניקת הקוונטים, גילוי הביקוע הגרעיני וההיתוך הגרעיני.
- ביולוגיה: זיהוי מבנה הסליל הכפול של הDNA וריצוף הגנום האנושי.
- מתמטיקה: ענפים חדשים שהתפתחו: אנליזה מודרנית, טופולוגיה, לוגיקה מתמטית, תורת הקבוצות האקסיומטית, קומבינטוריקה, תורת המשחקים.
- מתמטיקה: משפטים חשובים שהוכחו ובעיות שנפתרו: משפטי אי השלמות של גדל, המשפט האחרון של פרמה.
- מדעי המחשב: כל התחום פותח במאה ה-20.
התפתחויות טכנולוגיות
במישור הטכנולוגי חלה במאה ה-20 מהפכה טכנולוגית מלאה בתחומים שונים:
- המצאות כגון המוליך למחצה
- תחבורה: המצאת האוירון והמסוק, התחלת שימוש המוני במכונית ובכבישים, רכבות המונעות במנוע בעירה פנימית ובמנוע חשמלי ורכבות מהירות.
- מדעי החלל: המירוץ לחלל, ובמסגרתו תוכנית אפולו (כולל נחיתה על הירח), בניית לווינים.
- מידע: המצאת מצלמת הקולנוע, הטלויזיה, האינטרנט, התקשורת הסלולרית.
- המצאת המחשב.
- אנרגיה:, שימוש נרחב במנוע שריפה פנימית פיתוח הכור הגרעיני, שימוש באנרגיה סולרית.
- אמצעי לחימה: פיתוח טילים, טנקים,מטוסי קרב, מסוקי קרב נושאות מטוסים,נשק לא קונבנציונלי, צוללות.
תקופות ואירועים היסטוריים
- ראשית המאה העשרים - 1900 - 1914 - מתחילה התחבורה ההמונית בזכות המצאות חדשות - המכונית, מטוס. התערערות האימפריאליזם.
- מלחמת העולם הראשונה - 1914 - 1919
- בין שתי מלחמות עולם - 1919 - 1939
- מלחמת העולם השנייה - 1939 - 1945
- המלחמה הקרה - 1945 - 1991
- פירוק האימפריאליזם (במקביל למלחמה הקרה) - 1943 - 1961.
- מדינת ישראל קיבלה עצמאות כמדינה יהודית בארץ ישראל - 1948
- עידן פוסט מודרני - 1991 עד ימינו.
ראו גם
- התפוצצות אוכלוסין
קישורים חיצוניים
[http://www.pbs.org/wgbh/aso התפתחות המדע במאה ה-20]
----
-
20
ja:20世紀
ko:20세기
simple:20th century
ייצור המוניייצור המוני הוא ייצור של מוצרים תעשייתיים בשיטות מתקדמות, כגון פסי ייצור, המאפשרות ייצור בכמויות גדולות, בדרך כלל במחירים נמוכים משמעותית מייצור ידני. הייצור ההמוני הפך לנפוץ על ידי הנרי פורד בתחילת המאה ה-20, ובמיוחד בפס הייצור של מכונית הפורד מודל T.
היסטוריה
בעוד שפורד היה הראשון להשתמש בפסי הייצור בתקופה האחרונה, הרעיון פותח לראשונה בונציה מספר מאות קודם לכן, בה ייצרו אניות באמצעות חלקים שיוצרו קודם לכן ובפסי ייצור. מחסן הנשק הונציאני ייצר ככל הנראה אנייה אחת ביום, במה שהיה המפעל הראשון בעולם אשר, בשיאו, העסיק 16,000 עובדים.
ספרים יוצרו בייצור המוני מאז שיצא לאור התנ"ך של יוהנס גוטנברג כבר באמצע המאה ה-15.
במהלך המהפכה התעשייתית, שיטות ייצור המוניות פשוטות שימשו את מפעל הגלגלות בפורטסמות' לייצור גלגלות עבור חיל הים הבריטי במהלך המלחמות הנפוליוניות. שיטות ייצור המוניות אלו שימשו גם לייצור שעונים ושעוני יד וכן גם נשק קל.
הייצור ההמוני הביא לאפשרויות הפצה של מוצרים מתקדמים שעד אז היו נגישים לעשירים ביותר, אל הציבור הרחב, דבר שגרם שינויים רבים משמעותיים בחייהם של רבים. השפעה מהותית נוספת שנגרמה מהשימוש בייצור המוני, היא הקטנה של היקף המשרות במפעלים אשר אויישו על ידי מכונות.
ייצור המוני של מוצר מסויים הופך אותו לנגיש, דבר שכיום יכול אף להחשב כחסרון במוצרים המשווקים לשכבות מבוססות יותר, שכן פעמים רבות הייצור מתבצע במדינות בהן כח האדם זול מאוד כגון סין, טאיוואן ומדינות נוספות, ולעתים איכותו פחותה. לכן כיום רואים מוצרים רבים המתהדרים בכך שנעשו בעבודת יד, או מאכלים שמודגש בהם הצד הביתי, שכן לאוכל תעשייתי יש נטייה להכיל חומרים משמרים, וחומרים אחרים הפוגעים בטעמו. יחד עם זאת, הייצור ההמוני בבסיסו מאפשר רמת חיים גבוהה יותר ליותר אנשים ושפע של מוצרים בשוק.
תועלת וייעול
החסכון בייצור המוני מגיע ממספר מקורות. הגורם העיקרי הוא הפחתה משמעותית מאמצים לא יצרניים מכל הסוגים. בייצור ידני, האומן צריך להתרוצץ בחנות על מנת להשיג את חלקי המוצר ואז לחברם יחדיו. עליו לאתר ולהשתמש במספר רב של כלים, מספר רב של פעמים, על מנת להרכיב מוצר מורכב כגון שעון. בייצור המוני לעומת זאת, כל עובד מבצע מחדש את אותה המטלה או מספר מטלות, ומשתמשים באותם הכלים על מנת לבצע פעולה או מספר פעולות דומות על רצף מוצרים. הכלי והחלק נמצאים תמיד בהישג יד והעובד לא צריך לבזבז את זמנו על הבאתם.
עוד סוג של תועלת היא היא האפשרות העומדת בפני המפעל לרכוש כמויות גדולות של חומרים. אפשרות זו חוסכת בעלויות כלליות כגון משלוח, משא ומתן ועבודת ניירת, הקשורים לרכישת החלקים.
פסי ייצור
מערכות ייצור הומני מאורגנים בדרך כלל בפסי ייצור המבוקרים באמצעים אלקטרוניים. החלקים נעים על מסוע, או אם הם כבדים - נתלים על מסילת פס המותקנת על התקרה. במפעל המייצר מוצר מורכב, משתמשים במספר תת-פסי ייצור המתחברים בסופו של דבר לפס הייצור הראשי. תרשים של מפעל ייצור המוני טיפוסי נראה דומה לצורתו של שלד של דג.
אינטגרציה מאונכת
אסטרטגיה חשובה מאוד היא אינטגרציה מאונכת. באסטרטגיה זו, היצרן מייצר את רוב או כל החלקים וחלקי-משנה אשר מרכיבים את המוצר הסופי. לדוגמה, בנקודה מסוימת, חברת פורד חצבה, כפשוטו ומשמעו, מחצבי ברזל במינסוטה והפכה אותו למכונית בדטרויט. כיום, במקום הרכבת כל המוצר, מנהלי המפעילם בוחרים איזה חלקים לייצר על פי התשואה להשקעה אשר כל שיטת ייצור יכולה להפיק. התוכנית הבסיסית היא לגרום לארגונים אחרים לייצר את חלקי-המשנה הלא ריווחיים. לעיתים, חברות כאלו יכולות להרשות לעצמן לקנות ציוד מקצועי או ארגונים אשר הופכים את עצמן ליעילים יותר ממפעלים אחרים המבצעים את אותן הפעולות.
ראו גם
- אוטומציה
- בקרה
- סרט נע
קטגוריה:ייצור
ja:大量生産
מחשב
בשם מחשב נקראת כל מכונה המעבדת נתונים ומבצעת בהם פעולת חישוב על פי תוכנית מוכתבת מראש. מכונת חישוב, לעומתה, היא אמצעי מכני (או אלקטרוני) המעבדת נתונים ללא תוכנית מוכתבת מראש, אלא על ידי משתמש המנחה אותה ללא הרף, צעד אחר צעד, בפעולות שעליה לבצע,ולפיכך אינה בגדר מחשב.
המונח מחשב מתייחס למכונות בעלות יכולת חישוב ועיבוד נתונים (שכיום היא גבוהה מאד) שניתן להזינם בתוכניות מגוונות ומורכבות ביותר, המאפשרות ביצוע מגוון רחב של משימות. במקור נוצרו מחשבים כדי לפתור בעיות מתמטיות, אך כיום הם משמשים אותנו בכל תחומי החיים.
כלל הרכיבים שהמחשב מורכב מהם קרויים חומרה. הרכיבים העיקריים הם:
- מעבד, המבצע את עיבוד-הנתונים שהמחשב נדרש לבצע.
- זכרון, שבו מאוחסנות התוכניות הפועלות במחשב (והנתונים המשמשים תוכניות אלה).
- אבזרי קלט-פלט, המשמשים את המעבד לקשר עם העולם הסובב אותו, כגון מקלדת לקליטת נתונים וצג להצגת נתונים.
- דיסק קשיח - המשמש לאיחסון קבצים על המחשב.
להפעלת המחשב משמשות תוכניות מחשב (או תוכנה), שמפתחים אותן מתכנתים תוך שימוש בשפות תכנות.
כמו כן, מתכנתים כותבים כל העת תוכנות חדשות המשמשות את קהל המשתמשים במחשב לביצוע ישומים שונים ומגוונים.
שפת המכונה, שהיא אוסף של הוראות המובן בצורה ישירה (ללא כל תרגום) על-ידי המעבד, היא רצף של סיביות (קוד בינארי), כלומר מורכבת משתי הספרות "0" ו-"1". המושגים הבסיסיים ביותר שהמחשב מסוגל "להבין" ולהתייחס אליהם הם "פועל" או "לא פועל", או במילים אחרות ,"יש מתח חשמלי" או "אין מתח חשמלי". מצב אחד מסומן בקוד "0" ואילו השני בקוד "1".
באופן זה ניתן ליצור מספרים ארוכים מאד שמורכבים כולם מהספרות "0" ו-"1" ושהמחשב מעבד אותם לכדי פקודות מורכבות.
מתן הנחיות למחשב בצורה מובנית ואנושית יותר נעשית באמצעות שפות תכנות כגון בייסיק, שפות מחשב, כגון Java, או שפות סימון כגון HTML, המשמשות את המתכנתים לכתיבת התוכנות.
ראה אנימציה - פעולת מחשב מופשטת
הדגם הנפוץ של המחשב הוא המחשב האישי, ובנוסף לו פועלים מחשבים רבים כשרתים.
ראו גם
- היסטוריה של המחשוב
- תכנות
- רשתות מחשבים
- אינטרנט
- מערכות הפעלה
- קוד פתוח
- מחשב נייד
- מחשב-על
- מדעי המחשב
- חומרה
- משחקי מחשב
- מונחים בחומרה
- מונחים בתוכנה
- מונחים ברשת מחשבים
קישורים חיצוניים
- [http://www.computerhistory.org מוזיאון המחשבים ההיסטורי]
- [http://www.obsoletecomputermuseum.org תמונות של מחשבים ישנים]
- [http://www.webopedia.com/TERM/C/computer.html הגדרת המונח "מחשב" בוובופדיה]
- בלדד השוחי, [http://news.nana.co.il/Article/?ArticleID=101926&sid=16 "מי המציא ראשון את המחשב?"], באתר "נענע"
קטגוריה:טכנולוגיה
-
קטגוריה: המצאות
ja:コンピュータ
ko:컴퓨터
ms:Komputer
simple:Computer
צורן
פוטוליתוגרפיהפוטוליתוגרפיה היא טכנולגיה המשמשת בתעשיית המיקרואלקטרוניקה לייצור מעגלים מודפסים ומעגלים משולבים.
בטכנולוגיה זו ניתן להגיע להדפסה של קווים בעובי של 180 ננומטר. בצורה זו ניתן לדחוס בתוך שבב יותר מעשרה מליוני טרנזיסטורים.
עקרונות הפוטוליתוגרפיה זהים למעשה לאלו של הליתוגרפיה.
קטגוריה:דפוס
קטגוריה:אלקטרוניקה
מתכת
מתכת היא יסוד כימי המורכב מאטומים שלאלקטרונים שלהם, אשר נמצאים ברמה האחרונה, אנרגית יינון נמוכה. כתוצאה מכך חלק או כל האלקטרונים של הרמה האחרונה נמשכים בצורה חלשה לגרעין האטום.
המילה הלועזית למתכת היא מטאל (Metal); שורש זה, שמקורו ביוונית, מצוי במספר מונחים הקשורים למתכות ("גוון מטאלי", בעל ברק מתכתי) וגם בכאלו בעלי קשר עקיף ורעיוני בלבד: הבי מטאל, למשל (סגנון מוזיקה המאופיין בשימוש בגיטרות בעלות צליל מתכתי - המזכיר את הצליל הנוצר מחיכוך שתי פיסות מתכת האחת בשניה או מהפעלת לחץ על מתכת). הענף בכימיה העוסק בחקר המתכות נקרא מטלורגיה.
מתכות הן אחת משלוש הקבוצות המרכיבות את יסודות הטבלה המחזורית. הקבוצות האחרות הן אל-מתכות ומטלואידים (מתכות למחצה). בטבלה המחזורית נמצאות המתכות בצד השמאלי; הן מסתיימות בקו האלכסוני המתחיל מהיסוד בור ונמשך עד לאסטטין.
במתכת טהורה או בסגסוגת (עירוב של שתיים או יותר מתכות) האטומים יוצרים סריג מתכתי, כאשר אלקטרוני הערכיות אינם קשורים לאטום מסויים, אלא נמצאים בכל הסריג. רוב המתכות מתאפיינות במספר תכונות בולטות: הן בדרך-כלל מבריקות, בעלות צפיפות גבוהה (ולכן יוצרות צליל גבוה לאחר הקשה עליהן), קשיחות, בעלות טמפרטורת התכה גבוהה ומוליכות חום וחשמל.
כאשר מתכות מתרכבות עם אל-מתכות, האטומים שלהם מוסרים את אלקטרוני הערכיות והופכים ליונים חיוביים (קטיונים). היונים החיוביים של המתכת והיונים השליליים (האניונים) של האל-מתכת יוצרים סריג יוני.
קטגוריה:כימיה
ja:金属
ko:금속
simple:Metal
th:โลหะ
תגובה כימיתתגובה כימית (או ריאקציה כימית) היא תהליך שבו משתנה מבנה המולקולות המרכיבות את החומר.
שינוי במבנה המרחבי בלבד, כמו בהרתחת מים לאדים, איננו נחשב לתגובה כימית. בתגובה כימית מולקולות עשויות להתחבר וליצור תרכובת של מולקולות גדולות יותר, להתפרק וליצור מולקולות קטנות יותר או ליצור סידור מחדש של האטומים בתוך המולקולה. תגובה כימית כרוכה, בדרך כלל, ביצירה או בשבירה של קשר כימי.
לרישום הפעילות המתרחשת בעת תגובה כימית משמש הכתיב הכימי.
תרמודינמיקה
האטומים בתגובות הכימיות אינם משנים את מקומם ואת קשריהם באופן שרירותי, אלא לפי חוקים פיזיקליים נוקשים. ה"שאיפה" היא תמיד ליצירת קשרים כימיים יציבים, בעלי אנרגיה נמוכה. אם שני חומרים נמצאים האחד בנוכחות השני, וקיימת אפשרות לשילוב חדש בין האטומים המרכיבים אותם, שילוב אשר יביא ליצירת קשרים יציבים יותר, הרי שהדבר יתרחש ותגובה כימית תצא לפועל בין שני החומרים.
תגובה כימית יכולות להיות תגובה אקסותרמית, שבה נפלטת אנרגיה (בדרך-כלל אנרגיית חום), כלומר: אנרגיית התוצרים קטנה מזו של המגיבים; אותגובה אנדותרמית - תגובה הצורכת אנרגיה מהסביבה (ובה אנרגיית התוצרים גדולה מזו של המגיבים).
לשם התנעתה של תגובה כימית נדרשת השקעה של אנרגיה ראשונית, אנרגיית ההפעלה. חומרים מסוימים מסוגלים להאיץ באופן ניכר את מהירותן של תגובות כימיות. חומרים אלו, הנקראים זרזים, עושים זאת באמצעות הפחתת אנרגיית ההפעלה של התגובה.
סוגי תגובות
- תגובה דחיסה או קונדנסציה: תגובה בין שני חומרים, כשבמהלכה נפלטת מולקולה קטנה, בדרך-כלל של מים או אמוניה.
- תגובת התמרה: תגובה בה אטום או קבוצת אטומים מחליפים אטום או קבוצת אטומים במולקולה מסוימת.
- תגובת החסרה או אלימינציה: תגובה בה אטום או קבוצת אטומים נפלטים ממולקולה.
- תגובת הוספה: תגובה בה אטום או קבוצת אטומים מתווספים למולקולה, מבלי שהמולקולה תאבד אף אטום.
- תגובת סתירה: תגובה בין בסיס וחומצה ליצירת מלח. רוב תגובות הסתירה הינן תגובות דחיסה, שכן מולקולת מים נפלטת מהבסיס והחומצה.
תגובות רבות מתארות תהליך ספציפי יותר ונושאות שם תואם. לדוגמא:
- איסטור או אסטריפיקציה: תגובת דחיסה בין כוהל וחומצה קרבוקסילית ליצירת אסטר ומים.
- אלקילציה: תגובה בה שייר פחמימני (קבוצת אלקיל) מתווספת לתרכובת אורגנית כלשהיא.
- הלוגנציה: תגובה בה אטום הלוגן מתווסף לתרכובת אורגנית.
- הידרוליזה: תגובה בה מולקולת מים מגיבה עם מולקולה גדולה, וגורמת תוך כדי כך לפירוק המולקולה הגדולה. גם מולקולת המים מתפרקת: אטום מימן אחד מתווסף לאחת המולקולות הקטנות שנוצרו, וקבוצת הידרוקסיל (אטום חמצן הקשור לאטום מימן) מתווספת למולקולה השניה.
לתגובות רבות המתארות תהליך ספציפי נקראות על-שמות אנשים שונים, בדרך-כלל הכימאים שגילו או פיתחו את התגובה. לדוגמא:
- תגובת קוֹלבּה: תגובה בין פנול ופחמן דו-חמצני ליצירת חומצה סליצילית, החומר ממנו מופק האספירין; נקראת על-שם כימאי גרמני.
- חיזור וולף-קישנר: תגובה בין הידרזון ובסיס כלשהוא ליצירת פחמימן ומולקולת חנקן; נקראת על-שם כימאים גרמני ורוסי, בהתאמה.
קטגוריה:כימיה
ja:化学反応
ko:화학 반응
גז
גז הוא מצב צבירה של החומר, בו המולקולות אינן צמודות (ישנו רווח ביניהן) אלא רחוקות אחת מהשנייה, המשיכה ביניהן נמוכה,
והן נעות בחופשיות יחסית. גז, בדומה לנוזל, מסוגל לזרום, ואינו מתנגד לשינוי בצורתו. בניגוד לנוזל, לגז אין נפח קבוע, והוא נוטה להתפשט כדי למלא את כל הנפח שהוקצב לו (עקרון אבוגדרו).האנרגיה הקינטית של גז גדולה מזו של נוזל או מוצק, אך קטנה מזו של הפלסמה.
מקור המילה גז היא כנראה בדרך בה איית מחדש כימאי פלמי את המילה היוונית כאוס, כפי שזו נשמעה בפיו.
גזים נבדלים במשוואת המצב שלהם. ככל שהגז נמצא בטמפרטורה הקרובה יותר לטמפרטורת הרתיחה שלו, הוא קרוב יותר למצב הנוזל. בטמפרטורות נמוכות נוצרים קשרים חזקים יותר בין המולקולות. חוק אבוגדרו אומר שבתנאי לחץ וטמפרטורה שווים, כמות שווה של גז אידיאלי תתפוס את אותו נפח ולא משנה גודל המולקולה. עבור גזים בלתי אידיאליים, קשר זה, הקרוי משוואת המצב, משתנה. גז ון-דר-ולס הנו דוגמא לגז בלתי אידיאלי.
מולקולות הגז יכולות להיות בעלות מבנים מגוונים, המשפיעים על האנרגיה הפנימית של הגז. הגז יכול להיות למשל חד אטומי, כפי שנפוץ בגזים אצילים, דו-אטומי, למשל כלור, חמצן או חנקן, או בעל מבנה מורכב יותר, אשר עשוי לערב מבנה מרחבי, למשל מולקולת המים, שהיא תלת אטומית כפופה. למבנה מולקולת הגז יש השפעה על דרגות החופש שלה, כלומר על יכולת התנועה של האטומים במולקולה זה ביחס לזה. לגז חד אטומי אין דרגות חופש נוספות כלל, פרט למיקומה ומהירותה של המולקולה. בגז דו-אטומי, יכולים האטומים להתקרב ולהתרחק זה מזה, בדומה לקפיץ. זו דרגת חופש אחת. המיקום המרחבי של הקו המחבר את האטומים אינו משנה, מכיוון שאין למה להשוותו.
עבור גזים בעלי מספר רב יותר של אטומים, דרגות החופש סבוכות יותר. פרט למרחקים בין המולקולות, משנות גם הזוויות שבין הקווים המחברים את האטומים.
כמות הגז נמדדת במול מולקולות.
ראו גם:
- גז אידאלי
- גז אציל
- גז בישול
דוגמאות לכמה גזים נפוצים
- מתאן
- הליום
- מימן
- חמצן
- פחמן דו-חמצני
ja:気体
ko:기체
ms:Gas
simple:Gas
th:แก๊ส
מוצקמוצק הוא מצב צבירה של החומר, בו המולקלות של החומר מסודרות והרווחים ביניהן קטנים מאוד. לחומר במצב זה צורה מוגדרת (להבדיל מנוזל ומגז שלהם אין צורה מוגדרת - הם מקבלים את צורת הכלי שבו הם נמצאים) ונפח מוגדר (בדומה לנוזל, אך להבדיל מגז).
בפיזיקה, חקר תכונותיהם של מוצקים קרוי פיזיקת מצב מוצק. מסגרת זו כוללת חקר מוליכים למחצה ומוליכות-על.
הנדסת חומרים עוסקת בעיקר בתכונותיהם של מוצקים, כגון חוזק ושינוי מצב צבירה, וחופפת במידה רבה לפיזיקת מצב מוצק.
כימית מצב מוצק חופפת לשני התחומים הללו, אך מתמקדת בעיקר בסינתזה של חומרים חדשים.
ja:固体
ko:고체
ms:Pepejal
simple:Solid
נוזל
נוזל הוא מצב צבירה בו נפח החומר נקבע תמידית תחת תנאי טמפרטורה ולחץ, ואשר צורתו נקבעת לרוב לפי צורת הכלי בו הוא מוכל.
אם נוזל נמצא במנוחה, בשדה אחיד של כוח המשיכה, הלחץ בכל נקודה נקבע לפי:
:
כאשר היא צפיפות הנוזל (בהנחה כי היא קבועה), הוא עומק הנקודה תחת פני הנוזל ו- היא תאוצת הנפילה החופשית. יש לשים לב כי הנוסחה יוצאת מנקודת הנחה כי הלחץ על פני הנוזל העליונים הוא אפס.
לנוזלים יש תכונת מתח פנים ונימיות; לרוב הם מתרחבים כאשר הם מחוממים, ומתכוווצים בקירור. עצמים הטבולים בנוזל נתונים להשפעה של כושר ציפה (buoyancy).
נוזלים הופכים לגז בנקודת הרתיחה האופיינית להם, וובנקודת הקיפאון הופכים למוצק. בתהליך זיקוק נוזלים יכולים להיפרד אחד מן השני, מאחר והם מתאדים כל אחד לפי נקודת ההרתחה שלו. קוהזיה (תאחיזה) בין מולקולות של נוזל אינה מספקת כדי למנוע מפני השטח הגלויים מלהתאדות.
מחקר התכונות של נוזלים היה רווח במאות ה-17 ו ה-18 בייחוד באיטליה וצרפת. במדינות אלה התפתחו ענפי ההידרוסטטיקה וההידרודינמיקה המתארים את משוואות המצב של נוזל ואת תנועתו. ידועה במיוחד תרומתם של משפחת ברנולי לפיתוח תורת הנוזלים. למחקר זה היו גם השלכות מעשיות חשובות מאוד: הבוכנה ההידראולית, שכיום רוב המכונות הגדולות והציוד המכני ההנדסי משתמשים בהן מבוססות על עקרון שימור הלחץ בנוזל ניוטוני (נוזל אי-דחיס וחסר צמיגות). הבוכנה ההידראולית היא אחד הכלים היעילים ביותר שיש להפקת כוח גדול באמצעות הפעלת כוח קטן.
כאשר החלו מחקרים תרמודינמיים על הגז התגלה הקשר שבין שני מצבי הצבירה והחלה להתפתח תורה אטומיסטית המסבירה את תכונות הגז ונוזל באמצעות ההנחה שהם מורכבים ממולקולות.
ראו גם
- מצבי צבירה אחרים של החומר: מוצק, גז ופלסמה
- התאדות
- הידרוסטטיקה
- הידרודינמיקה
- משוואת ברנולי
- צמיגות
קטגוריה:כימיה
ja:液体
ko:액체
ms:Cecair
simple:Liquid
תמיסהתמיסה בכימיה היא שני חומרים משולבים: חומר במצב צבירה מוצק, נוזל או גז, הקרוי מומס, אשר פרודותיו מוקפות כולן בפרודותיו של נוזל, הקרוי ממס. לדוגמא, כפית סוכר בכוס מים היא תמיסה של מוצק בנוזל. זהב מומס בכספית היא תמיסה הקרויה אמלגמה. הדגים אינם נושמים את החמצן המהווה חלק מן התרכובת מים - הם נושמים את החמצן המומס במים. תפקיד משאבות האוויר המזרימות חמצן דרך המים הוא להגדיל את המסת החמצן במים.
הממס מוגדר כחומר שיש ממנו כמויות גדולות יותר בתמיסה. אם יש כמויות שוות, מתייחסים בכינוי ממס לחומר אשר בדרך כלל יש ממנו כמויות גדולות יותר בתמיסות (למשל מים).
כאשר מומס בא במגע עם ממס, נוצר מבנה של פרודות הממס סביב פרודת המומס, אשר מאפשר למבנה להישאר יציב. כאשר אין מספיק ממס כדי ליצור מבנה סביב פרודה מומסת נוספת, התמיסה נקראת רוויה. תמיסה רוויה היא כזו שכאשר מוסיפים לה עוד מן החומר שהמסו בה, הוא נותר במצבו המקורי, ואינו מומס. כל למשל ניתן ליצור תמיסה של חמש כפיות סוכר בכוס מים, אך 12 כפיות סוכר עשויות להוות בעייה (כתלות בטמפרטורה). נקודת הרוויה תלוייה לא רק בטמפרטורה: היא תלויה גם בלחץ ובזיהומים. העלאת הטמפרטוררה כדי להמיס בתמיסה עוד מומס, ואז הורדת הטמפרטורה גורמת לתמיסה להיות ברווית יתר. ברוב הממסים כושר ההמסה עולה עם הטמפרטורה, אך יש חומרים המתנהגים בצורה הפוכה.
ניתן לסווג ממסים לקוטביים (למשל מים ואתאנול - כהל לשתייה) ובלתי קוטביים, למשל שמן. מומסים יוניים או קוטביים יומסו היטב בממסים קוטביים. למשל, מים ווויסקי מתמוססים היטב זה בזה. אך מים ושמן אינם מתמוססים זה בזה.
סבון הוא ממס מיוחד. כדי להיות מומס במים, על סבון להיות מומס קוטבי. כדי להמיס שומנים, עליו להיות ממס בלתי קוטבי. בפועל, למולקולת הסבון ראש פולרי וזנב ארוך ושומני. מולקולות הסבון מומסות במים בזכות חלקן הקוטבי. כאשר הן באות במגע עם לכלוך שומני, חלקן השומני של מולקולות הסבון עוטף את מולקולת השומן וממיס אותו, בעוד שחלקן הקוטבי של מולקולות הסבון מומס במים. כך נוצר מבנה הנושא את מולקולת השומן, תהליך זה נקרא תחלוב.
קטגוריה:כימיה
ja:溶液
פלסמה (מצב צבירה)]
פלסמה בפיזיקה הוא מצב צבירה, הקרוי גם גז מיונן, שבו אחדים מהאלקטרונים שבקליפה החיצונית (או כל האלקטרונים הללו) הופרדו מהאטום, והחומר הוא אוסף של יונים ואלקטרונים שאינם מחוברים זה לזה. מצב צבירה זה, שבו לחומר אנרגיה קינטית גבוהה, אופיין לראשונה על-ידי ויליאם קרוקס בשנת 1879, והשם "פלסמה" ניתן לו על-ידי אירווינג לאנגמויר.
אף שמצב זה אינו נפוץ בכדור הארץ, הוא מצב הצבירה של כ-99% מהחומר הנודע ביקום, ולכן לחקירתו תפקיד חשוב באסטרופיזיקה. צורות נפוצות של פלסמה כוללות את השמש וכוכבים נוספים, ברק, רוח השמש ועוד.
מצב צבירה זה נוצר באופן מלאכותי במעבדות ע"י חימום של גז עד לטמפרטורות מאוד גבוהות או ע"י העברת זרם חשמלי דרך הגז. תלוי באיזה גז מדובר.
קטגוריה:פיזיקה
ja:プラズマ
מוליכות חשמליתמוליכותו החשמלית של חומר מסויים היא מידת היכולת של זרם חשמלי לעבור בחומר. ככל שמוליכות של החומר תהיה גבוהה יותר, היכולת של הזרם לעבור בו תהיה גבוהה יותר, ככל שמוליכותו של החומר תהיה קטנה יותר, היכולת של הזרם לעבור בו תהיה קטנה יותר. היפוכה של המוליכות החשמלית | | |
