5個層級帶你看清一顆芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　(3)寄存器傳輸級(RTL)

　　那么每個模塊都是由什么組成的呢?以占整個系統(tǒng)較大比例的數(shù)字電路模塊(它專門負(fù)責(zé)進行邏輯運算，處理的電信號都是離散的0和1)為例。它是由寄存器和組合邏輯電路組成的。

　　寄存器是一個能夠暫時存儲邏輯值的電路結(jié)構(gòu)，它需要一個時鐘信號來控制邏輯值存儲的時間長短。

　　實際應(yīng)用中，我們需要時鐘來衡量時間長短，電路中也需要時鐘信號來統(tǒng)籌安排。時鐘信號是一個周期穩(wěn)定的矩形波?，F(xiàn)實中秒鐘動一下是我們的一個基本時間尺度，電路中矩形波震蕩一個周期是它們世界的一個時間尺度。電路元件們根據(jù)這個時間尺度相應(yīng)地做出動作，履行義務(wù)。

　　什么是組合邏輯呢，就是由很多“與(AND)、或(OR)、非(NOT)”邏輯門構(gòu)成的組合。比如兩個串聯(lián)的燈泡，各帶一個開關(guān)，只有兩個開關(guān)都打開，燈才會亮，這叫做與邏輯。

　　一個復(fù)雜的功能模塊正是由這許許多多的寄存器和組合邏輯組成的。把這一層級叫做寄存器傳輸級。

　　(4)門級

　　寄存器傳輸級中的寄存器其實也是由與或非邏輯構(gòu)成的，把它再細(xì)分為與、或、非邏輯，便到達(dá)了門級(它們就像一扇扇門一樣，阻擋/允許電信號的進出，因而得名)。

　　(5)晶體管級

　　無論是數(shù)字電路還是模擬電路，到最底層都是晶體管級了。所有的邏輯門(與、或、非、與非、或非、異或、同或等等)都是由一個個晶體管構(gòu)成的。因此集成電路從宏觀到微觀，達(dá)到最底層，滿眼望去其實全是晶體管以及連接它們的導(dǎo)線。

　　雙極性晶體管(BJT)在早期的時候用的比較多，俗稱三極管。它連上電阻、電源、電容，本身就具有放大信號的作用。像堆積木一樣，可以用它構(gòu)成各種各樣的電路，比如開關(guān)、電壓/電流源電路、上面提到的邏輯門電路、濾波器、比較器、加法器甚至積分器等等。由BJT構(gòu)建的電路我們稱為TTL(Transistor-TransistorLogic)電路。BJT的電路符號長這個樣子：

　　但是后來金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的出現(xiàn)，以優(yōu)良的電學(xué)特性、超低的功耗橫掃IC領(lǐng)域。除了模擬電路中BJT還有身影外，基本上現(xiàn)在的集成電路都是由MOS管組成的了。同樣的，由它也可以搭起來成千上萬種電路。而且它本身也可以經(jīng)過適當(dāng)連接用來作電阻、電容等基本電路元件。MOSFET的電路符號如下：

　　綜上所述，在實際工業(yè)生產(chǎn)中，芯片的制造，實際上就是成千上萬個晶體管的制造過程。只不過現(xiàn)實中制造芯片的層級順序正好反過來了，是從最底層的晶體管開始一層層向上搭建。

　　也就是說，按照“晶體管->芯片->電路板”的順序，我們最終可以得到電子產(chǎn)品的核心部件——電路板。