ЕЛЕМЕНТИ квантової механіки.
В даний час розвиток обчислювальної техніки проходить, в основному, у двох напрямках:
1. розвиток і удосконалення схематичних рішень коштів ЗТ
2. удосконалення архітектурних рішень ВТ
Одним з основних показників якості засобів ОТ є продуктивність (швидкодія) обчислювальної системи. Необхідно відзначити, що основний резерв підвищення продуктивності в даний час слід шукати у розвитку другого напрямку, однак, це анітрохи не означає, що перший напрямок, як стверджують деякі автори, себе вичерпало.
Розвиток комп'ютерної електроніки нерозривно пов'язане (визначається) з досягненнями в галузі мікроелектроніки. Основними елементами ЕОМ є різноманітні інтегральні схеми (ІС), що представляють собою набір електрично пов'язаних між собою активних (напівпровідникові структури) і пасивних (резистори, конденсатори) компонентів, які виконують певні функції.
Основним компонентом ІС є напівпровідникові прилади, параметри яких в основному визначають параметри ІС і, отже, при однакових архітектурних рішеннях ЕОМ і її параметри (у тому числі і продуктивність).
Фізичні процеси, що протікають в напівпровідникових приладах неможливо пояснити не вдаючись до основних положень квантової механіки і фізики твердого тіла. З курсу фізики відома двоїста природа світла (хвильова і корпускулярна). p> У 1924р. фізик де-Бройль висловив гіпотезу, яка потім була підтверджена експериментально, згідно з якою такими ж властивостями повинні володіти і мікрочастинки (електрони, протони, атоми і т.д.). Співвідношення де-Бройля:
h n = E
l = h/m J , де
-34
h - постійна Планка; = 0,6 * 10 Дж Г— с
E - енергія частинки
n - частота випромінювання
m - маса частки
J - швидкість частинки
Так як мікрочастинки (зокрема електрони) мають властивості корпускули і хвилі, то описувати їх рух методом класичної механіки неможливо. Рівняння, що описує їх рух, було знайдено Шредінгер і носить його ім'я:
2 2 2 2 2 2 2
iС’ dy/d t = А /2 m ( dy/d x + dy/d y + dy/d z) - U (x, y, z, y) де
А = h/2 p
y ( x, y, z, t) - так звана хвильова функція - рішення рівняння
U - потенційна енергія частинки
У загальному випадку рішення рівняння Шредінгера зустрічає труднощі. Для практичних завдань рівняння часто істотно спрощується (наприклад, y НЕ є функцією часу; для інших завдань досить розглядати рух тільки по одній координаті і т.д.).
Вирішуючи наведене рівняння з різними обмеженнями (окремі випадки), можна отримати фундаментальні положення, пояснюють багато процесів в твердому тілі (фізика твердого тіла). Наприклад, таким чином, вдалося пояснити явище тунельного ефекту - подолання часткою, що має енергію E потенційного бар'єру висотою U і кінцевої товщини d, навіть тоді, коли U> E. Причому, легко доводиться, що при цьому мікрочастинка, що просочилася (туннеліруемая) через бар'єр, зберігає свою колишню енергію Є.
Як ми побачимо пізніше, явище тунельного ефекту досить широко використовується в схемотехніці ЕОМ.
НАПІВПРОВІДНИКИ.
У природі всі речовини мають здатність в тій чи іншій мірі проводити електричний струм. Це властивість характеризується значенням ідеальної провідності s.
-10 -9 -4 -3
0 10 10 10 10 s
