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El silicio es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre después del oxígeno; es la arena de nuestros mares y el vidrio de nuestras ventanas; pero como hemos aprendido en nuestros videos anteriores también se explota por su característica de semiconductor.
De hecho, es el elemento principal de los paneles solares, diodos, tiristores y transistores; estos últimos en particular (en su versión mosfet) son el componente fundamental para la realización de la unidad central de procesamiento, la que conocemos como CPU. En este video veremos cómo se produce una CPU, cómo funciona y por qué es la base de todos los dispositivo electrónicos digitales.
Jaes, gracias a su experiencia de más de 10 años en el sector de suministros industriales, ofrece en su catálogo todo tipo de placa electrónica, PLC (Controlador Lógico Programable), PCB (Circuito Impreso) y DCS (Sistema de Control Distribuido), para poder crear sistemas de control industrial. Empecemos por lo infinitamente pequeño. Utilizando tecnologías sofisticadas, el silicio se purifica y se moldea en láminas finas llamadas “wafer”, donde luego se insertan átomos de diferentes elementos. Esta operación se llama “dopaje”. De esta manera, gracias a la presencia de impurezas en su red cristalina, el silicio se convierte en semiconductor.
El silicio pertenece al grupo 14 de la tabla periódica de los elementos y tiene cuatro electrones de valencia, que forman una red cristalina muy regular. Si los átomos dopantes pertenecen a elementos del grupo 13 (por lo tanto a tres electrones de valencia), como el boro o el galio, se obtiene un semiconductor tipo P y se crea un agujero. Si, por el contrario, se utilizan materiales del grupo 15 (con cinco electrones de valencia) como fósforo o arsénico, se obtiene un semiconductor tipo N un electrón libre en la red cristalina.
Un transistor Mosfet se compone de:
• un wafer de silicio dopado como se muestra, con una parte de semiconductor de tipo P y dos de tipo N
• una capa de óxido de silicio que funciona como aislante
• y de una capa conductora de silicio policristalino
También hay tres terminales:
• el central está conectado al silicio policristalino y se llama "gate"
• mientras que los otros dos están conectados a las dos partes del wafer tipo N, y se denominan “source” y “drain”.
El área de contacto entre un semiconductor de tipo P con un semiconductor de tipo N se denomina región de agotamiento. En esta zona, los electrones libres de la capa N llenarán los huecos en la capa P, creando un área donde no hay electrones ni huecos.
Cuando se alcanza una situación de equilibrio, la región de agotamiento del lado N se carga positivamente y la región del lado P se carga negativamente. Por lo tanto, se genera un campo eléctrico, que forma una barrera para un interscambio adicional y se comporta como aislante.
De hecho, si aplicamos una carga eléctrica en los dos terminales externos, la electricidad no puede fluir. Sin embargo, si agregamos una carga eléctrica al gate, se forma un campo eléctrico que atrae los electrones libres de la capa de tipo P hacia sí misma.
De esta forma, cerca del gate, se forma una nueva región de tipo N que actúa como comunicación entre source y drain, para que pueda pasar la corriente eléctrica.
De hecho, es el elemento principal de los paneles solares, diodos, tiristores y transistores; estos últimos en particular (en su versión mosfet) son el componente fundamental para la realización de la unidad central de procesamiento, la que conocemos como CPU. En este video veremos cómo se produce una CPU, cómo funciona y por qué es la base de todos los dispositivo electrónicos digitales.
Jaes, gracias a su experiencia de más de 10 años en el sector de suministros industriales, ofrece en su catálogo todo tipo de placa electrónica, PLC (Controlador Lógico Programable), PCB (Circuito Impreso) y DCS (Sistema de Control Distribuido), para poder crear sistemas de control industrial. Empecemos por lo infinitamente pequeño. Utilizando tecnologías sofisticadas, el silicio se purifica y se moldea en láminas finas llamadas “wafer”, donde luego se insertan átomos de diferentes elementos. Esta operación se llama “dopaje”. De esta manera, gracias a la presencia de impurezas en su red cristalina, el silicio se convierte en semiconductor.
El silicio pertenece al grupo 14 de la tabla periódica de los elementos y tiene cuatro electrones de valencia, que forman una red cristalina muy regular. Si los átomos dopantes pertenecen a elementos del grupo 13 (por lo tanto a tres electrones de valencia), como el boro o el galio, se obtiene un semiconductor tipo P y se crea un agujero. Si, por el contrario, se utilizan materiales del grupo 15 (con cinco electrones de valencia) como fósforo o arsénico, se obtiene un semiconductor tipo N un electrón libre en la red cristalina.
Un transistor Mosfet se compone de:
• un wafer de silicio dopado como se muestra, con una parte de semiconductor de tipo P y dos de tipo N
• una capa de óxido de silicio que funciona como aislante
• y de una capa conductora de silicio policristalino
También hay tres terminales:
• el central está conectado al silicio policristalino y se llama "gate"
• mientras que los otros dos están conectados a las dos partes del wafer tipo N, y se denominan “source” y “drain”.
El área de contacto entre un semiconductor de tipo P con un semiconductor de tipo N se denomina región de agotamiento. En esta zona, los electrones libres de la capa N llenarán los huecos en la capa P, creando un área donde no hay electrones ni huecos.
Cuando se alcanza una situación de equilibrio, la región de agotamiento del lado N se carga positivamente y la región del lado P se carga negativamente. Por lo tanto, se genera un campo eléctrico, que forma una barrera para un interscambio adicional y se comporta como aislante.
De hecho, si aplicamos una carga eléctrica en los dos terminales externos, la electricidad no puede fluir. Sin embargo, si agregamos una carga eléctrica al gate, se forma un campo eléctrico que atrae los electrones libres de la capa de tipo P hacia sí misma.
De esta forma, cerca del gate, se forma una nueva región de tipo N que actúa como comunicación entre source y drain, para que pueda pasar la corriente eléctrica.
Por lo tanto, el transistor Mosfet puede gestionar el paso de corriente y luego encenderse y apagarse. Esta simple operación es la base de toda la tecnología, donde cada encendido o apagado se interpreta como 0 y 1 que forman los códigos binarios de nuestros sistemas informáticos.
Cada CPU tiene miles de millones de transistores dispuestos de forma diferente, para formar las puertas lógicas más diferentes. Las puertas lógicas colocadas en sucesión pueden resolver los problemas computacionales más difíciles. Además, cada segundo, los transistores se encienden y apagan a velocidades del orden de gigahercios (GHz), es decir, miles de millones de veces por segundo. Esta velocidad se llama “clock”, y cuanto más alta es, más performante puede ser la CPU, a costa de las temperaturas.
Debajo de la CPU hay pines que, conectados a la placa base, reciben y llevan instrucciones y comandos a los diversos componentes del ordenador. La RAM (Random Access Memory) o memoria de acceso aleatorio, es la componente que trabaja más cerca de la CPU; y junto con ella genera el “ciclo de fetch-execute”, el funcionamiento lógico de los procesadores de los ordenadores.
Consiste en una primera fase denominada "Fetch", donde la cpu recupera los datos de las distintas direcciones de la RAM a través de buses que luego se depositan en los registros de la CPU. Estos últimos retienen temporalmente la instrucción para que pueda ser codificada y ejecutada.
Luego se pasa a la fase de “Decode” en la que la CPU analiza los datos para poder utilizarlos.
Posteriormente, se pasa a la fase “Execute”, en la que los datos decodificados se procesan en las puertas lógicas de la CPU; en este punto, los nuevos datos se transfieren de nuevo a la RAM y se repite el ciclo.
En este punto, los datos procesados pueden pasar a través de la placa base a los diversos componentes del ordenador, como: tarjeta gráfica, memoria de estado sólido, controlador USB, circuitos integrados de gestión de energía, tarjeta inalámbrica, etc.
Gracias a los avances de la tecnología, todos estos periféricos se centran en un solo chip de silicio gracias al System-on-a-Chip (SoC); un sistema de circuito integrado en el que un solo chip integra, además del procesador central, también chipset y controller como el de la RAM y la memoria GPU. De esta forma, gracias a la conexión directa entre los componentes, se utiliza menos energía, se obtiene un mejor rendimiento, se necesita menos espacio físico y hay una mayor fiabilidad. La tecnología se está volviendo cada vez más pequeña y eficiente, tanto que existen maneras de medir la evolución tecnológica (como la primera ley de Moore) que indican que la complejidad de un microcircuito, medida por ejemplo por el número de transistores por chip, se duplica cada 18 meses (y se cuadruplica cada 3 años).
¿Hasta que punto crees que la tecnología (que tiene esta tasa de crecimiento) puede influir en nuestra vida en el futuro?
Contéstanos a continuación en los comentarios. Si este video te ha sido útil, déjanos saber dejando un me gusta y un comentario, también puedes compartirlo y no te olvides suscribirte a nuestro canal. Te recomendamos visitar nuestra página web jaescompany.com para no perderte nuestros futuros proyectos.
Cada CPU tiene miles de millones de transistores dispuestos de forma diferente, para formar las puertas lógicas más diferentes. Las puertas lógicas colocadas en sucesión pueden resolver los problemas computacionales más difíciles. Además, cada segundo, los transistores se encienden y apagan a velocidades del orden de gigahercios (GHz), es decir, miles de millones de veces por segundo. Esta velocidad se llama “clock”, y cuanto más alta es, más performante puede ser la CPU, a costa de las temperaturas.
Debajo de la CPU hay pines que, conectados a la placa base, reciben y llevan instrucciones y comandos a los diversos componentes del ordenador. La RAM (Random Access Memory) o memoria de acceso aleatorio, es la componente que trabaja más cerca de la CPU; y junto con ella genera el “ciclo de fetch-execute”, el funcionamiento lógico de los procesadores de los ordenadores.
Consiste en una primera fase denominada "Fetch", donde la cpu recupera los datos de las distintas direcciones de la RAM a través de buses que luego se depositan en los registros de la CPU. Estos últimos retienen temporalmente la instrucción para que pueda ser codificada y ejecutada.
Luego se pasa a la fase de “Decode” en la que la CPU analiza los datos para poder utilizarlos.
Posteriormente, se pasa a la fase “Execute”, en la que los datos decodificados se procesan en las puertas lógicas de la CPU; en este punto, los nuevos datos se transfieren de nuevo a la RAM y se repite el ciclo.
En este punto, los datos procesados pueden pasar a través de la placa base a los diversos componentes del ordenador, como: tarjeta gráfica, memoria de estado sólido, controlador USB, circuitos integrados de gestión de energía, tarjeta inalámbrica, etc.
Gracias a los avances de la tecnología, todos estos periféricos se centran en un solo chip de silicio gracias al System-on-a-Chip (SoC); un sistema de circuito integrado en el que un solo chip integra, además del procesador central, también chipset y controller como el de la RAM y la memoria GPU. De esta forma, gracias a la conexión directa entre los componentes, se utiliza menos energía, se obtiene un mejor rendimiento, se necesita menos espacio físico y hay una mayor fiabilidad. La tecnología se está volviendo cada vez más pequeña y eficiente, tanto que existen maneras de medir la evolución tecnológica (como la primera ley de Moore) que indican que la complejidad de un microcircuito, medida por ejemplo por el número de transistores por chip, se duplica cada 18 meses (y se cuadruplica cada 3 años).
¿Hasta que punto crees que la tecnología (que tiene esta tasa de crecimiento) puede influir en nuestra vida en el futuro?
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