[Eng.], m. (-s), 5. populaire ben. voor een geïntegreerde micro-elektronische schakeling (Eng.: integrated circuit, ic).
© Chips voor digitale gegevensverwerking kunnen ruwweg worden verdeeld in drie hoofdgroepen: geïntegreerde schakelingen, microprocessorchips en geheugenchips. Daarnaast bestaan er nog de chips voor de analoge signalenverwerking, zoals die b.v. worden toegepast in meet- en regelapparaten en radio- en televisietoestellen.
Onder geïntegreerde schakelingen worden kleine chips verstaan, die betrekkelijk simpel van structuur zijn. Zij moeten tijdens de ontwerp- en fabricagefase (→ micro-elektroiiika) op maat worden gesneden voor de automatiseringstoepassing waarvoor zij bestemd zijn. Dat betekent dat het vereiste programma of de logica voor een specifieke gegevens- of signalenverwerking permanent moet worden vastgelegd in de opbouw en de integratie van de schakeling. Deze ontvangt bepaalde invoersignalen en levert, na verwerking, uitvoersignalen op waarmee een systeem geheel of gedeeltelijk wordt geautomatiseerd. Voorbeelden van systemen, waarin geïntegreerde schakelingen voor de automatisering zorgen, zijn zelfregelende en beveiligde gasgeisers, automatische foto- en filmcamera’s en ‘zelfdenkende' wasmachines.
Microprocessorchips zijn ook geïntegreerde schakelingen, maar met dit belangrijke verschil dat zij niet voor slechts één automatiseringstoepassing worden gebruikt, maar herprogrammeerbaar zijn voor allerlei toepassingen. Bovendien zijn microprocessorchips zó complex en bevatten zij op het oppervlak van enkele mm2 zó veel elektronische componenten, dat kan worden gesproken van een compleet computertje. De computer op de chip wordt echter niet alleen bepaald door het grote aantal microelektronische componenten, maar ook en vooral door de wijze van integratie tot een zeer ingewikkeld en veelzijdig gegevensverwerkend systeem, in de microprocessorchips zijn enkele tot vele tienduizenden schakelelementen (microscopisch kleine transistortjes en dioden) werkzaam. Deze schakelelementen zijn ondergebracht in de afzonderlijke onderdelen binnen de chip, die met elkaar het geïntegreerde systeem vormen. De belangrijkste onderdelen zijn: de logische rekeneenheid of ALU (arithmatic logic unit), de besturingseenheid, de databus, de klokgenerator en in sommige gevallen twee soorten geheugens : random access memory (RAM) en read only memory (ROM).
De ALU heeft in de microprocessorchip de functie die de centrale verwerkingseenheid heeft in een groot computersysteem: het verwerken van gegevens aan de hand van het programma van instructies. Dat programma is opgeborgen in een ROM als het een systeemprogramma betreft, en in een RAM als het een door de gebruiker geschreven toepassingsprogramma betreft.
De totale werking van de microprocessorchip wordt geregeld door de besturingseenheid. Deze bepaalt wanneer te verwerken gegevens tot de ALU kunnen worden toegelaten, welke gegevens of programmainstructies uit de geheugens (RAM en ROM) moeten worden opgehaald, waar en voor hoe lang tussenresultaten van de verwerking in het RAM worden geschreven enz. Om dat werk te kunnen doen, staat de besturingseenheid voortdurend in contact met de klokgenerator.
De klokgenerator van de microprocessorchip zendt trillingen uit in de orde van enkele megahertz. Deze hartklop van de microprocessorchip bepaalt de snelheid waarmee programma-instructies worden uitgevoerd, en correspondeert met de snelheid waarmee de microtransistors kunnen schakelen: in de orde van nanoseconden (10~9 s). De snelheid van de microprocessor hangt ook af van de zgn. woordlengte die kan worden verwerkt. De eerste microprocessorchips konden in één handeling (cycle) 1—4 bits (→ 2bit) verwerken. Later zijn snellere 8-bits-microprocessoren ontwikkeld, zoals de bekende 8080 en Z-80 van Zilog en de 8748 van Intel. Tegenwoordig verwerken de snelste microprocessorchips een woordlengte van 16 bits.
De eerste microprocessorchip werd in 1969 ontworpen en gefabriceerd door de Intel Corporation in de VS. Deze chip, de befaamde 4004, was al een erg complex micro-elektronisch circuit en kon worden gebruikt voor tal van toepassingen. Hij werd gemaakt in opdracht van een Japanse elektronikafabrikant, die de eerste elektronische zakrekenmachine op de markt wilde brengen.
De derde groep chips omvat de memory- of geheugenchips. Ook hierin heeft zich een belangwekkende ontwikkeling voorgedaan. Met de toenemende miniaturisering in de micro-elektronische technologie werd het allengs mogelijk om steeds meer geheugenelementen samen te brengen op chipjes. Deze geheugenelementen zijn voor een microprocessorchip via de databus zeer snel toegankelijk. Dit is in tegenstelling tot de gegevens die zijn vastgelegd op de zogenaamde externe geheugenmedia, zoals magneetband- en magneetschijfgeheugens. De snelheid waarmee een geheugenchip voor een microprocessor toegankelijk is, draagt in belangrijke mate bij tot de verwerkingssnelheid.
In de geheugenchips worden dan ook gegevens vastgelegd, die een microprocessor tijdens de verwerking van het programma zonder noemenswaardig tijdverlies moet kunnen raadplegen: systeemcommando’s, programma-instructies, tussenresultaten in de verwerkingsgang enz. De toegangstijden tot de gegevens in geheugenchips worden uitgedrukt in nanoseconde, terwijl de toegangstijden tot het snelste externe geheugen (de magneetschijf) kan oplopen tot in de milliseconde. Deze traagheid is voor een belangrijk deel te wijten aan de elektromechanische werking van het magneetschijfgeheugen, waarin de lees- en schrijfkop naar het gewenste spoor boven de magneetschijf moet worden gedirigeerd. Daarbij kan ook nog de rotational delay optreden. Dat laatste wil zeggen dat de lees- en schrijfkop het gewenste spoor bereikt op het moment dat de magnetisch vastgelegde gegevens net voorbij zijn en de leeskop een volle schijfomwenteling moet wachten om die gegevens te kunnen bereiken.
Enkele jaren geleden was het al een hele prestatie dat een kleine geheugenchip 1 Kbits (1024 bits) aan informatie kon bevatten. D.w.z. dat die chip 1024 geheugenelementen bezat, bestaande uit evenveel microtransistortjes, die elk één bit (een 0 of een 1) konden opslaan. Sedertdien zijn met het opvoeren van de miniaturiseringsgraad de geheugencapaciteiten per chip zeer snel toegenomen. Momenteel worden met behulp van vLSi-miniaturiseringstechnieken (=5→ very large scale integration) geheugenchips gemaakt met opslagcapaciteiten van 64 Kbits (65536 bits) en 512 Kbits (524288 bits). Het bijzondere belang van geheugenchips voor moderne computersystemen komt tot uitdrukking in de zogenaamde prijs/prestatieverhoudingscurve. Vóór de ontwikkeling van de micro-elektronische technologie werden computers opgebouwd uit losse elektronische onderdelen en bestond het werkgeheugen uit → kerntjesgeheugens.
Deze geheugens waren opgebouwd uit zeer veel ferrietringetjes (de kerntjes), die aan koperen lees- en schrijfdraden waren geregen. Deze kerntjesgeheugens waren redelijk snel toegankelijk, maar bijzonder duur. Een groot computersysteem was dan ook een kapitale machine met een ongunstige prijs/prestatieverhouding, vergeleken met de moderne computersystemen waarin snelle en goedkope verwerkings- en geheugenchips actief zijn.
Geheugenchips kunnen op hun beurt weer worden onderverdeeld in twee hoofdsoorten: RAM en ROM . RAMS zijn destructieve geheugens. Zij zijn naar willekeur toegankelijk voor computer en gebruiker en zij verliezen hun inhoud wanneer de spanning op de RAM-chip wegvalt. Een ROM daarentegen bevat permanente gegevens, zoals systeemprogramma’s, boodschappen en subroutines. Veelal worden deze permanente gegevens fysiek in het ROM vastgelegd doordat men de microtransistors die nullen moeten bevatten, vernielt; daardoor wordt het onmogelijk hun geheugenwaarden te veranderen en verloren te laten gaan. Varianten op het ROM zijmPROM (programmable read only memory) en EPROM (erasable programmable read only memory). In een PROM kan een computergebruiker zelf permanente programma-informatie vastleggen.
In een EPROM kan hij zo’n programma desgewenst weer uitwissen door het geheugen via een venstertje boven de chip bloot te stellen aan vrij sterke ultraviolette straling. Na zo’n belichting is het EPROM weer schoon en kan het opnieuw worden geladen met semi-permanente (programma-)informatie. RAMS en (E)PROMS worden in sommige gevallen ook geïntegreerd in delen van een microprocessorchip. Het voordeel is dat de microprocessor de gegevens in deze geheugenblokken in zeer korte tijd kan bereiken. In andere gevallen betrekt een geheugenloze microprocessor die gegevens via de databus van geheugenchips, die elders op de elektronische printplaat zijn aangebracht. Het transport van deze gegevens kost echter tijd, die weer ten nadele is van de verwerkingssnelheid en indirect van de prijs/prestatieverhouding van het microprocessorsysteem.
De chip is aan het eind van de jaren zeventig vrij plotseling zeer populair geworden, nadat vooral in het bedrijfsleven op toenemende schaal geautomatiseerde tekst-, gegevens- en signalenverwerkende apparatuur werd geïntroduceerd. Daarnaast deed de chip zijn intrede in tal van huishoudelijke apparaten, zoals wekkerradio’s, calculators, horloges, bakovens, wasmachines, naaimachines, radio- en televisie-ontvangers en zelfs microcomputersystemen voor gebruik in de sfeer van de vrijetijdsbesteding, de privé-administratie enz.
De algemene verwachting is dan ook dat in de komende tien jaar microcomputers zo goedkoop en gemakkelijk in het gebruik zullen worden, dat iedereen zich zo’n apparaat zal aanschaffen en dat de gezinscomputer een even vertrouwde verschijning wordt als nu de telefoon. Voor het bedrijfsleven zijn geautomatiseerde apparaten waarin chips zijn verwerkt zeer aantrekkelijk. De chips maken het mogelijk om zeer veel tekst-, gegevens- en signalenverwerkende apparaten te produceren die voorheen, omdat de elektronika toen uit losse onderdelen moest worden samengesteld, te kostbaar waren, te veel onderhoud vroegen en te veel ruimte innamen. Chips ondervangen deze en nog veel meer nadelen en voegen daar bovendien nog tal van voordelen aan toe.
Vrijwel elk terrein binnen het bedrijfsgebeuren kan, dank zij de geringe omvang, de veelzijdigheid, de betrouwbaarheid en de lage initiële kosten van chipgestuurde automaten, worden geautomatiseerd. Dat heeft in veel gevallen geleid tot drastische reorganisaties in de bedrijven met als gevolg dat veel werkzaamheden een ander karakter kregen of volledig door de geautomatiseerde machine konden worden overgenomen. In elk geval heeft de chip bijgedragen aan de toenemende werkloosheid aan het eind van de jaren zeventig; een ontwikkeling, die zich aan het begin van de jaren tachtig versneld voortzet. Afb.p.155.
