13. Программируемая логика.

Основными элементами структуры ПЛИС являются:

-         логические блоки (ЛБ) (LAB, Logic array blocks);

-         макроячейки (МЯ) (macrocells);

-         логические расширители (expanders) (параллельный (parallel) и разделяемый (shareble));

-         программируемая матрица соединений (ПМС)(Programmable interconnect array, PIA);

-         элементы ввода-вывода (ЭВВ)(I/O control block).

Программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС) - электронный компонент, используемый для создания цифровых интегральных схем. В отличие от обычных цифровых микросхем, логика работы ПЛИС не определяется при изготовлении, а задаётся посредством программирования (проектирования).

Для программирования используются программаторы и отладочные среды, позволяющие задать желаемую структуру цифрового устройства в виде принципиальной электрической схемы или программы на специальных языках описания аппаратуры: Verilog, VHDL, AHDL и др.

Некоторые производители ПЛИС предлагают программные процессоры для своих ПЛИС, которые могут быть модифицированы под конкретную задачу, а затем встроены в ПЛИС. Тем самым обеспечивается уменьшение места на печатной плате и упрощение проектирования самой ПЛИС, за счёт быстродействия.

ПЛИС широко используется для построения различных по сложности и по возможностям цифровых устройств.

Это приложения, где необходимо большое количество портов ввода-вывода (бывают ПЛИС с более чем 1000 выводов («пинов»)), цифровая обработка сигнала (ЦОС), цифровая видеоаудиоаппаратура, высокоскоростная передача данных, криптография, проектирование и прототипирование ASIC, в качестве мостов (коммутаторов) между системами с различной логикой и напряжением питания, реализация нейрочипов, моделирование квантовых вычислений.

В современных периферийных и основных компьютерных устройствах платы расширения в системе Plug and Play имеют специальную микросхему — ПЛИС, которая позволяет плате сообщать свой идентификатор и список требуемых и поддерживаемых ресурсов.

Типы ПЛИС: PAL, GAL, CPLD, FPGA

13. Устройства питания: особенности питания вычислительных устройств и микропроцессоров, супервизор, управление включением выключением, режимы экономии энергии.

Вторичный источник электропитания — это устройство, предназначенное для обеспечения питания электроприбора электрической энергией, при соответствии номиналам её параметров: напряжения, тока, и т. д. путём преобразования энергии других источников питания.

Стабилизатор напряжения — преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при значительно больших колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки.

Линейный стабилизатор представляет собой делитель напряжения, на вход которого подаётся входное (нестабильное) напряжение, а выходное (стабилизированное) напряжение снимается с нижнего плеча делителя. Стабилизация осуществляется путём изменения сопротивления одного из плеч делителя: сопротивление постоянно поддерживается таким, чтобы напряжение на выходе стабилизатора находилось в установленных пределах. При большом отношении величин входного/выходного напряжений линейный стабилизатор имеет низкий КПД, так как большая часть мощности Pрасс = (Uin — Uout) * It рассеивается в виде тепла на регулирующем элементе.

Устройства питания

- Питание от сети переменного и постоянного тока

- AC-DC и DC-DC преобразователи

- Выпрямитель

- Линейный стабилизатор

- Принцип действия DC-DC преобразователи

- Ключевые понижающие преобразователи напряжения

- Ключевые повышающие преобразователи напряжения

Особенности питания вычислительных устройств и микропроцессоров:

Современные микропроцессоры, как правило, имеют напряжение питания различным для ядра и периферийных устройств.

Ядро питается пониженным напряжением для повышения быстродействия и снижения энергопотребления, при это помехоустойчивость обеспечивается размещением в кристалле и короткими связями.

Периферийные устройства, в частности интерфейс, работают с внешними сигналами и для обеспечения помехоустойчивости должны питаться повышенным напряжением.

Супервизор: – устройство, контролирующее питание микропроцессора и вырабатывающее импульс перезапуска при восстановлении питания после провала.

Управление включением и выключением, режимы экономии энергии:

Некоторые микропроцессоры, имеющие несколько напряжений питания, критичны к последовательности подачи и снятия этих напряжений. Для управления процессом подачи/снятия напряжений питания в определенной последовательности используется устройство, называемое секвенсором.

В мобильных системах экономичность по энергопотреблению является одной из важных характеристик системы. Для экономии энергии в микропроцессорах предусматриваются режимы использования с пониженным энергопотреблением (idle, standby, halt), которые включаются на время, когда от процессора не требуется активности. В этих режимах в микропроцессоре отключается подача тактовой частоты на какую-то часть внутренних узлов.

Сторожевой таймер (С.Т.):

Физически сторожевой таймер может быть:

- самостоятельным устройством;

- компонентом устройства (например, микросхемой на материнской плате);

- частью электронной схемы( или кристалла, выполняющую функцию целого устройства).

С.Т. позволяет отслеживать зависание операционной системы (и перезагрузить ее).

С.Т. увеличивает стабильность работы – нет необходимости ручного сброса.Если сброса не произошло в течении некоторого времени, происходит принудительная перезагрузка системы.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО: ВОЗМОЖНЫЙ ВОПРОС НА ЭКЗАМЕНЕ:

Недостаток линейного стабилизатора – малая КПД (Коэффициент полезного действия преобразователя), так как большая часть мощности рассеивается в виде тепла на регулирующем элементе.