Вопросы к экзамену по дисциплине «программируемые цифровые устройства»
История появления микросхем программируемых цифровых устройств. Предшественники плис.
Интегральная схема создана в 1959г. в США (Fairchild Motorola).
Первые программируемые логические устройства создавались на основе технологии биполярных программируемых ПЗУ с дополнительными логическими возможностями и свойствами. Фирма Signetics выпустила в 1972 году биполярную микросхему программируемой логической матрицы. Совершенствование архитектуры привело к созданию фирмой Monolithic Memories Inc. (MMI) в 1975–1976 годах микросхем программируемой матричной логики (PAL), монтируемых в 20- и 24-выводные корпуса и способных заменить до 20 имевшихся в продаже логических вентилей. В 1984-м фирма Altera выпустила первую микросхему CPLD содержащую 300 вентилей. И уже сегодня логическая емкость микросхем ПЛИС с конфигурационной флэш-памятью превышает 1 млн вентилей. К классу программируемых логических приборов относятся простые и сложные ПЛИС (SPLD и CPLD, соответственно), а также программируемые пользователем базовые матричные кристаллы (FPGA).
Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) позволяют в сжатые сроки создавать высокоскоростные периферийные модули, шинные интерфейсы (PCI, USB), сетевые устройства, контроллеры и др.
ПЛИС - это цифровая интегральная схема с программируемой структурой.
Виды ПЛИС:
1. программируемые логические матрицы (PLA)
2. программируемая матричная логика (PAL)
3. базовые матричные кристаллы (GA)
Микросхемы типа программируемая логическая матрица. Их основные параметры. Упрощенная схема.
Программируемые логические матрицы (ПЛМ) появились к восьмидесятым годам. Основой служат последовательность программируемых матриц элементов «И» и «ИЛИ», а также блоки входных и выходных буферных каскадов (БВх и БВых).
Структура ПЛМ:
Основные параметры ПЛМ:
- Число входов t;
- Число термов 1;
- Число выходов n;
- матрица И - конъюнкторы;
- матрица ИЛИ - дизъюнкторы.
Число формируемых термов равно числу коньюнкторов (И). Число дизьюнкторов (ИЛИ) равно числу вырабатываемых функций n.
ПЛМ реализует дизъюнктивную нормальную форму (ДНФ) воспроизводимых функций (двухуровневую логику).
Какие именно термы будут выработаны и какие комбинации этих термов составят выходные функции, определяется программированием ПЛМ.
Схемотехника ПЛМ:
Выпускаются ПЛМ как на основе биполярной технологии, так и на МОП-транзисторах. В матрицах имеются системы горизонтальных и вертикальных связей, в узлах, пересечения которых при программировании создаются или ликвидируются узлы связи.
Реализуемые функции можно усложнять, вводя например один из выходов на вход. Тогда можно реализовать более сложную, скобочную форму функции.
Микросхемы типа программируемая матричная логика. Их основные параметры.
Программируемая матричная логика (ПМЛ), SPLD( Simple Programmable Logic Devices), т. е. простые программируемые логические устройства. По архитектуре эти ПЛИС делятся на подклассы программируемых логических матриц ПЛМ (PLA, Programmable Logic Arrays) и программируемой матричной логики ПМЛ (PAL. Programmable Arrays Logic, или GAL, Generic Array Logic).
Оба эти подкласса микросхем реализуют дизъюнктивные нормальные формы (ДНФ) переключательных функций, а их основными блоками являются две матрицы: матрица элементов И и матрица элементов ИЛИ, включенные последовательно. Такова структурная модель ПЛМ и ПМЛ. Технически они могут быть выполнены и как последовательность двух матриц элементов ИЛИ-НЕ.
В ПМЛ выработанные матрицей И термы поступают на фиксированную (непрограммируемую) матрицу элементов ИЛИ. Это означает жесткое заранее заданное распределение имеющихся термов между отдельными дизъюнкторами. Каждому дизъюнктору придаются свои собственные термы, и если для разных дизъюнкторов окажутся нужными одинаковые термы, придется вырабатывать их в матрице И несколько раз. Однако при этом программируемость матрицы ИЛИ исключается, что для многих задач в итоге существенно упрощает схему ПМЛ в сравнении со схемой ПЛМ.
Здесь выходы элементов матрицы «И» жестко распределены между элементами матрицы «ИЛИ».
В схеме ПМЛ m входов, n выходов и 4n элементов «И», так как каждому элементу «ИЛИ» придается по 4 коньюнктора. В сравнении с ПЛМ эти ПЛИС имеют меньшую функциональную гибкость, но их изготовление и использование проще. Преимущества проявляются при проектировании несложных устройств.