Расширение ПЛМ по выходам и термам

Под расширением ПЛМ по выходам или термам понимается такое соединение нескольких ПЛМ, в результате которого получается схема, эквивалентная ПЛМ с увеличенным числом выходов или термов соответственно.

Для расширенных ПЛМ (s, t, q) по выходам в К раз достаточно соединить одноимённые входы К ПЛМ.

Пример расширенной ПЛМ приведён на рис. 27.5а.

Рисунок 27.5 – Расширение ПЛМ по выходам (а) и по термам (b)

Полученная схема (рис. 27.5) эквивалентна ПЛМ с параметрами s, t, q,r. Матрица М₁ у всех К ПЛМ совпадают, а матрица М₂ всех ПЛМ (s, t, q) позволяют реализовать систему из Kt функций от S переменных с q термами.

При расширении ПЛМ (s, t, q) по термам в К раз необходимо соединить как одиночные входы, так и одноимённые выходы всех К ПЛМ (s, t, q). При этом выходы соединяются с помощью логических схем ИЛИ. В общем случае при расширении ПЛМ по термам в К раз потребуется t логических схем ИЛИ с К входами в каждую. Однако в настоящее время выпускаются ПЛМ, выходы которых при расширении по термам можно соединить непосредственно (рис. 5в).

При расширении ПЛМ (s, t, q) по термам в К раз матрицы М₁ всех К ПЛМ реализуют Kq различных термов, которые могут быть использованы в ДНФ любой из t функций.

Построение на ПЛМ (s, t, q) системы булевых функций от переменных, число L которых превышает число S входов в ПЛМ, и реализации автомата с входными переменными и H>q переходами на ПЛМ (s, t, q,r) не так тривиальны и основаны на методах декомпозиции булевых функций и автоматов.

Первым представителем большого класса программируемых логических устройств можно считать программируемые логические матрицы (ПЛМ – в зарубежной литературе PLA – Programmable logic Array). Общая структура PLA изображена на рисунке 2.1. Основная идея заключается в реализации логической функции, представленной в ДНФ – дизъюнктивной нормальной форме.

Рисунок 2.1 — Общая структура PLA

Для этого PLA содержит совокупность элементов И, выходы которых подаются на входы набора элементов ИЛИ. Как показано на рисунке 2.1, входы PLA x1,.., xn заведены через набор буферов, которые обеспечивают подачу как прямых, так и инверсных входных сигналов на блок схемы, называемый матрицей И. На выходе матрицы И формируются термы P1,..., Pk, каждый из которых может быть сконфигурирован для осуществления конъюнкции входных переменных x1,.., xn. Полученные термы служат входными сигналами для матрицы ИЛИ, на выходе которой формируются значения функций f1, …, fm. Каждая такая функция реализует любую дизъюнкцию термов P1,..., Pk. Таким образом с помощью PLA можно реализовывать логические функции, записанные в ДНФ.

Внутренняя структура небольшой PLA приведена на рисунке 2.2. PLA имеет три входа, четыре внутренних термов и два выхода. Каждый конъюнктор матрицы И имеет шесть входов, соответствующих прямым и инверсным значениям трех входных сигналов. Каждое соединение к матрице И программируемо. Любые не подключенные к матрице И входы не влияют на значения выходного терма соответствующего конъюнктора. В PLA программирование обычно осуществляется однократно путем пережигания плавких перемычек импульсами тока.

На рисунке 2.2 матрица И формирует терм P1, как конъюнкцию входных переменных x1 и x2. Следовательно, P1 = x1x2. Аналогично P2 = , P3 = , и P4 = x1x3. Программируемые соединения существуют также и для матрицы ИЛИ. Выход f1 связан с термами Р1, P2 и P3. Поэтому на первом выходе получим реализацию функции . Аналогично .

Рисунок 2.2 — Структура PLA

Таким образом, рисунок 2.2 изображает PLA, запрограммированную для реализации вышеописанных функций. Однако матрицы И и ИЛИ можно запрограммировать и иначе для реализации других функций входных сигналов x1, x2 и x3. Единственное ограничение, накладываемое на такие функции, это разрядность матрицы И (в данном примере на выходе матрицы И можно получить только 4 терма). Коммерческие PLA имеют гораздо боле высокую разрядность. Типичные PLA включают 16 входов, 32 терма и 8 выходов.

Отметим, что при рассмотрении структуры больших кристаллов используют другой стиль представления схемы. Каждый вентиль И изображается как одиночная горизонтальная строка с условным обозначением схемы И. Входные линии представляются вертикальными строками. Каждый вентиль ИЛИ изображается также вертикальной строкой, но с соответствующим условным обозначением дизъюнктора. При любом пересечении вертикальной и горизонтальной строки может быть осуществлено программируемое соединение, обозначенное X. Примером данного стиля изображения рассматриваемой выше схемы является рисунок 2.3.

Рисунок 2.3 — Общепринятое представление структуры схем PLA

На нем показаны программируемые соединения при реализации функций f1 и f2 рисунка 2.2.

PLA, программируемые однократно, применяются для замены микросхем стандартной логики, т.к. каждая PLA заменяет достаточно большое количество таких микросхем. PLA с соединениями, программируемыми многократно, часто включаются в состав СБИС типа микропроцессоров. В этом случае значения логических функций могут быть получены микропроцессором гораздо быстрее, чем при программной реализации данных функций.

Поиск по сайту: