ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.06.2025
Просмотров: 4557
Скачиваний: 2
350 Глава 14Программируемые логические блоки
лагаясь при этом на то, что за счет применения точной модели ИС (почти) всегда начнет сразу функционировать.
14.1 I. ASIC со стандартными ячейками
ASIC со стандартными ячейками имеют больше степеней свободы, чем вентильные матрицы (gate-arrays).
Они имеют следующие особенности:
•ширина стандартных ячеек произвольна, фиксирована только высота;
•содержание ячеек является произвольным;
•возможны аналоговые функции;
•размеры каналов для разводки определяются требованиями за казчика (то есть являются заказными);
•особые функции: предлагаются ROM и RAM, выполненные по специальной технологии;
•все фотошаблоны являются заказными;
•размеры кристаллов (чипов) являются заказными.
ASIC со стандартными ячейками имеют следуюш;ие достоинства
инедостатки:
•плотность интеграции выше, чем у gate-arrays, вследствие чего стоимость в пересчете на вентиль меньше;
•стоимость разработки и время разработки больше, чем в слу чае gate-arrays, вследствие чего ASIC со стандартными ячейка ми могут стать рентабельными только при производстве пар тии около 30000 ИС в год;
•изготовитель поставляет программное обеспечение для тести рования библиотечных ячеек;
•сроки поставки больше, чем в случае gate-arrays.
В ASIC со стандартными ячейками структура библиотечных ячеек определяется специальными требованиями. Поэтому плоиладь кристалла меньше, чем у gate-arrays. В качестве альтернативного варианта может быть проведена оптимизация быстродействия.
14-12. ASIC на основе полностью заказного проектирования 35
14.12.ASIC на основе полностью заказного проектирования
ASIC на основе полностью заказного проектирования не отличается от обычных стандартных ИС. При проектировании разработчику предоставляется полная свобода. Изготовитель предлагает только лишь инструменты проектирования, которые адаптированы к ха рактеристикам процесса изготовления.
14.13. Упражнения
Задача 14.1. Пусть с помощью одной программируемой логической матрицы (PLА) должны быть реализованы три булевых функции /о, /1^/2- Отметьте в приведенной ниже схеме необходимые соединения точками и обозначте выводы PLA.
/о |
(а, 6, с, d) = ady ^a^bcd |
/1 |
(а, Ь, с, d) — -^ab V -^cd-^abcd V а -^bcd |
/2 (а, b,c,d) ^^{{аУЬУ -^с){-^сУ d) (-па V с V ^d))
Ггт>1 1 Р
Х\ U1 Р
Х2 1п>i 1 р хз 1гт>i 1 р
| & il& II& I & {|& 1
>1 fo
— fl
>1 12
Задача 14.2. Пусть с помощью одной PLA должны быть реализо ваны 2 булевых функции /о и / i . Обозначьте на схеме необходимые соединения точками и обозначьте выводы.
/о (а, 6, с, d) = ^a-^b-^c^d V ab-^c-^d V a-^b-^c-^d V -^ab-^cdM V -^a-^bcd V -^abcd
/1 (a, 6, c, 6?) = ^a^b-^c^d V ab-^cd V -^a-^bcd V -^abc-^ d
^352 Глава Ц- Программируемые логические блоки
Хо |
Х\ |
Х2 |
ДГз |
>1
Г^
>1 fl
Глава 15. Принципы построения микропроцессоров
няется максимально гибким. Универсальный операционный блок со держится, к примеру, в компьютере Неймана. Операционные блоки содержат, как правило, арифметико-логические устройства (ALU) и регистры для запоминания переменных. Все проводимые опера ции должны выполнятся с помощью имеющихся в наличии аппарат ных средств. Управляющий блок осуществляет координацию опера ций, проводимых в операционном блоке. Различают управляющие блоки с фиксированной структурой и с микропрограммным упра влением. Первые имеют большое быстродействие, вторые являются более гибкими.
15.2. Компьютер фон-Неймана
Концепция компьютера фон-Неймана, на которой основывается ра бота большинства применяемых сегодня компьютеров, представля ет собой развитие изображенной выше кооперирующейся управля ющей схемы. В компьютере фон-Неймана используется описанное разделение схемы на управляющий и операционные блоки. Более то го, в компьютере фон-Неймана управляющий блок управляется про граммой, которая определяет последовательность операций. С по мощью этого достигается еще большая гибкость, так как, выбрав другую программу, можно легко перейти к обработке другой зада чи. Программа вместе с требуемыми операционному блоку данными хранится в ЗУ. Программу, которая исполняется микропроцессо ром, называют машинной программой. На практике машинная про грамма формируется путем перевода с языка более высокого уровня (например, с языка PASCAL).
Принцип работы компьютера фон-Неймана представлен на рис. 15.2. соединение групп блоков осуществляется с помощью трех шин. По шине данных передаются данные и команды, адресная шина пере дает адреса, по которым данные и команды можно найти в ЗУ. По управляющей шине направляются сигналы, которые, например, пе реключают ЗУ от чтения (RD) на запись (WR) и обратно. Понятия «чтение» и «запись» каждый раз могут интерпретироваться с точки зрения работы микропроцессора.
К блокам компьютера фон-Неймана относится:
Операционный блок
Операционный блок содержит АЛУ и блок регистров для хранения промежуточных результатов, как это уже описывалось выше. Как правило, его делают насколько возможно более универсальным.
15.3. Операционные блоки
Управляющий блок
Управляющий блок служит р^ля управления компьютером. Он выполняет машинные программы.
J\ля этого управляющий блок извлекает команды машинной про граммы из ЗУ и закладывает их в регистр команд. Он переводит ко манды в управляющие алгоритмы и управляет циклами программ.
ЗУ
Вкомпьютере фон-Неймана в ЗУ хранятся как данные, так и про граммы. ЗУ собирается из блоков, выполняемых по различной тех нологии. Данные хранятся большей частью в RAM, так как они должны постоянно меняться. Управляющая программа или ее ча сти запоминаются в ROM. Кроме того, часть данных и программы могут быть выведены на жесткий диск.
Ввод и вывод
Сюда относятся такие периферийные устройства, как принтеры, мониторы, сети данных и внешние дисководы. Собственно микро процессор содержит, как правило, управляющий и операционный блоки. Совместно с ЗУ и блоками ввода и вывода микропроцессор образует компьютер или ЭВМ. У так называемых микроконтролле ров на кристалле присутствуют дополнительно ЗУ (RAM и ROM), блок ввода и вывода и, часто, также АЦП.
На основе микропроцессора создан универсальный схемный блок, который с помощью программного обеспечения можно использо вать для решения многих задач. Поэтому микропроцессор находит широкое применение. Можно без преувеличения сказать, что микро процессор является изобретением, которое больше всего повлияло на нашу рабочую повседневность.
15.3. Операционные блоки
15.3.1. Архитектура операционных блоков
Архитектура операционных блоков может быть приспособлена к различным специальным применениям. Компьютер фон-Неймана под ходит j\RK решения почти всех задач арифметико-логического ти па. Наряду с этим имеются операционные блоки для решения спе циальных задач. Например, имеются процессоры, оптимизирован ные для обработки сигналов, т.н. «цифровые сигнальные процес соры» (DSP, digital signal processor). Они подходят, например, ^\ля