Программируемые логические матрицы.

Первым представителем большого класса программируемых логических устройств (ПЛИС) стали программируемые логические матрицы (ПЛМ). В зарубежной литературе они называются PLA — Programmable logic Array. Обобщенная структура ПЛМ приведена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1. Обобщенная структура программируемых логических матриц (ПЛМ)

Основная идея работы ПЛМ заключается в реализации логической функции, представленной в СДНФ — дизъюнктивной нормальной форме. На рисунке четко прослеживаются логические элементы "И", способные реализовать любой минтерм СДНФ и логические элементы "ИЛИ", осуществляющие суммирование термов, требующихся по логическому выражению СДНФ. В схеме ПЛМ, приведенной на рисунке 3.1, ранг терма ограничен количеством входов и равен четырем, количество термов тоже равно четырем. В реально выпускавшихся микросхемах программируемых логических матриц (ПЛМ) количество входов было равно шестнадцати (максимальный ранг минтерма — 16), количество термов равно 32 и количество выходов микросхемы — 8.

Примерами реализации программируемых логических матриц могут служить отечественные микросхемы K556PT1, PT2, PT21. В этих микросхемах программирование осуществлялось при повышенном напряжении питания. Там, где требовалось сохранить плавкую перемычку на ее вход и выход подавалось высокое напряжение, там, где соединение не требовалось, на вход подавался потенциал корпуса (логический ноль), а на выход — напряжение питания. Перемычка из поликристаллического кремния под воздействием высокой температуры, вызванной током короткого замыкания, испарялась.

Следует отметить, что полная принципиальная схема ПЛМ получается достаточно громоздкой (см. рисунок 3.1). Поэтому в зарубежной литературе обычно применяется шинное представление проводников. Логический элемент "И", реализующий минтерм СДНФ, изображается как одиночная горизонтальная строка с условно-графическим обозначением схемы "И". Ко входам этого элемента подводится многоразрядная шина, а на выходе подключен одиночный проводник. Если входной проводник подключается ко входу логического элемента "И" (перемычка сохранена), то это место обозначается крестиком 'x', а если соединение отсутствует (перемычка сожжена), то крестик не проставляется. Аналогично обозначаются и многовходовые элементы "ИЛИ". Пример подобного изображения схемы ПЛМ (PLA) приведен на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2. Представление внутренней структуры схем ПЛМ, принятое в зарубежной литературе

По схеме четко можно восстановить реализуемую им логическую функцию. На рисунке 3.2 реализованы две логические функции f₁ и f₂:

Недостаток рассмотренной архитектуры ПЛМ — слабое использование ресурсов программируемой матрицы логических элементов "ИЛИ". Данное обстоятельство привело к появлению ещё одного вида ПЛМ — PAL.