Boit_K__Cifrovaya_yelektronika_BookZZ_or g (К. Бойт - Цифровая электроника), страница 67

Интересное решение проблемы представляют 1-чиповые микрокомпьютеры. В единственном чипе интегрирован полный микрокомпьютер. Не надо НОВВ ап Вводы Яы Воот ВВа ВВВЕТ ~432 Г 15.М~ Р~ ~ Р думать о дополнительных модулях, как на рис. 15.20. Система собрана полностью. 1-чиповый микрокомпьютер должен содержать все необходимое. Что фактически содержит такой микрокомпьютер? Прежде всего интересно, какую память он имеет и каков ее объем? Если рассмотреть находящийся на рынке 1-чиповый микрокомпьютер, например, ТМБ 1000 производства Техав 1пвнтппеп1в, то выяснится, что объем памяти мал. Применяемая в настоящее время плотность интеграции не допускает большие объемы памяти. Также микропроцессор является всего лишь 4-битовым микропроцессором.

Из этого следует: 1-чиповые микрокомпьютеры предназначены в настоящее время только для простых задач управления. Они недостаточно флексибельны, т. е. не допускают расширения для решения сложных задач. Плотность интеграции микросхем растет с каждым годом. Значит в будущем 1-чиповые микрокомпьютеры будут иметь большие объемы памяти и приобретут большее значение. Контрольный тест 1.

Объясните структуру АЛУ. 2. Какое преимущество имеет перекодирование 6 входов управления АЛУ на 4 входа управления? 3. Что такое аккумулятор? Опишите принцип действия. 4. Изобразите схему аккумулятора с АЛУ, регистрами и памятью переноса. 5. Сколько различных команд можно передать 4-битовым модулем? 6. Объясните принцип действия аккумулятора с памятью с помощью схемы на рис. 15.11. 7. Чем отличается микропроцессор от микрокомпьютера? 8. Что означают обозначения: 4-битовый микропроцессор, 8-битовый микропроцессор, 16-битовый микропроцессор? 9. По каким технологиям производятся микропроцессоры? 10.

Что понимают под шиной данных, шиной адреса? 11. Микропроцессор нуждается в дополнительных модулях. Назовите четыре возможных дополнительных модуля. 12. Что такое 1-чиповый микрокомпьютер, что такое 1-платный микрокомпьютер? ГЛАВА 16 ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ С развитием интегральных микросхем возникло желание программировать их для выполнения специальных задач. Проектирование микросхемы относительно дорого и окупает себя только при производстве большого количества микросхем.

В настоящее время разработаны микросхемы, которые программируются производителем или самими пользователями. 16.1. Логические схемы, программируемые изготовителем Изготовление микросхем происходит посредством ряда технологических операций. После подготовительной стадии разрабатываются транзисторные каскады. Затем они собираются в логические структуры.

Затем производятся резисторы и связи между логическими структурами. Изготовление напоминает проявление фотографии с помощью так называемых масок. Маски — это стеклянные пластины, немного больше, чем кремниевые пластины, на которые нанесены фотографически уменьшенные логические структуры. Они переносятся на полупроводниковые пластины с помощью светочувствительного лака, освещения и напыления. Схемы с большими логическими структурами называются программируемыми веитильиыми матрицами. Вентильные матрицы — это схемы-полуфабрикаты. Имеющиеся на них вентили (логические элементы) могут быль соединены друг с другом по желанию пользователя.

Линии связи производятся масками. Это называют масочным программированием. Вентили могут быть собраны на полупроводниковой пластине в некоторые наборы схемных элементов, называемых стандартными ячейками. Эти ячейки затем собираются в более сложные схемы.

Схема программируется производителем и называется схемой, ориентированной на конечного заказчика. Если потребителю нужна микросхема с определенными свойствами, то производитель выбирает полупроводниковую пластину с необходимым количеством транзисторов, собранных в стандартные ячейки. Разработчик проектирует маску с необходимыми логическими связями. С помощью этой маски изготавливается необходимая интегральная микросхема. В зависимости от функций микросхема встраивается в корпус, который имеет от 16 до 144 выводов (рис. 16.1). Матричные кристаллы, базовые ячейки и схемы, ориентированные на конечного заказчика — это разновидности РЯ!С микросхем (Рррйсабол Яреся!с !л1ецга1ег! С!гсид).

(ава4 Г И. Да в а~ РОВ* 1В-4В ввваваа ноа ! В-04 ввввда ОРР В4 — 100 аввадаа Р1.СС гв — 04 вада Рис. 16.1. Типичные Аз[С-корпуса, от 16 до 144 выводов (ргп). АЯ1С имеют большие преимущества. Большая логическая схема может быть размещена на маленьком пространстве. Особенно высокую плотность размещения можно достигнуть с Ф-МОП-технологией. Крохотные габариты транзистора и короткие соединения приводят к высокому быстродействию. Энергопотребление относительно мало. Применение А81С экономически выгодно при условии изготовления партии более 5000 штук.

При меньшем количестве единичная схема получается очень дорогой. Обычно разработанная для клиента АБ1С принадлежит именно этому клиенту. Только он может ее использовать и имеет, таким образом, монополию. Однако часто готовые АБ1С по договоренности с заказчиком используются другими Фирмами. Это выгодно для всех участников сделки. гк.г. ь, г г и~: г и 43Б) 16.2. Логические схемы, программируемые потребителем Применяя логические схемы, программируемые пользователем, можно силь- но сократить время на разработку. Выпуск малых партий становится эко- номически целесообразным.

Логические схемы, программируемые потребителем, называются Р1.0 (Ргоагатгпаые ~осгс оеугсев) — программируемые логические устройства. 16.2.1. Основы Как уже известно, логические связи любой схемы могут быль выражены в нормальной форме ИЛИ, т. е. логической суммы ИЛИ полных конъюнкций (см. гл. 5). Для схемы с двумя входными переменными получаются четыре полных конъюнкции (рис. 16.2). Схема на рис. 16.2 содержит программируемые связи, обозначенные косой чертой.

Эти связи являются непроводяшими. Проводяшие связи обозначены крестом. В схемотехнике в общем используются условные обозначения как на рис. 16.3. в с с г ! д х е г =ох*а' г г =о дкй~ поя е Е Г:-О д„а ~ коньюнклии д„в Рис. 16.2. Комбинаторная схема с двумя входа- мн, программируемая. Пвреоекенив Твердея, Программируемый Программируемый линий, нензменяемля узел, злкрытый, узел, звмкнуг, связи нет овязь не лроводит проводит Рис.

16.3. Графические условные обозначения состояний узлов. Наряду с этим существует множество фирменных обозначений, которые будут рассмотрены дальше. Некоторые производителей относят Р11) к АБ1С. Однако в основном под понятием АБ1С понимают схемы, программируемые пользователем. (4ЗЬ Г МПре в Если по схеме можно составить все возможные нормальные формы ИЛИ, то с этой схемой могут производиться все возможные логические операции. Составим по рис. 16.4 схему эквивалентности. Как программировать? Верхний И-элемент должен производить А А В, средний — А А В.

Программирование состоит в том, чтобы правильно перемкнуть линии управления. Там, где должна быть проводящая связь, ставится крест. Третий И-элемент не нужен. Его можно отключить от питания. Существуют РЬ1), в котором после изготовления все пересечения проводящие. В таких РЬ1) при программировании электрически пережигаются перемычки. После прожигания программирование считается завершенным. Перепрограммирование, естественно, становится невозможным. При крупной ошибке программиста модуль можно выбрасывать. В местах пересечения могут также находиться полевые транзисторы РАМОБ-РЕТ (см.

разд. 12.6). Если затвор такого транзистора заряжен, то узел проводящий. Если разряжен, то узел разорван. Разрядка затвора может быть произведена ультрафиолетовым светом. Через окошко в корпусе облучается вся микросхема. Все затворы разряжаются. Этот способ программирования аналогичен СППЗУ (стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство).

Стираемые ультрафиолетом РЕ0 называются ЕРЕ0 (ЕгаэаЫе РЕ0; англ, стираемые РЕ0). ЕР(.Р можно перепрограммировать сколь угодно часто. Программирование производится посредством заряда определенных затворов. Недавно появились Р1ЛЭ, которые можно программировать электрическими импульсами. Эти РЬР называются ЕЕРЬО (Е1ес1пса1 ЕшзаЫе РЬ1), электрически стираемые Р1.11). Часто используется также обозначение Е'РЬР. ЕЕРЬО устроены аналогично ЕЕРКОМ (разд. 12.6.2). П х х о ~~ха о о о ~=оав Рве. 16.4. РЫЭ-схема ИСКЛЮ- ЧАЮЩЕГО ИЛИ.

На схеме (рис. 16.2) каждый элемент И может производить полную конъюнкцию. Четыре полные конъюнкции возможны при двух входных переменных. Таким образом, существуют все возможные нормальные формы ИЛИ. В общем, из схемы на рис. 16.2 нужны только три И-элемента, так как нормальная форма ИЛИ, образованная из четырех полных конъюнкций, дает в итоге, как известно, 1. ттт. л... и, р рт р т тттт) Программирование ЕЕРЫЭ производится электрическими импульсами. Возможно частичное стирание ячеек. Необязательно стирать весь модуль.

Производимые в настоящее ЕЕР1Л) могут перепрограммироваться, по данным производителя, минимум сто раз. Заряд затвора ГАМОЯ-РЕТ очень стабилен, т. е. затвор очень хорошо изолирован. Запрограммированный модуль должен хранить информацию, по данным производителя, десять лет и более. При графическом изображении РЬО-схем приняты условные обозначения согласно рис.

1б.З. Типичная РЬО-схема представлена на рис. 16.5, а. Схема состоит из И-связи, также называемой И-матрицей (А)х(1д Апау) и ИЛИ-связи (ИЛИ-матрица; ОК Апау), обе программнруемы. Все программируемые связи выполнены проводящими. Матрица И Матрица Ипи ад вв сс дхнвсе Рве. 16.5. Р1Х)-схеме: а — одноннльныа провода; о — мнотоннльныа провода. (43В Г 1х.