Системы логических элементов
1.4. Системы логических элементов
Системой (комплексом или серией) логических элементов ЭВМ называется предназначенный для построения цифровых устройств функционально полный набор логических элементов, объединяемый общими электрическими, конструктивными и технологическими параметрами, использующий одинаковый способ представления информации и одинаковый тип межэлементных связей. Система элементов чаще всего избыточна по своему функциональному составу, что позволяет строить схемы, более экономные по количеству использованных элементов. Системы элементов содержат элементы для выполнения логических операций, а также элементы для усиления, восстановления и формирования стандартной формы сигналов.
В настоящее время применяются главным образом системы логических элементов с потенциальным способом представления информации («потенциальные системы логических элементов»). Элементы и узлы могут быть выполнены в виде отдельных корпусов микросхем малой (МИС), средней (СИС) и большой (БИС) степени интеграции, составляющих серию микросхем. В большинстве современных серий в качестве типовых используются элементы, выполняющие логические операции (И — НЕ, ИЛИ — НЕ, И — ИЛИ — НЕ и др.), триггеры, а так же сложные функциональные элементы (сумматоры, регистры, счетчики, АЛУ, ОЗУ и др.). Специальные серии элементов, называемые также микропроцессорными наборами, представляют собой целые узлы ЭВМ (процессор, контроллеры, ОЗУ, ПЗУ, шинные формирователи и др.). Проектируемая на основе интегральных микросхем цифровая схема, конструктивно представляет собой печатную плату, на которой установлены корпуса элементов и проведены необходимые дорожки проводников между ними.
Цифровое устройство так же может быть выполнено в виде одной или нескольких БИС. БИС могут быть полностью заказными или полузаказными (в частности, ПЛИС – программируемые логические интегральные схемы).
В случае заказных БИС на кристалле располагаются только компоненты данного устройства, которые обычно выбираются из библиотек стандартных ячеек (аналогично сериям стандартных элементов) и выполняется их соединение по функциональной схеме устройства. Таким образом, для изготовления БИС необходимо выполнить все необходимые технологические операции.
В случае полузаказные БИС стандартные элементы в избыточном количестве заранее располагаются на кристалле. Таким образом, большая часть операций по изготовлению БИС одинакова для всех проектируемых устройств. В качестве ПЛИС широко используют программируемые логические схемы CPLD (Complex Programmable Logic Device) и программируемые вентильные матрицы FPGA (Field Programmable Gate Array). В случае использования CPLD для отражения структуры конкретной схемы во множестве функциональных ячеек, которые стандартно расположены в БИС, требуется выполнить заключительные технологические операции металлизации (прокладки соединений). В случае схемы FPGA программатор, согласно заданной программе, просто расплавляет имеющиеся перемычки или, наоборот, их создает, локально ликвидируя тонкий изолирующий слой.
Часто исходное описание схемы и моделирование ее работы проводится с помощью специальных фирменных или универсальных средств САПР (систем автоматизированного проектирования), а приведение этого описания к конкретному элементному базису, характерному для БИС данной фирмы – изготовителя, выполняется автоматически.
