Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Идея состоит в том, чтобы собрать вокруг разрабатываемого проекта совокупность программ для автоматического контроля выполняемых схемой функций, а также для наблюдения за поведением схемы и определением ее временных характеристик. Это особенно полезно, югда в проекте производятся небольшие изменения; тогда можно запустить программу тес- 32 Глава 1. Введение тировання, чтобы убедиться в том, что обнаруженные ранее дефекты устранены, а «улучшения», произведенные водном месте, ничего не нарушили нн в каком другом месте.
Программы тестирования могут быть написаны нагом же самом языке описания схем, на котором составлен проект, а также на С или С++ или на комбинации языков, включая языки описания сценариев типа языка РЕЮ . ° Средства анализа и контроля временных соотношений. Описание временных параметров является важной составной частью проектирования цифровых устройств. Любой цифровой схеме необходимо время, чтобы выработать новое значение выходного сигнала в ответ на изменение на входе, и проектировщик тратит много усилий, чтобы убедиться, что соответствующие изменения на выходе происходят достаточно быстро (нлн, в некоторых случаях, не слишком быстро). Специализированные программы позволяют автоматизировать скучную процедуру рисования временных диаграмм, а также определять и контролировать временные соотношения между различными сигналами в сложной системе.
° гекстовые редакторы. Наконец, давайте не забудем об обычных текстовых редакторах и о текстовых процессорах. Очевидно, что эти средства нужны для написания исходной программы проекта на языке описания схем, но не менее важной для каждого проекта является та роль, какую они играют при создании документации! Помимо использования перечисленных программных средств, разработчики иногда пишут специализированные программы на языках высокого уровня, таких как С или С.-ь, или составляют сценарии на языках типа РЕКЕ для решения частных проблем, относящихся к проектируемой системе.
Например, в разделе ! ОЛ.6 приведена пара программ на языке С, генерирующих «таблицы истинности» для комбинационных схем, реализующих сложные функции. Хотя средства автоматизации проектирования и важны, умения ими пользоваться еще не достаточно, чтобы быть хорошим проектировщиком цифровых устройств. Вы же не считаете себя великим писателем только потому, что быстро нажимаете на клавиши и проворно управляетесь с текстовым редактором. Обучаясь проектированию цифровых устройств, постарайтесь овладеть всеми средствами, какие только будут вам доступны: графическими редакторами схем, средствами моделирования, компиляторами языков описания схем. Но помните, что само по себе изучение этих средств не гарантирует достижения заведомо хороших результатов. Пожалуйста, будьте внимательны по отношению к тому, что получается в результате использования этих средств. 1.6.
Интегральные схемы Один или большее число вентилей, сформированных на одном кристалле кремния„называются интегральной схемой (ИС; гпгейгагей сессий, УС). Большие интегральные схемы с десятками миллионов транзисторов могут представлять собой квадратную пластину со стороной порядка половины дюйма или больше, тогда как у малых ИС этот размер может быть меньше одной десятой дюйма.
1.6. Интегральные схемы ЗЗ ПРОГРАММИРУЕМЫЕЛОГИЧЕСКИЕУСТРОИСТВА И МОДЕЛИРОВАНИЕ Позднее вы узнаете нз этой книги, что программируемые логические устройства (ПЛУ) и состоящие из вентилей решетки, програмиируемыв в процессе эксплуатации фв!й-ргойгаттаЫе лаге аггаув, Грев) позволяют сконструировать схему или подсистему путем написания своего рода программ. Сегодня имеются ПЛУ и устройства типа ГРОА, содержждие до милл иона вентилей, и возможности, предоставляемые кристаллами, построенными по этой технологии, все время возрастают. Если конструкция, созданная вами на основе ПЛУ или устройства типа ГРОА, не заработает с первого раза, то часто имеется возможность произвести исправление путем изменений в программе и физического перепрограммирования устройства, не заменяя компоненты и не внося изменений в соединения между ними на уровне системы.
Легкость создания опытных образцов н модификации систем на основе ПЛУ и устройств типа ГРОА может привести к исключению необходимости моделирования. Самый распространенный взгляд на тенденции развития промышленности свидетельствует о том, что — по мере совершенствования технологии изготовления кристаллов — проектирование все в большей степени будет осуществляться на уровне кристалла, а не на уровне платы. Поэтому возможность полного и подробного моделирования станет исключительно важной в типичном случае проектирования цифрового устройства. Однако возможен и другой подход.
Экстраполируя тенденции возможностей, предоставляемых ПЛУ и устройствами типа ЕЛА, следует ожидать, что в предстоящие десять лет мы станем свидетелями появления микросхем, содержащих в качестве составных элементов не только вентили и триггеры, но также и функциональные блоки более высокого уровня, такие как процессоры, память и контроллеры ввода/вывода.
С этой точки зрения большинство проектировщиков цифровых устройств будут иметь дело со сложными компонентами внутри кристалла и такими соединениями, основные функции которых уже будут протестированы производителем микросхем. Имея в виду такое развитие, все же следует допуститьь возможность неправильного использования программируемых функций высокого уровня, но и в этом случае исправлять ошибки можно простым внесением изменений в программу; в этих условиях детальное моделирование проектируемого устройства до его «пробной реализации» может оказаться напрасной тратой времени.
Другой взгляд на эту проблему с той же самой точки зрения состоит в том, что каждое ПЛУ или каждый кристалл ГРОА — это просто-напросто устройство, моделирующее работу программы с максимальным быстродействием, и это все, что находится внутри интегральной схемы. Обоснован ли этот крайний взгляд на вещи? Чтобы узнать ответ, задайте себе вопрос: многих лн вы знаете программистов, отлаживающих новую программу путем «моделирования» ее работы, а не просто пытаясь запустить ее? В любом случае, современные цифровые системы слишком сложны, и у проектировщика нет никаких шансов перебрать все возможные комбинации входных воздействий независимо от того, применяется моделирование или нет.
Как и в отношении программного обеспечения, правильность работы цифровой системы лучше всего проверяется на практике, которая и должна засвидетельствовать„что система «правильно спроектирована». Цель этой книги состоит в том, чтобы поощрить такую пра«тику. 34 Глава 1. Введение Независимо от размеров первоначально отдельные ИС являются элементами значительно большей по величине круглой полупроводниковой пластины (и>а!ег) диаметром до 10 дюймов, содержащей от нескольких дюжин до нескольких сотен точных копий одной и той же ИС. Все ИС на этой пластине формируются одновременно, подобно пицце, которая, в конце концов, продается порезанной на куски, за исключением того, что в нашем случае каждый кусочек (одна ИС) называется кристаллам (Жв). После того, как пластина изготовлена, осуществляется тестирование всех кристаллов, пока они еще остаются элементами этой пластины, и неисправные кристаллы помечаются.
Затем пластина разрезается на отдельные кристаллы, и отмеченные кристаллы при этом отбрасываются. (Сравните с тем, что делает тот, кто выпекает пиццу и продает все куски, лаже недостаточно поперченные!) Каждый непомеченный кристалл укрепляется в корпусе, контактные площадки кристалла соединяются с выводами корпуса„помещенная в корпус ИС подвергается окончательному тестированию и отправляется заказчику. Некоторые употребляют термин «ИС» по отношению к кремниевому кристаллу.
Другие ту же самую вещь называют «микросхемой» («чипом»). А есть еще такие, кто словами «ИС» и «микросхема» обозначает комбинацию кремниевого кристалла и ее корпуса. Разработчики цифровых устройств используют эти термины попеременно, не обращая особого внимания нато, кто что говорит. Им не требуется точного определения, поскольку их интересует только функциональное назначение этих изделий и их электрические свойства. Дальше в этой книге мы будем под ИС понимать кристалл, заключенный в корпус.
С самого начала, когда только появились ИС, их стали классифицировать по размерам — малые, средние и большие — в зависимости от того, сколько в них содержится вентилей. Простейшие микросхемы, до сих пор выпускаемые серийно и содержащие от 1 до 20 вентилей в эквивалентном выражении, называются ИС малой степени интегра>Гии (эта)1-лса!в !я!вага!гоп, ББ!) или малыми интегральными схемами (МИС).
Обычно такая ИС содержит небольшое число вентилей или триггеров, являющихся элементарными составными элементами при проектировании цифровых устройств, МИС, которые скорее всего встретятся вам в учебной лаборатории, выпускаются в корпусе с двухрядны»> распаложвни«и выводов [г!иа! т-!гпе-р!и (О!Р) рас/гайе), с числом выводов, равным 14. Как показано на рис. 1.4(а), расстояние между выводами в ряду составляет О. ! дюйма, а расстояние между рядами равно 0.3 дюйма. Если ИС для выполнения ее функции требуется большее число выводов, то кристалл помещают в корпус Р1Р большего размера [см. рис. (Ь) и (с)1. Схема расположения выводов (рт»(!аягат) указывает распределение имеющихся в схеме сигналов по выводам корпуса, или г!околввку (р!паиг).
На рис. 15 представлены схемы расположения выводов для нескольких распространенных МИС. Цоколевку используют только в том случае, когда проектировщику нужно определить номера выводов в той или иной ИС. В принципиальных схемах цифровых устройств распределение выводов не указывается. Вместо этого различные вентили объединяются в группы по функциональному признаку, и мы расскажем об этом в параграфе 5.1, 1.6. Интегральные схемы Зб вывод 1 вывод ! 4 вывод 1 вывод 1о вывод В вывод 1 !ь) !4) !в) Рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
