Dispozitive logice programabile

Dispozitive logice programabile
Capitolul 1 Dispozitive logice programabile 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Proiectarea sistemelor digitale
Tematica Prezentare generală Memorii PLA PAL FPGA 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Prezentare generală Dezavantajele implementării prin interconectarea de circuite integrate SSI/MSI : volum mare al implementării; consum mare de energie; disipare mare de căldură; număr foarte mare de interconexiuni; viteză de lucru relativ scăzută datorită lungimii conexiunilor externe și a punctelor de sudură; fiabilitatea scade proporțional cu creșterea complexității; timp mare alocat proiectării prin metodele clasice; testare şi depanare dificile. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Prezentare generală În cazul unor circuite logice de mare complexitate și/sau produse în număr foarte mare, realizarea sub forma de circuit integrat este mult mai atractivă. Există două variante de abordare și anume: Realizarea unor circuite integrate dedicate – ASIC (Application Specific Integrated Circuits), a căror proiectare la nivel fizic este realizată la producător. Realizarea unor circuite integrate de uz general a căror structură poate fi configurată în funcție de necesități prin „programarea” la utilizator – PLD (Programmable Logic Devices). 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Prezentare generală ASIC
Asigură performanțele cele mai bune pentru aplicația considerată deoarece prin proiectarea la nivel fizic se are în vedere tocmai optimizarea vitezei de lucru, fiabilității, disipării de energie, imunității la perturbații electromagnetice. De asemenea, în cazul unor producții de serie mari, prețul de cost unitar devine foarte bun. Principalele dezavantaje ale ASIC îl reprezintă durata mare a ciclului de dezvoltare a circuitului și prețul ridicat al proiectării circuitului integrat, estimat între 50000$ și $ în funcție de complexitatea și performanțele circuitului proiectat. Orice modificare după începerea producției de serie este practic imposibilă, eliminarea unor greșeli de proiectare logică costând aproape tot atât cât și proiectarea inițială. Din această cauză utilizarea ASIC nu este posibilă în faza de proiectare/dezvoltare a unui dispozitiv logic. Metoda devine rentabilă doar pentru producția de serie mare deoarece în acest caz costul proiectării tehnologice a circuitului se distribuie pe toate modulele realizate. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Prezentare generală PLD
Au o structura foarte generală, configurabilă la utilizator şi au fost introduse la mijlocul anilor `70 cu scopul de a oferi circuite integrate foarte flexibile în utilizare la un preț de cost rezonabil. Este necesar să facem distincție între utilizarea termenului programare în software și în hardware. În primul caz un program este încărcat și executat pe un hardware cu structura bine definită (vezi paragraful 6.6.4) în timp ce în al II-lea caz programarea presupune de fapt configurarea circuitului la nivel fizic. Primele PLDuri au fost numite PAL (Programmable Array Logic) respectiv PLA (Programmable Logic Array). Ele utilizau numai porți logice AND și OR permițând doar implementarea unor CLC de complexitate medie. Destul de repede această limitare a fost înlăturată prin includerea într-un singur modul a unei structuri PAL/PLA cu câte un bistabil pentru fiecare ieșire, asigurând implementarea într-un singur modul a unor CLS simple. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

La începutul anilor `80 au fost introduse așa numitele macrocelule (macrocell) care includ un bistabil, porți logice și multiplexoare. Structura unei macrocelule este la rândul ei programabilă ceea ce permite implementatrea mai multor regimuri de lucru. Dispozitivele a căror ieșire este prevăzută cu o macrocelulă au primit ulterior numele de GAL (Generic PAL). Uneori se utilizează și denumirea PALCE (PAL CMOS Electrically eraseble/ programmable). La ora actuală circuitele de tip PAL, PLA, GAL sunt referite în literatura de specialitate ca SPLDs (Simple PLDs). De fapt, sub formă de circuit integrat independent mai sunt produse doar circuitele GAL/PALCE. O etapă importantă o reprezintă trecerea la producerea unor circuite cu mai multe GAL pe aceeași pastilă de siliciu. Aceste circuite înglobează și logică auxiliară pentru interconectarea Galurilor dar și pentru a oferi facilități suplimentare. Astfel de circuite au fost denumite CPLD (Complex PLD) și au devenit populare datorită performanțelor foarte bune la un preț scăzut (chiar și sub 1$). 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Tot la mijlocul anilor `80 au fost introduse și circuitele FPGA (Field Programmable Gate Array), cu o structura total diferită de SPLD și CPLD. Ele sunt utilizate pe scară largă pentru implementarea unor circuite de mare complexitate și cu performanțe ridicate. Un sumar cu evoluția și clasificarea PLD este prezentat în tabelul de mai jos Dispozitive logice programabile (PLD) PLD simple (SPLD) PAL PLA PAL/PLA cu CBB GAL PLD complexe (CPLD) FPGA 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Memorii 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Memorii - definiții Prin memorie vom înțelege un circuit integrat pe scară largă sau foarte largă care permite înscrierea, păstrarea și redarea unei cantități mari de date codificate binar. Schema bloc cea mai generală a unui circuit de memorie este prezentată în Fig. 10, unde An-1...A0 – intrările de adresă; O0...Ok-1 – ieșirile/intrările de date C1, C2, C3 – comenzi pentru validarea modulului, activarea ieșirilor și selecția regimului de lucru (citire, ștergere sau scriere). Numărul și funcțiile realizate de semnalele de comandă depind de tehnologia de realizare și de tipul concret de memorie. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Memorii - definiții 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Memorii - definiții Elementul constructiv de bază al unei memorii îl reprezintă celula de memorie care poate memora un bit. O celulă de memorie este un circuit electronic care are două stări stabile interpretate ca 0 respectiv 1. În cazul general manipularea biților nu se face la nivel de celulă de memorie ci la nivel de grup de celule. O colecție de celule de memorie care pot fi citite sau scrise simultan poartă numele de locație sau cuvânt. Numărul de celule care formează o locație reprezintă lungimea locației. Observație! O celulă de memorie nu este necesar un bistabil în sensul celor discutate anterior, ea putând fi un fuzibil sau antifuzibil, un condensator, un domeniu feromagnetic etc. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

vProiectarea sistemelor digitale
Memorii - definiții Din punctul de vedere al utilizatorului memoria poate fi privită ca o listă de locații cu aceeași lungime (Fig. 13). Fiecare locație este identificată printr-un număr întreg unic, numit adresa locației. Din motive de optimizare a structurii memoriei, numărul locațiilor dintr-o memorie este întotdeauna 2n, unde n este numărul liniilor de adresă. De asemenea, din același motiv, adresele sunt numere întregi binare consecutive în plaja ÷ Observatie! Organizarea memorie ca în Fig. 13 reprezintă organizarea logică a memoriei. Așa cum se va vedea în continuare, structura internă a memoriei poate să difere puternic de organizarea logică a acesteia, dar interesele utilizatorului nu sunt afectate, diferența fiind transparentă pentru acesta. 2010 vProiectarea sistemelor digitale

Memorii - definiții . . . 1 . i 2n-1 D0 D1 Dk-1 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Memorii – structura generală
2010 Proiectarea sistemelor digitale

Aria celulelor de memorie este elementul central al oricărui circuit de memorie. Diferența între organizarea organizarea logică a memoriei și structura ariei de memorie este dictată de aspecte tehnologice. Se preferă ca aria celulelor de memorie să fie cât mai echilibrată posibil. Exemplu: pentru o memorie cu organizarea x8 biți se va prefera probabil o structură internă de forma 512x256x8 biți deoarece este mult mai simplu să se realizeze decodificarea în două etape (selecția a 512 linii cu un decodificator în prima etapă și apoi selecția cuvântului de 8 biți din 256 cuvinte posibile cu un multiplexor vectorial în a doua etapă) decât să se construiască un decodificator DEC 17/ 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Circuitele de control scriere/citire generează toate semnalele necesare operațiilor de scriere, citire, ștergere, refresh. La memoriile actuale aceste circuite sunt foarte sofisticate și performante. Diferă fundamental în funcție de tipul de memorie, tehnologia utilizată și chiar producător. MUX și DEMUX sunt multiplexoare respectiv demultiplexoare vectoriale. Circuitele tampon de intrare ieșire (input/output buffers) reprezintă interfața între memoria propriuzisă și mediul înconjurător și realizează următoarele funcții: controlează sensul de transfer al datelor – către exterior în cazul citirii și către interior în cazul scrierii; compatibilizează nivelul tensiunilor interne cu nivelul tensiunilor externe; controlează trecerea ieșirilor în stare de impedanță ridicată în scopul conectării la o magistrală. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Memorii - caracteristici
Capacitatea memoriei – numărul maxim de biți ce pot fi păstrați în memorie la un moment dat. Se măsoară de obicei în biți dar pentru memoriile mari se acceptă și Kbiți, Mbiți sau Gbiți. Organizarea logică a memoriei adică numărul de locații și lungimea unei locații (topate locațiile au aceeași lungime). Este o caracteristică foarte importantă în practică deoarece memorii cu aceeași capacitate pot avea organizări diferite. De exemplu o memorie cu capacitatea 4096 biți poate fi organizată ca o memorie 1024x4 biți sau ca o memorie 512x8biți. Timpul de acces adică timpul scurs în procesul de citire a datelor între momentul modificării adresei și momentul în care se garantează valori corecte la ieșire. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Memorii - caracteristici
Tensiunile de alimentare; Tipul ieșirilor (cu colector în gol sau tri-state). La ora actuală ieșirile memoriilor sunt tri-state. Viteza de înscriere a datelor. Anduranța – numărul maxim garantat de scrieri într-o memorie fixă reprogramabilă. Durata de păstrare a datelor adică timpul maxim garantat pentru păstrarea nealterată a conținutului unei memorii fixe în condiții bine precizate de exploatare și păstrare. Alterările pot să apară datorită scurgerii sarcinilor, modificării structurii materialelor din care este realizat circuitul, șocurilor mecanice sau electro-magnetice, expunerea la radiații etc. Datele din literatura de specialitate sunt destul de vagi și se referă în special la condițiile care favorizează alterarea conținutului memoriei. În general se acceptă ca termen limita un interval de 10÷20 ani. Nivelul la care se poate modifica informația (bit, locație, bloc). 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Memorii - clasificări Din punctul de vedere al necesității conectării memorie la o sursă de alimentare pentru păstrarea informației, se disting: memorii fixe (nevolatile, NVRAM)) în care datele odată înscrise sunt păstrate un timp nedeterminat chiar în absența susei de alimentare. memorii volatile a căror conținut se alterează într-un timp foarte scurt după deconectarea de la sursa de alimentare. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Memorii - clasificări Memoriile fixe pot fi clasificate după numărul de reprogramări pe care-l acceptă în memorii OTP (one-time programmable) în care datele pot fi înscrise o singură dată; memorii reprogramabile (MTP - multi-time programmable) în care datele pot fi rescrise de un număr oarecare de ori. Scrierea într-o memorie fixă este o operație complexă care implică ștergerea vechiului conținut și apoi reprogramarea memoriei. Acest ciclu stergere scriere duce în timp la degradarea memoriei. Chiar și în cazul memoriilor modernen nmumărul de rescrieri este limitat (între 1000 și ori). Memoriile volatile cunoscute și sub numele de memorii RAM (Random Access Memory) pot fi grupate în două mari categorii memorii RAM statice (SRAM) care păstrează conținutul nemodificat atât timp cât sunt conectate la sursa de alimentare; memorii RAM dinamice (DRAM) al căror conținut se alterează destul de repede chiar și în cazul în care circuitul este alimentat și din această cauză este necesară împrospătarea periodică a conțnutului memoriei (operația de refresh). Deși necesitatea operației de refresh complică schema de control și logica externă, memoriile RAM dinamice s-au impus în implementarea calculatoarelor daturită densității mult mai mari a celulelor de memorie pe 1mm2 de pastilă de siliciu. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Memorii - clasificări 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Memorii fixe - ROM O memorie fixă are ca funcții de bază păstrarea și redarea datelor așa că eforturile de îmbunătățire a acestui tip de memorie au fost orientate în special către creșterea capacității și scăderea timpului de acces. Sunt cunoscute în general ca memorii ROM (Read Only Memory). Corect această denumire se aplică celor mai vechi circuite de memorie OTP, al căror conținut era înscris la producător în procesul de fabricație. Datele înscrise nu mai puteau fi modificate niciodată. Utilizarea acestor memorii implică câteva dezavantaje majore: utilizarea nu este rentabilă decât în cantități mari deoarece utilizatorul trebuie să suporte toate cheltuielile de proiectare tehnologică; timpul scurs între proiectarea logică a conținutului memoriei și momentul în care memoria este disponibilă e mare; nu pot fi utilizate în activitatea de cercetare/dezvoltare deoarece nici o modificare nu mai este posibilă după producerea unui modul decât prin reproiectare. Aceste dezavantaje au determinat abandonarea utilizării ROM după anul 2000. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Memorii fixe - PROM O altă variantă OTP sunt memoriile PROM (Programmable ROM) al căror conținut poate fi înscris o singură dată, la utilizator, cu ajutorul unui dispozitiv special numit programator de memorii. Din punct de vedere tehnologic există două variante de PROM: PROM cu fuzibile formate în principiu dintr-o matrice de linii și coloane interconectate prin elemente ce pot fi distruse în timpul programării prin aplicarea unei tensiuni cu valori mult mai mari decât tensiunea de alimentare (tipic 12÷21V) PROM cu antifuzibile cu o structură asmănătoare cu acelor prezentate anterior numai că legătura între linii și coloane este realizată prin antifuzibile. Antifuzibilul este un circuit electronic format din doi electrozi metalici separați de un strat semiconductor care în faza inițială nu conduce curent dar, după aplicarea unui câmp electric puternic, în materialul semiconductor dintre cei doi electrozi metalici se formează un canal conductor permanent. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Memorii fixe - PROM Principalele avantaje ale memoriilor PROM sunt: siguranța în funcționare; păstrarea datelor pe un termen nelimitat; preț de cost redus; posibilitatea de utilizare în activități de cercetare/ dezvoltare; timp de acces între 35ns și 65ns (acceptabil în multe aplicații). 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Memorii fixe - PROM O0 O1 O2 O3 1 2 3 4 5 6 7 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Memorii fixe - PROM 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Memorii fixe - PROM tCE – timpul de stabilizare a datelor după activarea semnalului de selecție; tAA – timpul de acces adică timpul scurs între momentul modificării adreselor și momentul în care datele sunt stabile la ieșire; tCD – timpul de dezactivare a ieșirilor (trecerea în stare de impedanță ridicată) după dezactivarea semnalului de selecție a modulului; Hi-Z - starea de impedanță ridicată. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Memorii fixe - EPROM Memoriile EPROM (Erasable Programmable ROM) este o memorie fixă reprogramabilă. Înscrierea datelor se realizează cu un dispozitiv special la beneficiar. Pentru a putea rescrie conținutul memoriei este necesar ca vechiul conținut să fie șters prin expunerea la raze ultraviolete (lungimea de undă și timpul de expunere depind de firma producătoare și nerespectarea lor poate conduce la distrugerea prematură a modulului). Pentru a realiza ștergerea este necesar ca fiecare modul să fie prevăzut cu o fereastră de cuarț ceea ce crește sensibil prețul de cost pe modul. Din această cauză pentru producția de serie mare au fost create memorii EPROM fără fereastră de cuarț care funcționează în regim OTP la un preț de cost foarte bun. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Memorii fixe - EPROM Timpul de păstrare al datelor într-o memorie EPROM variază între 10 și 20 de ani în funcție de producător (datele furnizate în literatură sunt incerte, aproape imposibil de verificat). Expunerea la lumina naturală sau artificială și șocurile termice pot duce la alterarea conținutului memoriei într-o perioadă mult mai scurtă. Din această cauză pe durata utilizării fereastra de cuarț va fi acoperită cu o bandă adezivă opacă. Numărul maxim de cicluri ștergere-rescriere acceptat reprezintă o dată de catalog importantă. Spre deosebire de memoriile PROM fabricate în variante cu capacitate mică (zeci-sute biți), memoriile EPROM au fost fabricate în variante cu capacitate între 2 Kbiți și 512 Kbiți. Timpul de acces variază în general între 35ns și 60ns. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Memorii fixe - EEPROM Memoriile EEPROM notate uneori și E2PROM (Electrically Erasable Programmable ROM) sunt memorii fixe reprogramabile. Spre deosebire de memoriile EPROM, stergerea se realizează pe cale electrică deci se elimină fereastra de cuarț. Există diferite tipuri de interfețe electice la dispozitivele EEPROM. Principalele tipuri de interfețe sunt: magistrală serială; magistrală paralelă. Avantajul magistralei seriale constă în numul mic de pini pe modul (cel mult 8 pini) dar se complică mult modul de operare. Există un număr de interfețe seriale tipizate. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Memorii fixe - EEPROM EEPROM cu interfață paralelă oferă o magistrală de date de 8 biți și o magistrală de adrese al cărei număr de biți variază în funcție de capacitatea modulului. Suplimentar există frecvent un semnal de selecție a modulului (chip select) și un semnal de protecție la scriere (write protect pin). Viteza de lucru este mai bună decât la interfețele seriale și modul de operare este foarte natural și simplu. Dezavantajul îl reprezintă numărul mare de pini (uzual peste 28) ceea ce crește gabaritul circuitelor și implicit prețul de cost al aplicațiilor. Timpul de păstrare a datelor este garantat de firmele producătoare la cel puțin 10 ani. Valoarea minimă a numărului rescrierilor, garantată de producători, este în general de ordinul 106. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Memorii Flash Memoriile Flash reprezintă o formă modernă avansată de memorii EEPROM. Pentru a elimina confuziile de limbaj, termenul EEPROM se utilizează pentru memoriile programabile la nivel de octet în timp ce denumirea flash este rezervată pentru memoriile programabile la nivel de bloc de octeți. Avantajul memoriilor Flash este dat în primul rând de faptul că față de varianta EEPROM clasică crește substanțial densitatea celulelor de memorie pe unitatea de suprafață a pastilei de siliciu pe care este implementată memoria. Acest lucru se datorează în mare măsură faptului că circuitul de ștergere nu mai este implementat pentru fiecare celulă ci pentru un bloc de celule (frecvent 512x8 celule). Prețul de cost al memoriilor Flash este mult mai mic decât al memoriilor EEPROM cu aceeași capacitate și reprezintă soluția de bază ori de câte ori este necesară o memorie fixă de capacitate mare și foarte mare. Au fost inventate de Dr. Fujio Masuoka la firma Toshiba în prima jumătate a anilor 1980. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Perspective La ora actuală se află în diverse faze de cercetare un număr mare de noi tehnologii pentru realizarea memoriilor integrate non-volatile, realizate pe principii diferite de cele ale memoriilor “clasice” prezentate anterior. Deși ca structură se apropie mai mult de memoriile DRAM, aceste memorii au avantajul unui consum practic nul de putere pentru păstrarea informației și o viteză de scriere superioară memoriilor EEPROM sau Flash. Chiar dacă pentru viitorul apropiat nu se întrevede o înlocuire a memoriilor EEPROM/Flash de către noile variante, pentru diverse segmente ale pieții ele prezintă un interes destul de mare. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Memorii FeRAM Memoriile FeRAM sau FRAM (Ferroelectric RAM) sunt similare constructiv memoriilor DRAM însă stratul dielectric este înlocuit cu un strat feroelectric cu scopul eliminării volatilității datelor. avantaje: consum mai mic viteză de lucru mai bună; suportă un număr mai mare de cicluri ștergere/scriere (peste 1016 la 3,3V); dezavantaje: densitate de stocare mai mică; preț de cost mai mare. Principalele aplicații – instrumente inteligente, echipament medical, imprimante, controlere RAID, microcontrolere etc. Efectul ferelectric care stă la baza acestei tehnologii a fost descoperit în 1920 iar dezvoltarea ei a început din Producția de serie a acestui tip de memorie a început în 1999 la firma Fujitsu. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Memorii MRAM Memoriile MRAM (Magnetoresistive RAM) este o memorie NVRAM a cărei dezvoltare a început în anii 1990. Elemetul de memorie este de natură magnetică și nu electrică. Fiecare celulă este formată din două strate feromagnetice și un strat izolator. Unul dintre straturile feromagnetice este un magnet permanent în timp ce celălalt strat își poate schimba polaritatea în funcție de un câmp extern. Citirea datei dintr-o celulă se realizează prin măsurarea rezistenței electrice a fiecărei celule. Tipic, dacă cele două straturi feromagnetice au aceeași polaritate se consideră 0 iar dacă au polarități diferite se consideră 1. Avantaje: puterea necesară pentru scriere este cu foarte puțin mai mare decât pentru citire; tensiunea la scriere este aceeași cu cea pentru citire; viteză de lucru bună; viața foarte lungă. Prototipul unei memorii MRAM a fost livrat în iunie 2004 de către firma Infineon. În 2008 satelitul japonez SpriteSat utilizează memorii MRAM în locul memoriilor SRAM și Flash. Principalul dezavantaj – densitate mica a celulelor pe suport. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Memorii MRAM Dezvoltatorii de memorii MRAM au în vedere în special următoarele categorii de aplicații: sisteme militare; camere digitale; notebooks; carduri inteligente; telefoane mobile; calculatoare personale; etc. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Memorii PCM Memorii PCM (Phase-change memory) cunoscute și sub denumirile PRAM, PCRAM, Ovonic Unified Memory, Chalcogenide RAM C-RAM) se bazează pe proprietatea anumitor materiale din categoria sticle de a trece din stare cristalină în stare amorfă și invers în funcție de temperatura la care sunt supuse. Forma amorfă cu rezistență electrică mare este utilizată pentru a materializa valoarea 0 în timp ce forma cristalină cu rezistență scăzută materializează valoarea 1. Conform unui patent din ianuarie 2006, timpul de modificare a stării este de 5 nanosecunde, comparabil cu cel al memoriilor DRAM (2 ns). Proprietățile acestor materiale au fost studiate prima oară în anii 1960, totuși calitatea materialelor utilizate și consumul mare de putere au împiedicat până în prezent comercializarea tehnologiei. Versiunile cele mai noi realizate de firmele Intel și Microelectronics oferă chiar 4 stări distincte (o stare amorfă una cristalină și două stări semicristaline) ceea ce dublează capacitatea de stocare a fiecărei celule. Primul circuit multinivel a fost prezentat în februarie 2008 de specialiștii de la Intel în colaborare cu cei de la STMicroelectronics. Tehnologia pare promițătoare în industriile aerospațiale și militare datorită deosebitei toleranțe la radiații și a unei anduranțe foarte bune care s-ar putea să înlocuiască memoriile EPROM în sistemele spațiale. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Memorii SONOS Memoriile SONOS (Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon) sunt similare memoriilor Flash dar oferă un consum mai redus și un timp de viață mai lung. Producția este, cel puțin teoretic mai simplă. Principiul a fost cunoscut din anii 1960 dar tehnologiile necesare nu au existat până de curând. Se au în vedere aplicații militatare și în industria spațială datorită rezistenței deosebite la radiații. Există firme care livrează dispozitive ce incorporează diverse variante de memorii SONOS. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Memorii RRAM Memoria RRAM (Rezistive RAM) este un nou tip de memorie NVRAM dezvoltat de mari firme ca Fujitsu, Sharp, Samsung, Micron Technology etc. Ideea de bază este acea că anumite materiale dielectrice, izolatoare în principiu, pot deveni conductoare local prin formarea unui filament conductor după aplicarea unei tensiuni suficient de ridicate. Acest filament poate fi ulterior distrus sau refăcut prin aplicarea unor nivele de tensiune adecvate. Lucrări din 2007 arată pentru prima oară că memorrile RRAM pot necesita curenți de programae mai mici decât memoriile MRAM sau PRAM fără a fi afectate celelalte caracteristici (viteza de scriere, anduranța, timpul de păstrare). 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Modificarea organizării memoriilor

Mărirea numărului ieşirilor
Se presupune că dorim o memorie cu organizarea nxp şi dispunem doar de module cu organizarea nxm (m<p). Pentru rezolvarea problemei se procedează în felul următor: Se calculează numărul de module ce vor fi interconectate cu relaţia k= ; Se conectează în paralel cele k module în felul următor: Intrările de adresă cu aceeaşi pondere se conectează la aceeaşi linie de adresă; Intrările de selecţie ale modulelor se leagă la acelaşi semnal de selecţie; Intrările de control al ieşirilor se conectează la acelaşi semnal de comandă; Ieşirile rămân independente. Exemplu: Se doreşte implementarea unei memorii cu organizarea 32x24 folosind numai module cu organizarea 32x8. Pentru implementarea blocului sunt necesare 24/8=3 module. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Mărirea numărului ieşirilor

Mărirea numărului locațiilor
Se consideră că este necesară implementarea unui bloc de memorie cu organizarea pxn folosind numai module cu organizarea mxn (m<p). Din punct de vedere practic mărirea numărului de locaţii se reduce la mărirea numărului de intrări de adrese. Se presupune că adresele locaţiilor blocului sunt ca şi adresele locaţiilor modulelor de memorie numere întregi consecuive, începând cu 00…0. Având în vedere că numărul locaţiilor este întotdeauna o putere a lui 2, dacă m=2q şi p=2r, rezultă imediat că pentru implementare vor fi necesare k=p/m=2r-q module şi apar r-q intrări de adresă suplimentare. Interconectarea modulelor se face pe baza următoarelor reguli: 2010 Proiectarea sistemelor digitale

cele mai puţin semnificative q linii de adresă se conectează fiecare pe linia de adresă corespunzătoare ca pondere; se adaugă un decodificator DEC (r-q)/2r-q. cele mai semnificative linii de adresa se conecteaza la intrarile de adresa ale decodificatorului conform respectrnd ponderile. fiecare ieşire a decodificatorului se conectează la intrarea de selecţie a unui modul de memorie; ieşirile cu acelaşi nume sunt conectate la aceeaşi linie a magistralei de date. Din această cauză, la un moment dat, doar cel mult unul dintre cele k module de memorie poate avea ieşirile activate. Exemplu: Să se construiască un bloc de memorie cu organizarea 128x8 folosind module de memorie u organizarea 32x8. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

modulul a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0 Hexa M0 00H … 1 1FH M1 20H 3FH M2 40H 5FH M3 60H 7FH 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Mărirea simultană a numărului ieşirilor şi locațiilor
Se crează un modul virtual prin mărirea numărului de ieşiri; Folosind modulele virtuale create la pasul anterior se construieşte blocul de memorie corespunzător ca număr de locaţii ; Se construieşte harta memoriei la nivel fizic. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Mărirea simultană a numărului ieşirilor şi locațiilor

Modificarea organizării memoriilor cu ajutorul multiplexoarelor
Utilizatorul dispune de o memorie cu LxC biţi dar are nevoie de memorii cu organizarea nLx(C/m) biţi. Memoriile cu organizarea văzută de utilizator le vom numi memorii virtuale deoarece la nivel fizic ele nu există. În astfel de situaţii se utilizează o structură combinată, formată din multiplexoare şi memorii. Multiplexoarele permit ca din punctul de vedere al utilizatorului mai multe coloane ale memoriei să fie văzute ca o singură coloană de lungime nL unde: L – lungimea coloanei în memoria iniţială; n - numărul intrărilor de date pentru multiplexorul utilizat. Numărul de multiplexoare utilizate este dat de numărul de coloane în noua organizare. Ieşirea fiecărui multiplexor reprezintă o ieşire din memoria virtuală. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Exemplul 1: Se consideră că utilizatorul dispune de o memorie cu organizarea 32x8 dar are nevoie de o memorie cu organizarea 256x1. În acest caz se poate utiliza schema: 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Exemplul 2: Se consideră că utilizatorul dispune de o memorie cu organizarea 32x8 dar are nevoie de o memorie cu organizarea 128x2. În acest caz se poate utiliza schema: 2010 Proiectarea sistemelor digitale

SPLD 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Structura unui PLA 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Structura unui PAL 2010 Proiectarea sistemelor digitale

PAL – circuit ipotetic 2010 Proiectarea sistemelor digitale

PAL – exemplu de utilizare
Exemplu: utilizând PAL din Fig. 56 să se sintetizeze sistemul de funcţii de comutaţie: F1(t,u,v,x,y,z) = ∑(1,4,7,9,23,27,45,57,59,63)+∑d (0,14,30,33) F2(t,u,v,x,y,z) = F3(t,u,v,x,y,z) =∏ (5,8,15,23,31,45,46,56,58,61,63) Pentru F1 se va considera numai partea complet specificată deoarece are 10 mintermeni (mai puţin decât numărul de intrări într-o paoartă SAU) şi poate fi implementată direct. 1           Variabila care apare cu 1 va fi conectată direct, iar cea care apare cu 0 va fi conectată complementată. Implementarea apare în Fig. 58. Pentru F2 există 12 termeni P deci nu se poate face o implementare directă. Se observă însă că numarul termenilor P poate fi redus prin cuplarea termenilor cu simplă respectiv dublă subliniere şi aplicarea absorbţiei. Pentru F3 se ţine cont de faptul că: F3(t,u,v,x,y,z) = 2010 Proiectarea sistemelor digitale

PAL – exemplu (schema de coneziuni)

PAL CE22V10 – schema bloc 2010 Proiectarea sistemelor digitale

PAL CE22V10 – macrocelula 2010 Proiectarea sistemelor digitale

PAL CE22V10 – regimuri de lucru

PAL CE22V10 – schema de principiu

PAL CE22V10 – detaliu 2010 Proiectarea sistemelor digitale

CPLD 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Caracteristici CPLD (Complex PLD) – extinde conceptul de PLD la un nivel de integrare superior, ceea ce are ca rezultat o ȋmbunătățire a performanțelor: creşte randamentul ȋn utilizarea pastilelor de siliciu; creşte fiabilitatea schemelor; scade prețul de cost; scade complexitatea implementărilor; scade gabaritul; creşte viteza de lucru; scade durata ciclului de viață a proiectelor. Un CPLD conține mai multe blocuri logice asemănatoare ca structură unui PAL 22V10, care comunica ȋntre ele prin semnale rutate printr-un bloc de interconectare programabil (BIP). 2010 Proiectarea sistemelor digitale

CPLD – schema bloc 2010 Proiectarea sistemelor digitale

CPLD – schema bloc (detaliu)

FPGA 2010 Proiectarea sistemelor digitale

FPGA - caracteristici FPGA (Field Programmable Gate Array) este un dispozitiv logic programabil care conține o matrice bidimensională de celule logice generice şi comutatoare (switches) programabile. Fiecare celulă logică poate fi configurată (programată) să realizeze o funcție simplă. Fiecare comutator poate fi programat pentru a asigura o anumită legătură ȋntre celulele logice. 2010 Proiectarea sistemelor digitale

FPGA – schema bloc 2010 Proiectarea sistemelor digitale

FPGA – schema bloc (detaliu)

FPGA – schema bloc celulă

FPGA –celulă programabila - seria XC4000

FPGA –I/O Pad - seria XC4000 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Intrebări ? 2010 Proiectarea sistemelor digitale

Dispozitive logice programabile

Similar presentations

Presentation on theme: "Dispozitive logice programabile"— Presentation transcript:

Similar presentations

About project

Feedback

Log in

Auth with social network:

Dispozitive logice programabile

Similar presentations

Presentation on theme: "Dispozitive logice programabile"— Presentation transcript:

Similar presentations

About project

Feedback