Устройство на логических вентилях

Устранение флуктуаций 83 Устройство на логических вентилях 21 Утверждения 148, 265 Утилиты системной разработки 235 [c.406]

С увеличением размеров и сложности заказных микросхем к концу 80-х наметился спад интереса к схемотехническим подходам проектирования. Визуализация, ввод, отладка, поддержка устройства на уровне вентилей стали трудным и неэффективным занятием, если в устройстве используется более 5000 логических вентилей, размещенных на нескольких страниц. [c.136]

На логическом уровне создают функциональные и принципиальные схемы ЭВА. Здесь выделяют подуровни — регистровый и вентильный. На регистровом подуровне проектируются устройства из модулей (функциональных узлов) типа регистров, счетчиков, сумматоров, интеграторов и т. п. На вентильном уровне проектируются устройства и модули из отдельных логических вентилей и триггеров. [c.11]

Следует заметить, что булева логическая схема на рис. 5.7 требует всего 38 логических вентилей и 18 инверторов, (Инверторы обычно не включают в число логических элементов или общее число логических уровней, однако они занимают объем, требуют затрат мощности, обладают определенным быстродействием.) Эта схема имеет максимальную длину пути распространения сигнала по девяти логическим уровням. Пороговое логическое устройство, изображенное на рис. 5.8, требует восемнадцати пороговых логических элементов и использует только 5 логических уровней. Также представляет интерес сравнение числа соединений, необходимых для данных схем. В случае булевой логической схемы зта величина составляет 116, против 70 для пороговых логических устройств. Это сравнение можно кратко подытожить тем утверждением, что пороговое логическое устройство имеет превосходство приблизительно в 2 раза в отношении числа логических уровней, числа логических элементов и числа соединений. [c.156]

Обработка данных, как можно полагать, осуществляется на трех уровнях составных компонент компьютера. Простейший — это уровень вентилей, в которых двоичные переключатели осуществляют булевы логические операции. Исследования на данном уровне концентрировались на разработке оптических бистабильных устройств, образующих вентили [3], и оптических методах образования соединений между оптическими или электронными логическими вентилями [4]. Наивысший уровень— это уровень процессора, на котором в едином узле выполняются целые алгоритмы. Традиционные оптические процессоры работают именно на данном уровне, выполняя, например, преобразование Фурье за один проход света через линзы. На уровне регистра осуществляется синергетическая обработка чисел и блоков чисел. Этот уровень организации обработки данных превосходит просто эксплуатацию набора вентилей, но операции достаточно просты, и они могут быть сгруппированы так, чтобы образовать большое число операций более высокого уровня. [c.183]

При создании заказных устройств разработка маски для каждого слоя микросхемы была прерогативой инженеров — разработчиков конечного устройства. Поставщики специализированных микросхем предварительно не создавали никаких компонентов на кремниевом кристалле заводским способом и не поставляли библиотек предопределенных логических вентилей или функций. [c.48]

Используя соответствующие средства проектирования инженеры задавали размеры отдельных транзисторов и на их основе создавали высокоуровневые функции. Например, при необходимости слегка увеличить скорость логического вентиля они могли изменить размеры транзисторов, используемых для построения вентилей. Средства проектирования, используемые для разработки заказных устройств, часто создавались инженерами фирм-разработчиков. [c.48]

При реализации этого устройства на ПЛИС, в которых каждый логический вентиль реализуется в виде отдельной таблицы соответствия (LUT), сигнал будет двигаться с черепашьей скоростью, так как задержка на проводниках в ПЛИС существенно больше, чем у заказных микросхем. Конечно, на практике таблица соответствия может объединять несколько логических блоков (функция, показанная на Рис. 7.3, может быть реализована в одной 4-входовой таблице соответствия), так что ситуация не столь ужасна, как это могло показаться на первый взгляд. [c.114]

С появлением первых ПЛИС в 1984 году по вполне естественным причинам их технологии проектирования были основаны на существующих схематических подходах проектирования заказных микросхем. Несомненно, сходство первых этапов проектирования заключалось в том, что программный блок описания схемотехнических изображений использовался для представления устройства в виде набора простейших логических вентилей и функций, а также для создания соответствующей таблицы соединений. Как и раньше, эта таблица использовалась системой моделирования для функциональной верификации устройства. [c.128]

Однако в наши дни многие инженеры уже давно не начинают процесс создания устройства со схематического описания, выполняемого на уровне логических вентилей. В некоторых случаях поставщики ПЛИС всё же предлагают незначительную поддержку для реализации схематического подхода применительно к современным устройствам, но в основном ограничиваются предоставлением схемотехнических библиотек только для устройств предшествующих поколений. Тем не менее, схематическое описание принципиальных схем всё ещё находит применение у старшего поколения инженеров, а также при необходимости внесения несущественных изменений в действующие устройства. Более того, графические механизмы, которые применялись в ранних программах ввода принципиальных схем, по-прежнему находят применение и на современных этапах проектирования, как будет описано в следующей главе. [c.135]

Оба уровня, транзисторных ключей и логических вентилей, можно отнести к структурному представлению устройства. Однако следует обратить внимание на то, что слово структурный имеет несколько значений, так как оно может также относиться к иерархической таблице соединений блоков устройства, где содержание каждого блока определено на любом уровне абстракции, изображенном на Рис. 9.1. [c.137]

Как уже отмечалось в гл. 7, устройство, предназначенное для реализации с помощью ПЛИС, обычно содержит меньшее количество уровней логики (последовательно соединенных логических вентилей) между регистрами, чем при реализации на основе заказной микросхемы. В некоторых случаях целесообразно создать RTL-код устройства, предназначенный для реализации на основе заказной микросхемы и пойти на уменьшение производительности ПЛИС-прототипа. [c.237]

Напомню, что ПЛИС содержит большое количество программируемых логических элементов и регистров, которые могут быть соединены разными способами для реализации различных функций. Примечательно, что компоненты на базе ячеек статического ОЗУ позволяют системе загружать в устройство новые конфигурационные данные. Хотя все логические вентили, регистры и ячейки статической памяти, из которых состоит ПЛИС, созданы на поверхности одного кремниевого кристалла, иногда полезно рассматривать это устройство как состоящее из двух отдельных частей — логических вентилей (и регистров) и программируемых конфигурационных ячеек статического ОЗУ (Рис. 22.1). [c.293]

Этот эффект сначала проявлялся в устройствах эмиттерно-связан-ной логики (ЭСЛ). Ещё в конце 1980-х существовала одна ЭСЛ-техно-логия, в которой паразитные конденсаторы на входах вентилей-при-емников (с точки зрения выходов вентилей-передатчиков) изменяли свою ёмкость почти на 100 процентов в зависимости от состояния логических сигналов на других входах. Но это явление больше не ограничивается в своём проявлении только технологией ЭСЛ. Снова повторюсь, эффекты, вызывающие изменение значения задержки, начинают проявлять себя в новом качестве и выходят за пределы традиционных значений, когда мы продолжаем погружаться в область глубокого субмикрона. [c.358]

ПЛУ (программируемое логическое устройство) — интегральная микросхема, внутренняя архитектура которой предопределена производителем, но позволяет инженерам производить ее конфигурирование (программирование) на месте для выполнения различных функций. В данной книге под терминов ПЛУ подразумеваются простые и сложные ПЛУ В отличие от ПЛИС эти устройства содержат относительно небольшое количество логических вентилей и могут реализовать относительно небольшие и простые функции. [c.389]

Аналогичным образом действуют и. .следующие импульсы. Как видно из фиг. 178, в, каждая серия из десяти импульсов, подаваемых в распределитель, направляется им так к вентилю К — пять импульсов, к вентилю J — два импульса, к вентилю L — один импульс и к вентилю М — один импульс. Все эти вентили представляют собой логическую схему И (совпадения). Импульсы пропускаются вентилями к выходу только в те моменты, когда на второй вход вентилей подана соответствующая команда от запоминающего устройства. Из каждой серии в десять импульсов пропускается нужное число их, но не более девяти. Десятый импульс используется для того, чтобы возвратить триггеры распределителя в исходное состояние. [c.328]

С ПОМОЩЬЮ фемтосекундной лазерной системы. Временная характеристика, соответствующая времени переключения бистабильного устройства, может быть получена путем измерения того, насколько быстро сдвигается пик пропускания резонатора Фабри — Перо в ответ на воздействие входного пучка. Полученное для работающего при комнатной температуре устройства время отклика 1 пс является минимальным для оптических логических устройств с малым потреблением мощности (рис. 2.7). Время возврата вентиля в исходное состояние, которое соответствует времени выключения бистабильного уст- [c.64]

Один из способов оценить роль оптических соединений в компьютерных системах состоит в том, чтобы сравнить различные архитектуры параллельной обработки, оценивая степень сложности выполняемых задач. На рис. 9.2 изображен модифицированный вариант схемы из работы [4], иллюстрирующей потенциальные возможности оптических межэлементных соединений как функцию их числа. Из рисунка становится очевидным, что от оптики можно ожидать выполнения все более значительных задач по мере увеличения степени параллелизма обработки. Диаграмма также указывает, что степень сложности каждого обрабатывающего элемента имеет тенденцию к уменьшению по мере роста числа межэлементных соединений. В конечном итоге обрабатывающие элементы сводятся к простым вентилям, и структура обработки становится все ближе к области чисто комбинационной логики. Именно такими свойствами обладают системы, рассмотренные в данной главе. В данном случае системы не обладают памятью в традиционном смысле. И тем не менее двух- или трехуровневые комбинационные логические матрицы, позволяющие образовать логически полные наборы функций и реализовать обычную логику, могут быть классифицированы либо как устройство памяти с адресацией к месту хранения информации, либо как устройство памяти с адресацией к содержимому [5, 6]. Эти виды устройств также [c.239]

Почему же все так сложно На самом деле было бы очень полезно взять другой набор реально существующих заказных интегральных микросхем и определить значения эквивалентных вентилей с учетом триггеров или защёлок, примитивных логических элементов и других более сложных функций. Затем соотнести каждое из этих устройств с [c.91]

Средства логического синтеза автоматически конвертировали КТЬ-описания устройств в набор регистров и булевых выражений, попутно реализуя различные процедуры минимизации и оптимизации, в том числе оптимизацию по временным задержкам и по площади используемого места на кристалле. После этого средства синтеза генерировали таблицы соединений вентилей, которые должны были соответствовать, и соответствовали, начальным временным ограничениям (Рис. 9.2). [c.139]

Подход обладал рядом преимуществ. Во-первых, существенно повысилась производительность труда разработчиков, так как стало намного проще определять, понимать, обсуждать и отлаживать функциональность устройств, описание которых выполнено на уровне регистровых передач, чего нельзя было осуществить, работая с пачкой чертежей принципиальных схем. Во-вторых, средства логического моделирования работали с RTL-моделями намного быстрее, чем со схемами соединений вентилей. [c.139]

Здесь мы несколько опережаем события, так как именно сейчас как нельзя уместно упомянуть о содержимом данной части книги. Первые версии программ логического синтеза, которые появились в середине 80-х годов, предназначались для проектирования заказных микросхем. В этих устройствах задержка на вентилях, намного превышала задержку, вносимую проводниками, соединяющими эти вентили. Кроме того, количество этих вентилей было относительно мало (по современным меркам), а для их управления применялась относительно низкая тактовая частота. Поэтому первые версии профамм логического синтеза могли использовать относительно простые алгоритмы для оценки задержки сигнала на проводниках. При этом полученные оценки несущественно отличались от действительных значений, получаемых после размещения и разводки элементов. [c.141]

Сторонники виртуальных прототипов, основанных на уровне регистровых передач, говорят о 40-кратном скоростном преимуществе по сравнению с использованием таблицы соединений вентилей после этапа локальной оптимизации и перед этапом размещения и разводки. Например, в 2003 году в случае устройства, состоящего из 4.5 миллиона логических элементов, для создания и анализа виртуального прототипа на основе RTL потребовалось итерация длительностью 2.5 часа. В то же время для генерации и анализа таблицы соединения вентилей после этапа локальной оптимизации потребовалось 99 часов. [c.160]

И в завершении замечу, что концепция повторного синтеза основана на большом разнообразии способов реализации и размещения различных функций. При повторном синтезе используется информация о физическом размещении элементов, после чего выполняется локальная оптимизация на критических участках устройства с помощью операций логической реструктуризации, повторной кластеризации, и, возможно, путем исключения вентилей и проводников. [c.256]

Все параметры, связанные с входом вентиля (включая задержку вывод-вывод), которые зависят от логических значений на других входах этого элемента, называются зависимыми от состояния. Аналогично, все параметры, связанные с входом вентиля (включая задержку вывод-вывод), которые зависят от крутизны поступающих на их входы импульсов, называются зависимыми от крутизны. Эти определения пока не оказывают существенного влияния на работу устройств, хотя в недалёком будущем они могут проявить себя по-другому [c.349]

Чтобы понять принцип действия такой системы, представим, что в нашем распоряжении находится n o Tot устройство на логических вентилях, принципиальная схема которого выполнена вручную на листе бумаги (Рис. 8.1). [c.121]

Моделирование цифровой РЭА возможно с различной степенью детализации. На логическом (вентильном) подуровне функционально-логического проектирования в качестве элементов аппаратуры рассматривают простые схемы типа вентилей, на регистровом подуровне элементами могут быть как отдельные вентили, так и любые более сложные сочетания простых схем, например регистры, счетчики, дешифраторы, сумматоры, арифметико-логические устройства и т. п. [c.189]

Когда инженер приобретает новое программируемое устройств на основе плавких перемычек все перемычки в устройстве изначально целые. Это означает, что в незапрограммированном состоянии на выходе функции, которая рассматривается здесь в качестве примера, всегда будет находиться уровень логического 0. Наличие уровня логического О хотя бы на одном из входов вентиля И приведет к установке О на выходе. Так, если на входе а установлен О, на выходе вентиля И также будет 0. Аналогично, если на входе а установлена логическая 1, выход вентиляНЕ, который будем обозначать как а, будет установлен в О, и, следовательно, на выходе вентиля И будет 0. Такая же ситуация имеет место при использовании входа Ь. [c.25]

Давным-давно электронные схемы создавались вручную. Электрические схемы или принципиальные схемы, или просто схемы, вычерчивались вручную с помощью карандаша и трафарета, а иногда для этих целей использовалась скатерть, если это происходило в ресторане. На схемы наносились обозначения применяемых в устройстве логических вентилей и функций и изображались соединения между ними. [c.120]

После завершения этапа сопоставления наступает очередь этапа компоновки, в процессе которого таблицы соответствия и регистры распределяются по конфигурируемым логическим блокам (КЛБ). Процесс компоновки (который проводится и в наши дни, но, как будет показано, на другом этапе проектирования ПЛИС) также нетривиальная задача, поскольку имеется множество вариантов перестановок и сочетаний элементов логических ячеек по логическим блокам. В качестве примера рассмотрим простейшее устройство, состоящее из нескольких логических вентилей, которые на предыдущем этапе были сопоставлены с четырьмя 3-входовыми таблицами соответствия, обозначенными символами А, В, С и D. Допустим, что необходимо реализовать устройство на ПЛИС, в котором каждый конфигурируемый логический блок состоит из двух 3-входовых таблиц соответствия. В этом случае нам потребуется два логических блока (назовём их 1 и 2). На первый взгляд, существует 4 (факториал четырёх = 4x3x2x1 = 24) различных способа распределения наших таблиц по двум логическим блокам (Рис. 8.9). [c.129]

КЛБ (конфигурируемый логический блок) — термин компании Xilinx, который находится на уровень выше, чем секция. В некоторых устройствах этой компании каждый конфигурируемый логический блок включает в себя по 2 секции, а некоторые — по 4. КМОП (комплементарный металло-оксидный полупроводник) — логический вентиль, состоящий из пары комплементарных МОП-транзисторов соответственно - и / -типов. Код 1) эя >— последовательность двоичных значений, в которых каждая пара расположенных рядом чисел отличается от соседней только одним битом, например 00, 01, 11, 10. [c.385]

Системный логический вентиль — у поставщиков ПЛИС часто возникают проблемы, когда они пытаются установить соответствие между своими устройствами и заказными микросхемами (ASI ). Например, если у вас есть устройство, построенное на заказной микросхеме, которая содержит 500 ООО эквивалентных логических вентилей, и вы желаете реализовать это устройство на ПЛИС, то как узнать, какую ПЛИС для этого можно использовать Чтобы решить эту проблему, поставщики ПЛИС в начале 1990-х начали говорить о системном логическом вентиле . Кое-кто говорит, что это была благородная попытка использовать терминологию, понятную для инженеров, использующих заказные микросхемы, другие же утверждают, что это был всего лишь неудачный маркетинговый шаг [c.392]

Традиционная схема булевой логики для 2-разрядного умножителя-сумматора изображена на рис. 5.7, где индексы у М, N. X м У обозначают двоичные номера позиций (2 , 2 и т. д.). Следует обратить внимание на то, что хорошо известные и часто встречающиеся многовходовые системы были сгруппированы и обозначены одним символом. Функция ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ может быть реализована с помощью двух логических уровней с использованием двух вентилей И, одного ИЛИ и двух ипверторов. Функции чисто суммирующего устройства можно выполнить при двух логических уровнях при помощи как минимум пяти вентилей И, двух вентилей ИЛИ и четырех инверторов. На рпс. 5.8 изображена пороговая логическая схема 2-разрядного умножителя-сумматора [29, 30], составленная полностью из пороговых логических элементов с коэффициентами объединения по входу и разветвления по выходу, ограниченными пятью. Весовые коэффициенты указаны внутри каждого элемента символом, смежным с линией, обозначающей вход, а порог указан по соседству с выходной линией. [c.156]

По мере перемещения в правый нижний угол классификационной схемы на рис. 10.34 доля оптических элементов увеличивается до тех пор, пока не получается чисто оптическая архитектура. Прнмер оптического компьютера с разбиением на мелкие структурные элементы и сильной связью между элементами показан на рис. 10.36. Хотя никто еще не построил подобный компьютер, технически возможно создать систему, состоящую из 1 миллиона параллельных каналов. Это отнюдь не означает, что система включала бы конфигурацию обязательно из 1 миллиона узлов, так как такая конфигурация не подразумевает, что планарная матрица логических элементов, обозначенная как матрица вентилей, имела бы именно один логический элемент на канал. Вместо этого несколько логических элементов следовало бы соединить посредством среды межэлементных соединений, что позволило бы образовать элемент процессора. Например, квадратная матрица пХл логических элементов (вентилей) может содержать блок арифметической логики, несколько регистров и, возможно, несколько устройств кэш-памяти (быстродействующей буферной памяти большой емкости). Пример структуры указанного типа представлен на рис. 10.37, где для отдельных элементов двумерного ПМС были обозначены основные функции, присущие элементам вычислительной обработки. Принимая п равным 5 (25 логических элементов на процессор), в итоге получаем, что в машине должно быть 40 000 узлов, что составляет достаточно большую величину, чтобы такое устройство имело смысл использовать в качестве символьного оптического компьютера, реализующего символьные вычисления. [c.346]

Большинство обычных приложений логического синтеза оперируют размерами вентиля, а не величиной задержки на нем. Другими словами, эти приложения постоянно ищут компромисс между размерами вентиля и связанной с ними задержкой. В соответствии со своим принципом действия эти приложения производят огромное количество трудоемких и ресурсоемких вычислений. Кроме того, некоторые оптимизационные решения, сформированные средствами логического синтеза, приводят к бессмыслице, когда дело доходит до физической реализации устройства, т. е. до размещения и разводки элементов. [c.155]

Эта методика соответствовала уровню изготовления устройств того времени, которые реализовывались по мультимикронным технологиям и содержали, по сегодняшним меркам, относительно небольшое количество вентилей. В сравнении с ними, современные устройства могут содержать десятки миллионов вентилей, и размеры этих элементов уходят в область глубокого субмикронна. Другими словами, задержки сигнала на проводниках теперь могут составлять до 80% полной задержки. Следовательно, использование традиционных средств логического/НОЬ-синтеза для оценки временных параметров современных устройств может привести к таким данным, которые будут иметь мало общего с действительностью. При этом достичь состояния временного соответствия будет почти невозможно. [c.254]

Отслеживая местоположение и обращение к каждой микрофункции, а также объединяя функциональность и исключая избыточность, усфойства с виртуальной аппаратной частью могут выполнять гораздо более сложные задачи, чем устройства, построенные по классической схеме. Например, в сложных функциях, требующих 100000 эквивалентных вентилей, в отдельный момент времени из них могут быть активны только 10000. Следовательно, с помощью сохранения или кэширования можно реализовать функций ещё на 90000 логических элементов. Тем самым небольшое и недорогое устройство со 10000 логическими элементами может заменить большее и дорогое с 100000 элементами (Рис. 22.3). [c.296]

Достоинство этой системы управления выпрямителем заключается, помимо малой асимметрии по фазе импульсов включения тиристоров и небольщого числа нестандартных узлов, в возможности ее реализации на интегральных схемах. Причем изделия микроэлектроники позволяют выполнять не только логические функции, но и усиление сигналов до значений, достаточных для оширания тириЛс(рав. Так, одной зарубежной фирмой [Л. 6] разработана интегральная схема, содержащая в единой структуре управляемый вентиль и управ-ляюпгую логическую схему это устройство предназначено для управлення током величиной 1 а при входном токе логического элемента 4,5 10 а. [c.33]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...