ПЛИС типа «система на кристалле»

Современный уровень развития технологии производства интегральных микросхем позволяет разместить на одном кристалле ПЛИС несколько миллионов элементарных логических схем типа 2И – НЕ, 2ИЛИ – НЕ, при этом тактовая частота работы СБИС может достигать 1 ГГц и более. При таких возможностях на одном кристалле можно разместить целую цифровую систему. Это может быть процессор, память или интерфейсное устройство.

Несмотря на большое функциональное разнообразие, в цифровых системах самого разного назначения есть тем не менее функциональные узлы, присущие всем устройствам. Для реализации этих узлов, конечно, можно использовать и обычные средства программируемой логики. Но гораздо эффективнее их построение на основе специализированных областей, выделенных на кристалле для выполнения заранее определенных функций. Эти области носят название аппаратных ядер. Характерным отличием СБИС «система на кристалле» от всех остальных типов ПЛИС является наличие в них таких областей. Наряду с аппаратными ядрами в СБИС имеются и обычные универсальные средства программируемой логики, позволяющие синтезировать любое устройство.

Самым очевидным функциональным узлом, без которого не может быть построено большинство цифровых систем, является ОЗУ. Ядра, предназначенные для реализации ОЗУ, выполняются с небольшой емкостью. Хотя существуют системы, требующие больших объемов памяти, делать аппаратные ядра ОЗУ большой емкости экономически нецелесообразно, так как это резко снижает степень универсальности таких СБИС и сужает рынок их сбыта. Аппаратное ядро ОЗУ емкостью 256…512 бит занимает площадь на кристалле в десять раз меньшую, чем площадь, занимаемая средствами обычной программируемой логики, которая требуется для синтеза такого же ОЗУ. Кроме того, в несколько раз повышается быстродействие специализированного ОЗУ.

Кроме ОЗУ в виде аппаратных ядер эффективно реализуются такие специализированные узлы, как аппаратные умножители. Так, умножитель двух 8-битных слов занимает площадь, равную 1/5 площади, требующейся для реализации такого же умножителя с помощью логических блоков РРОА.

Еще одним направлением успешного применения аппаратных ядер являются интерфейсные узлы и контроллеры. Практически все цифровые системы, реализуемые в виде ПЛИС, требуют наличия интерфейсных узлов, стандартных для большинства применений. Например, для работы с шиной РСI, широко используемой в персональных компьютерах, в устройстве требуется соответствующий контроллер шины. Такой контроллер сам по себе  достаточно сложное устройство, и его реализация в виде аппаратного ядра СБИС «система на кристалле» очень эффективна.

Вопросы для самопроверки

1. Каковы отличия однокристальных микропроцессоров от однокристальных микроЭВМ?

2. Дайте определение понятия «порт».

3. Дайте определение понятия «интерфейс».

4. Каковы отличия динамического ОЗУ от статического?

5. Перечислите виды ПЗУ и ОЗУ.

6. Для чего выполняется регенерация динамической памяти?

                                       

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

    Электроника является универсальным и эффективным средством при решении самых различных проблем в области сбора и преобразования информации, автоматизации управления, выборки и преобразованию энергии и т.д. Сфера применения электроники постоянно расширяется. Практически каждая достаточно сложная техническая система оснащена электронным устройством, и функции этих устройств становятся все более разнообразными. Рассмотренные в учебном пособии электронные устройства показывают большие возможности современной электроники. При этом все больше возрастает роль цифровых и программируемых устройств.

В связи с широким набором интегральных микросхем, параметры которых известны из технических условий, изменяются задачи, стоящие перед разработчиками автоматизированных систем. Если раньше значительная часть времени уходила на расчет режимов отдельных каскадов, определение их параметров, решение вопросов термостабилизации и т.д., то в настоящее время главное внимание уделяется вопросам выбора схем соединения и взаимного согласования микросхем.

    Типовые микроузлы позволяют собрать нужные электронные блоки без детального расчета отдельных каскадов. Разработчик технического устройства определяет, какие преобразования должен претерпеть электрический сигнал, подбирает необходимые интегральные микросхемы, разрабатывает схему их соединений и вводит обратные связи требуемого вида. И только в том случае, когда не удается решить какой-то конкретный вопрос путем выбора подходящей микросхемы, используются отдельные узлы на дискретных компонентах, требующие проведения соответствующих расчетов.

    Современные технические устройства становятся все более сложными, оснащенными программируемыми устройствами, памятью и многим другим. Для их разработки, освоения и эффективного использования необходимо знать принципы работы всех этих устройств.

    Усложняются и все более совершенствуются электронные компоненты, повышается их степень интеграции, производительность, уменьшаются габариты и потребление электроэнергии. Порой трудно себе представить, как удается разместить на одном кристалле современного микропроцессора несколько миллионов транзисторов. А ведь уже более десятка лет действует и продолжает действовать закон сформулированный одним из основателей фирмы Intel Гордоном Муром: «Мощность процессора удваивается каждые полтора года при сохранении его стоимости».

    Прогресс в области электроники изменил мир в ХХ веке. Появились компьютеры, информационные технологии, Internet, мобильные устройства связи, цифровая фото-, теле- видеотехника и многое другое.

    Еще большее влияние электроника будет оказывать на жизнь общества в ХХ1 веке.

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ