可編程邏輯陣列(PLA)簡介
一.PLA的基本概念
可編程邏輯陣列原文是英文的ProgrammableLogicArray,簡稱PLA,是一種可編程邏輯裝置,它的與陣列(AND array)和或陣列(OR array)均為可編程,輸出電路為不可組態(tài)。又叫做FPLA(field-programmable logic array)??删幊踢壿嬯嚵蠵LA是一種可程式化的裝置,可用來實現(xiàn)組合邏輯電路。PLA具有一組可程式化的AND階,AND階之后連接一組可程式化的OR階,如此可以達到:“只在合乎設(shè)定條件時才允許產(chǎn)生邏輯訊號輸出?!?/P>
可編程邏輯陣列(可編程邏輯控制器)PLA如此的邏輯閘佈局能用來規(guī)劃大量的邏輯函式,這些邏輯函式必須先以積項(有時是多個積項)的原始形式進行齊一化。
從實現(xiàn)邏輯函數(shù)的角度看,對于大多數(shù)邏輯函數(shù)而言,并不需要使用全部最小項,尤其對于包含約束條件的邏輯函數(shù),許多最小項是不可能出現(xiàn)的。PROM的“與” 陣列固定地產(chǎn)生n個輸入變量的全部最小項。因此,PROM的“與”陣列不能獲得充分利用而造成硬件浪費,使得芯片面積的利用率不高。為了克服PROM的不足,產(chǎn)省了一種“與”陣列和“或”陣列均可編程的邏輯器件,即可編程邏輯陣列PLA(可編程邏輯控制器件)。
二.PLA的類型
PLA可分為組合可編程邏輯陣列PLA和時序可編程邏輯陣列PLA兩種類型。
1.組合可編程邏輯陣列PLA
邏輯結(jié)構(gòu):由一個“與”陣列和一個“或”陣列構(gòu)成,“與”陣列和“或”陣列都是可編程的。
在可編程邏輯陣列PLA(可編程邏輯控制器件的發(fā)展)中,n個輸入變量的“與”陣列不是產(chǎn)生2n個“與”項,而是有P個與門就提供P個“與”項,每個“與”項與哪些變量相關(guān)可由編程決定?!盎颉标嚵型ㄟ^編程可選擇需要的“與”項相“或”、形成“與-或”函數(shù)式。
由PLA實現(xiàn)的函數(shù)式是最簡“與-或”表達式。PLA的存儲容量不僅與輸入變量個數(shù)和輸出端個數(shù)有關(guān),而且還和它的“與”項數(shù)(即與門數(shù))有關(guān),其存儲容量用輸入變量數(shù)(n)、與項數(shù)(p)、輸出端數(shù)(m)來表示。
2.時序可編程邏輯陣列PLA
邏輯結(jié)構(gòu):由“與”陣列、“或”陣列和一個用于存儲以前狀態(tài)的觸發(fā)器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。
觸發(fā)器網(wǎng)絡(luò)中包含若干觸發(fā)器,它們的輸入接受“或”陣列輸出及時鐘脈沖、復(fù)位信號的控制,其輸出反饋到“與”陣列,用來和現(xiàn)有輸入一起產(chǎn)生“與”項輸出。
可編程邏輯陣列設(shè)計方法是指用戶通過生產(chǎn)商提供的通用器件自行進行現(xiàn)場編程和制造,或者通過對與或矩陣進行掩膜編程,得到所需的專用集成電路。
采用可編程邏輯陣列PLA進行邏輯設(shè)計,可以十分有效地實現(xiàn)各種邏輯功能。相對PROM而言,PLA更靈活、更經(jīng)濟、結(jié)構(gòu)更簡單。用PLA設(shè)計組合邏輯電路時,一般首先將給定問題的邏輯函數(shù)按多輸出邏輯函數(shù)的化簡方法簡化成最簡“與-或”表達式,然后,根據(jù)最簡表達式中的不同“與” 項以及各函數(shù)式的“與”項之和分別構(gòu)成“與”陣列和“或”陣列,并畫出陣列邏輯圖。
三.可編程邏輯陣列PLA的應(yīng)用
在可編程邏輯陣列PLA的應(yīng)用中,有一種是用來控制資料路徑,在指令集內(nèi)事先定義好邏輯狀態(tài),并用此來產(chǎn)生下一個邏輯狀態(tài)(透過條件分支)。
舉例來說,如果目前機器(指整個邏輯系統(tǒng))處于二號狀態(tài),如果接下來的執(zhí)行指令中含有一個立即值(偵測到立即值的欄位)時,機器就從第二狀態(tài)轉(zhuǎn)成四號狀態(tài),并且也可以進一步定義進入第四狀態(tài)后的接續(xù)動作。因此PLA等于扮演(晶片)系統(tǒng)內(nèi)含的邏輯狀態(tài)圖(statediagram)角色。
除了可編程邏輯陣列PLA外,其他常用的可程式邏輯裝置還有可程式陣列邏輯(PAL)、複雜可程式邏輯裝置(CPLD)以及現(xiàn)場可程式邏輯閘陣列(FPGA)。
要注意的是,雖然可程式邏輯陣列一詞中帶有“可程式”一字,但不表示所有的PLA都是具有現(xiàn)場性的可程式化能力。事實上許多都屬遮罩性的可程式化,性質(zhì)與ROM相同,必須在晶片製造廠內(nèi)就執(zhí)行與完成程式化設(shè)定,尤其是內(nèi)嵌于電路較複雜的晶片(例如:微處理器)的PLA多屬此種程式化方式。
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