Бағдарламаланатын логикалық интегралдық схемалар. Логикалық элементтердің сипаттамалары мен параметрлері.

Тақырып: Бағдарламаланатын логикалық интегралдық схемалар (ПЛИС). Логикалық элементтердің сипаттамалары мен параметрлері

 

---

 

 Кіріспе

 

Бағдарламаланатын логикалық интегралдық схемалар (ПЛИС, ағылш. *Programmable Logic Devices* немесе *Programmable Logic Integrated Circuits*) – сандық схемотехникада логикалық функцияларды орындау үшін алдын ала бағдарламаланатын интегралдық схемалар. Олар арнайы құрылғыларда және әртүрлі электрондық жүйелерде қолданылады, себебі оларды нақты тапсырмалар үшін оңай өзгертуге болады. ПЛИС көптеген логикалық элементтерден және конфигурациялау мүмкіндіктерінен тұрады, бұл оларды икемді және әртүрлі қолдану аймағында тиімді етеді. ПЛИС-терге FPGAs (*Field-Programmable Gate Arrays*) және CPLDs (*Complex Programmable Logic Devices*) жатады.

 

 Бағдарламаланатын логикалық интегралдық схемалар (ПЛИС)

 

ПЛИС – бұл көпфункционалды сандық схемаларды іске асыруға мүмкіндік беретін қайта бағдарламаланатын құрылғылар. ПЛИС-ті арнайы бағдарламалық құралдар арқылы конфигурациялап, әртүрлі логикалық операцияларды орындауға бейімдеуге болады.

 

# 1. ПЛИС түрлері

 

1. PLD (Programmable Logic Device): Бұл – қарапайым логикалық функцияларды орындау үшін қолданылады және алдын ала бағдарламаланатын логикалық құрылғы болып табылады.

2. CPLD (Complex Programmable Logic Device): Бұл үлкен санды логикалық элементтерден тұрады және орташа күрделі логикалық функцияларды орындауға мүмкіндік береді. CPLD ішкі құрылымы бір-бірімен байланысқан макроұяшықтардан тұрады.

3. FPGA (Field Programmable Gate Array): Бұл ПЛИС-тің ең күрделі түрі және миллиондаған логикалық ұяшықтардан тұруы мүмкін. FPGA өте үлкен және күрделі сандық схемаларды орындауға мүмкіндік береді, сондықтан оны көп деңгейлі және күрделі жүйелерде қолданады.

 

# 2. ПЛИС-тің жұмыс істеу принципі

 

ПЛИС ішкі логикалық ұяшықтардан және конфигурациялау желілерінен тұрады. Әрбір логикалық ұяшық өз алдына жеке логикалық операцияларды орындауға бейімделген. Бұл ұяшықтар арнайы бағдарламалық құралдар арқылы конфигурацияланады, және олардың өзара байланысын, функцияларын және жұмыс тәртібін өзгертуге болады.

 

FPGA-да, мысалы, логикалық ұяшықтар және байланыс сызықтары матрицалық түрде орналасқан. Жүйе ішіндегі сигналдардың бағыттарын өзгерту арқылы қажетті логикалық операциялар орындалады. FPGA конфигурациясы көбінесе кесте немесе скрипт арқылы анықталады және оны қайтадан өзгертуге болады.

 

# 3. ПЛИС қолдану саласы

 

ПЛИС әртүрлі салаларда, атап айтқанда, цифрлық сигналдарды өңдеу, байланыс жүйелері, өнеркәсіптік автоматтандыру және сандық электрондық жүйелерде кеңінен қолданылады. ПЛИС-тің негізгі қолдану аймақтары:

 

- Цифрлық схемотехникада: ПЛИС арқылы күрделі логикалық схемалар құрастыруға болады.

- Эмуляция және прототиптеу: Жаңа микросұлбаларды сынақтан өткізу үшін ПЛИС пайдаланылады.

- Өнеркәсіптік автоматтандыру: Өнеркәсіптік жабдықтарды басқаруда және бақылауда ПЛИС сенімді және икемді шешім ұсынады.

- Байланыс жүйелерінде: Байланыс хаттамалары мен сигналдарды өңдеу үшін ПЛИС кеңінен қолданылады.

 

---

 

 Логикалық элементтердің сипаттамалары мен параметрлері

 

Логикалық элементтер – бұл сандық құрылғыларда логикалық функцияларды орындау үшін қолданылатын негізгі блоктар. Олар қарапайым логикалық операцияларды орындайды, мысалы, ЖӘНЕ (AND), НЕМЕСЕ (OR), ЕМЕС (NOT), XOR және тағы басқа күрделі функцияларды іске асыра алады.

 

# Негізгі логикалық элементтердің сипаттамалары

 

1. Транзиттік уақыт: Логикалық элементтің бір күйден екінші күйге өтуге қажетті уақыты. Бұл параметр логикалық элементтің жылдамдығын анықтайды және өте маңызды, себебі ол микросұлбаның жалпы жұмыс жылдамдығына әсер етеді.

 

2. Шығыс қуаты: Шығыс сигналды күшейту үшін логикалық элементтің тұтынатын қуат мөлшері. Шығыс қуатының деңгейі неғұрлым жоғары болса, логикалық элементтің сигналды өңдеу қабілеті соғұрлым жоғары болады.

 

3. Қуат тұтыну: Логикалық элементтің жұмыс істеу үшін тұтынатын энергия мөлшері. Қуатты аз тұтынатын логикалық элементтер мобильді құрылғыларда және қуат үнемдеу қажет жүйелерде қолайлы.

 

4. Кіріс кедергісі: Логикалық элементке қосылатын кіріс сигналдың кедергі деңгейі. Кіріс кедергісі сигналдың берілу тиімділігіне әсер етеді және логикалық элементтің жұмысын тұрақты етеді.

 

5. Сигналдың кідірісі: Кіріс сигналдан шығысқа дейінгі сигналдың өту уақыты. Бұл кідіріс уақыт схеманың жылдамдығына тікелей әсер етеді.

 

6. Инверсия мүмкіндігі: Кейбір логикалық элементтер кіріс сигналды инверсиялау, яғни кері мәнге айналдыру қабілетіне ие. Мысалы, NOT элементі кіріс мәнін кері мәнге түрлендіреді.

 

7. Дәлдік пен сенімділік: Логикалық элементтердің жұмыс істеу дәлдігі және сенімділігі олардың маңызды сипаттамалары болып табылады. Олардың жұмысы сыртқы орта әсерлеріне тұрақты болуы қажет.

 

# Логикалық элементтердің негізгі параметрлері

 

1. Логикалық деңгейлер: Логикалық 0 және 1 деңгейлері белгілі бір кернеу деңгейлеріне сәйкес келеді. Логикалық элементтердің кіріс және шығыс деңгейлері құрылғының типіне байланысты өзгеруі мүмкін.

 

2. Түрлендіру жылдамдығы: Логикалық элементтің сигналдарды қабылдау және жіберу жылдамдығы. Бұл параметр құрылғының өнімділігіне және жылдамдығына тікелей әсер етеді.

 

3. Сигналдың шуына тұрақтылығы: Логикалық элементтердің шуға төзімділігі сигналдың сыртқы кедергілерден қорғалуын білдіреді.

 

4. Қуат тұтыну деңгейі: Логикалық элементтердің қуат тұтыну деңгейі олардың тиімділігі мен энергияны үнемдеуі үшін маңызды параметр.

 

5. Кіріс пен шығысқа кернеу әсері: Логикалық элементтің кіріс және шығыс кернеу диапазондары олардың басқа құрылғылармен үйлесімділігіне әсер етеді.

 

---

 

 Қорытынды

 

Бағдарламаланатын логикалық интегралдық схемалар (ПЛИС) цифрлық құрылғыларда күрделі логикалық операцияларды орындау үшін кеңінен қолданылады. Олар конфигурациялауға және нақты тапсырмаларға бейімделуге икемділігімен ерекшеленеді. Логикалық элементтердің сипаттамалары мен параметрлері – сандық схемалардың өнімділігіне, сенімділігіне және тұрақтылығына әсер ететін маңызды факторлар. Сандық жүйелерді жобалауда логикалық элементтерді дұрыс таңдау және оларды тиімді пайдалану – жүйенің өнімділігі мен сапасын арттыруға мүмкіндік береді.