Digital Hardware Implementation

Programmable Implementation Technologies

Programmable Technologies

• Control connections 连接控制

  • Mask programming: 生产时进行连接。不可再编程。
  • Fuse: 保险丝，加大电流烧断保险丝，断开连接。不可再编程。
  • Antifuse: 电流烧断保险丝，短接连接。不可再编程。
  • Single-bit storage element: 存储某个位是否连接。可再编程。

• Build lookup tables: 多路选择器。可再编程。

• Control transistor switching 选择控制

  • Stored charge on a floating transistor gate: 电荷存储在浮动晶体管栅极上。可再编程。

    1. EPROM: 电子可擦除可编程只读存储器。用紫外线擦除。
    2. EEPROM: 电子可擦除可编程只读存储器。用电擦除。
    3. Flash memory: 闪存。用电擦除。可再编程。

分类

1. Permanent:

   • Mask programming
   • Fuse
   • Antifuse

2. Reprogrammable:

   • Volatile: 电源断电后数据丢失

     • Single-bit storage element

   • Nonvolatile: 电源断电后数据不丢失

     • EPROM
     • EEPROM
     • Flash memory

Programmable Configurations

• Read Only Memory (ROM): a fixed array of AND gates and a programmable array of OR gates
• Programmable Array Logic (PAL): a programmable array of AND gates feeding a fixed array of OR gates.
• Programmable Logic Array (PLA): a programmable array of AND gates feeding a programmable array of OR gates.
• Complex Programmable Logic Device (CPLD) / Field-Programmable Gate Array (FPGA): complex enough to be called "architectures", use lookup tables.

Read Only Memory

• N input lines,
• M output lines,
• 2N decoded minterms.

交叉点画 X，表示该交叉点连接。可编程。

Example

实现输入 \(x\)，输出 \(x^2\)。

由于 \(B_0 = A_0, B_1 = 0\)，故只需要 \(8\times 4\) ROM。

根据真值表编程 ROM：

Programmable Array Logic

Having a programmable set of ANDs combined with fixed ORs.

（F1 返回到输入：缓解了输入的限制）

Programmable Logic Array

Having a programmable set of ANDs combined with a programmable set of ORs.

异或门：重用与项，缓解与门数量的限制。

Example

（求整体取反之后的化简结果：将 k-map 反转）