PLD的发展简史及应用展望

Science &Technology Vision 科技视界1可编程逻辑器件发展简史最早的可编程逻辑器件(PLD)是1970年制成的可编程只读存储器(PROM),它由固定的与阵列和可编程的或阵列组成。

PROM 采用熔丝技术,只能写一次,不能擦除和重写。

随着技术的发展,此后又出现了紫外线可擦除只读存储器UVEPROM 和电可擦除只读存储器EEPROM。

由于其价格便宜、速度低、易于编程,适合于存储函数和数据表格。

可编程逻辑阵列(PLA)器件于20世纪70年代中期出现,它是由可编程的与阵列和可编程的或阵列组成,但由于器件的价格比较贵,编程复杂,资源利用率低,因而没有得到广泛应用。

可编程阵列逻辑(PAL)器件是1977年美国MMI 公司率先推出的,它采用熔丝编程方式,由可编程的与阵列和固定的或阵列组成,双极性工艺制造,器件的工作速度很高。

由于它的设计很灵活,输出结构种类很多,因而成为第一个得到普遍应用的可编程逻辑器件。

通用阵列逻辑(GAL)器件是1985年Lattice 公司最先发明的可电擦写、可重复编程、可设置加密位的PLD。

GAL 在PAL 的基础上,采用了输出逻辑宏单元形式EECMOS 工艺结构。

在实际应用中,GAL 器件对PAL 器件仿真具有百分之百的兼容性,所以GAL 几乎完全代替了PAL 器件,并可以取代大部分标准SSI、MSI 集成芯片,因而获得广泛应用。

可擦除可编程逻辑器件(EPLD)是20世纪80年代中期Altera 公司推出的基于UVEPROM 和CMOS 技术的PLD,后来发展到采用EECMOS 工艺制作的PLD,EPLD 的基本逻辑单元是宏单元,宏单元是由可编程的与阵列、可编程寄存器和可编程I/O 三部分组成的。

从某种意义上讲,EPLD 是改进的GAL,它在GAL 基础上大量增加输出宏单元的数目,提供更大的与阵列,集成密度大幅提高,内部连线相对固定,延时小,有利于器件在高频下工作,但内部互连能力较弱。

复杂可编程逻辑器件(CPLD)是20世纪80年代末Lattice 公司提出了在线可编程技术(ISP)以后,于20世纪90年代初推出的。

CPLD 至少包含三种结构:可编程逻辑宏单元、可编程I/O 单元和可编程内部连线,它是在EPLD 的基础上发展起来的,采用EECMOS 工艺制作,与EPLD 相比,增加了内部连线,对逻辑宏单元和I/O 单元也有很大的改进。

现场可编程门阵列(FPGA)器件是Xilinx 公司1985年首家推出的,它是一种新型的高密度PLD,采用CMOS-SRAM 工艺制作。

FPGA 的结构与门阵列PLD 不同,其内部由许多独立的可编程逻辑模块(CLB)组成,逻辑块之间可以灵活地相互连接,CLB 的功能很强,不仅能够实现逻辑函数,还可以配置成RAM 等复杂的形式。

配置数据存放在芯片内的SRAM 中,设计人员可现场修改器件的逻辑功能,即所谓的现场可编程。

FPGA 出现后受到电子设计工程师的普遍欢迎,发展十分迅速。

2可编程逻辑器件典型应用领域2.1在数字电路实验中的应用在传统数字电路实验中,要使用基本门路,触发器等中小规模标准集成电路芯片等,进行一次实验课程需要准备大量的专门芯片,增加了器件的选购和管理的难度。

使用PLD,在组合电路和相关实验中可以把PLD 编程写为各种组合式门电路结构,还可以用它构成几乎所有的中规模组合集成电路,如译码器、编码器等。

又如在做触发器实验中,利用一片GAL16V8芯片可以同时实现R-S 触发器、J-K 触发
器、D 触发器、T 触发器等基本触发器。

把PLD 用于数字电路实验后,一般实验只要准备一片GAL16V8即可,大大减少了器件的选购、管理的工作量及经费的开支。

此外,可编程逻辑器件还从很大程度上改变了数字系统的设计方式,最显著的特点是它使硬件的设计工作更加简单方便
,电路的逻辑功能可以由编程设定,在线装入和修改。

2.2在通信系统中的应用可编程逻辑器件在通信领域中取着不可代替的作用,现代通信协议不断更新,因此选择灵活的PLD 器件是很重要的。

基于电可擦除编程工艺的
CPLD
的优点是多次编程后信息不会因断电而丢失。

对于SRAM 型FPGA 来说,配置次数无限,在加电时刻能随时更改协议功能,大容量的FPGA 是最好的选择。

目前现代通信系统的发展方向是功能更强大、体积更小、速度更快,而FPGA 在集成度、功能和速度上的优势正好满足通信系统的这些要求。

2.3在ASIC 设计中的应用可编程逻辑器件是在专用型集成电路(ASIC)设计的基础上发展起来的,在ASIC 设计方法中,通常采用全定制和半定制的电路设计方法,设计完成后,如果不满足要求,就得重新设计进行验证,这样就使设计开发周期变长,大大增加了产品的开发费用。

而选择CPLD/FPGA 则不存在这样的限制,现在FPGA 芯片的规模越来越大,已达到了千
万级等效系统门。

3可编程逻辑器件发展趋势
3.1
向高密度、低压、低功耗方向发展由于人们对基于电池供电的便携式应用产品的需求越来越大,对可编程逻辑器件的高密度、低压、低功耗要求越来越高。

自Xilinx 公司发布业界第一款FGPA 芯片以来,大容量FPGA 是市场发展的焦点,
半导体制造工艺的发展和市场的多样化需求不断推动FPGA 设计技术的创新,同时PLD 正在由点5V 电压向低电压3.3V,2.5V 及1.8伏器件演进
,不断满足节能的要求。

3.2成本不断降低随着芯片生产工艺的不断进步,芯片的集成度不断提高,面积大小是产品价格高低的重要因素,而线宽的减小必将大大降低PLD 的
成本。

况且低成本关系着生产厂商的发展前途,要想在PLD 有一席之地,低成本是必需要考虑的因素,未来的可编程器件会以最低的成本提供最多的系统门。

3.3片上集成资源不断丰富许多厂商在半导体制造工艺技术的推出下,不断地扩充FPGA 片上集成资源,包括嵌入式处理器、可编程存储器、高速收发器、嵌入式逻辑分析仪
、复杂数字信号处理模块等,使得产品集成度迅速提高,PLD 的集成度已达到了千万级等效系统门。

3.4向SOPC 方向发展集成度的不断提高使得产品的性能不断的提高,功能不断增多。

最早的PLD 仅仅能够实现一些简单的逻辑功能,而现在,片上可编程
系统(SOPC)直接实现系统集成,在速度上可以满足一般系统对速度的要求,其好处是用户把所有关键的功能块放上去后,可以随着标准改变而重新配置,而且可以降低费用,缩短开发时间。

可以预见未来的一块电路板上可能只有两部分电路:模拟部分(包括电源)和一块PLD 芯片,最多还有一些大容量的存储器。

3.5向软核、硬核混合的结构方向发展(下转第277页)
PLD 的发展简史及应用展望
王康沈祖斌(江汉大学数学与计算机科学学院,湖北武汉430056)
【摘要】在半导体技术发展的推动下,可编程逻辑器件迎来了前所未有的发展机遇且实现了较大的突破,具有良好的在线修改能力即随时修改设计而不必改动其硬件电路的特点,如今它已成为电子设计领域中最具发展前途的器件。

本文介绍了可编程逻辑器件的发展简史及它在数字电路实验、通信系统和ASIC 设计三个领域中的应用,最后展望了可编程逻辑器件的发展趋势。

【关键词】PLD ;熔丝技术;CPLD ;FPGA
作者简介:王康(1994—),男,江汉大学,数学与计算机科学学院2012级学生。

通讯作者:沈祖斌(1964—),男,江苏如皋人,硕士,副教授,主要从事计算机、数字系统的教学与研究工作。

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(上接第234页)随着器件集成度的提高,单片容量可设计逻辑越来越多。

目前FPGA可通过配置在片内实现软核处理器,或直接在FPGA中集成硬核处理器。

集成软核还是硬核取决于对系统的性能、功能和可重构性的平衡考虑。

硬核处理器一般作为独立的专用模块集成于FPGA中,与软核相比具有更高的性能,但在可重构性和灵活性上有所不足。

为了提高设计速度和系统性能,在一些FPGA芯片中集成一定功能的硬核,设计者可以利用这些硬核与其他设计资源结合完成设计,这将是可编程逻辑器件的又一个发展方向。

【参考文献】
[1]杨春玲,朱敏,编.可编程逻辑器件应用实践[M].哈尔滨∶哈尔滨工业大学出版社,2008∶02-04.
[2]潘锐捷,等,编.可编程逻辑器件的历程与发展[J].电子与封装,2008,08∶44-48.
[3]杨海钢,等,编.FPGA器件设计技术发展综述[J].电子与信息学报,2010,03∶714-723.
[4]张鹏,编.浅谈FPGA器件设计技术发展综述[J].电子测试,2014,10∶41-43.
[责任编辑:汤静
]学习的过程是不断积累知识和增强能力的过程,而知识的积累是
靠记忆来完成的,记忆力学生必须具备的基本能力之一,也是学习的
基础条件。

那么如何根据数学的特点和规律,在教学工作中培养和提
高学生的记忆力?笔者将介绍几种自己在工作实践中总结出的方法。

1目标记忆
记忆要有的放矢,尤其是在学习数学知识时,首先要明确学习的
具体任务,清楚记忆的长远目标,做到心中有数,这样就有了记忆的兴
趣和动力,从而产生了记忆的决心和信心,也就将知识记住了。

纵观变换纷繁的数学试题,基本上都源于教材重点,凡是大纲中
要求熟练掌握和灵活运用的内容都是学习的重点,也是高考的重点,
往年的高考试题就体现了这一点。

如1999年高职考试试题:已知三棱
锥D-ABC的三个侧面与底面全等,且AB=AC=√3,BC=2,则以BC为
棱,以BCD为面的两面角的大小是A)л/3,B)л/4,C)л/2,D)2л/3.若考生
熟悉三棱锥的做图法、两面角的平面角概念,再做一些简单的推理和
计算,就可以迅速得出本题的答案为C)。

2理解记忆
理解是记忆的基础,对学习数学知识来说更是如此。

思维、理解对
记忆有着巨大的作用,对所学的知识,只有经过思维的锤炼,才能彻底
理解,也才能牢固地记忆和灵活地运用,所谓理解就是找出事物变化
的规律、事物之间的联系,把新旧知识融合起来,才能建立多方面的联
系,才能拓宽知识面、思维空间和知识的应用范围,也才能记得牢、用
的活。

所以,在数学知识的学习过程中,要不断开拓思维和培养思维的
逻辑性、独立性、灵活性,只有养成独立思考的习惯,做到深刻地理解
教材,才能在理解的基础上,牢固掌握知识,灵活运用知识,才能实现
由已知到未知的推理记忆。

例如,等差数列前n项和的公式:S n=n(a1+a n)
/2,只要掌握了“距首末两项距离的和相等”的性质,就能很容易在理解
的基础上记住这个公式。

再如,等差数列的通项公式:a n=a1+(n-1)d.只
要理解了等差数列的实质是“后一项与前一项的差为常数d”,就很容
易记住了。

3反复阅读与尝试回忆相结合记忆
重复是记忆之母,在数学学习中,新掌握的知识,若不及时反复阅
读和推导,初试印象就会逐渐淡化消失。

因此,当天所学的知识,课后
要及时整理,反复阅读推导,强化记忆。

同时,还应做尝试回忆,检验记
忆效果和进一步巩固记忆,对那些还没有达到记忆效果的知识,要及
时补充阅读和深化理解,直到达到记忆效果为止。

如在学习三角中的
两角和与差的三角公式、倍角与半角公式、万能公式时,一是要分析公
式特点,并在课后演练推导;二是每天要抽出几分钟时间默写公式,逐
步养成这种自我检查的良好习惯,提高正确再认与回忆能力,就能够
达到良好的记忆效果。

4系统化记忆
事实证明,经过思维加工的系统化的知识具有逻辑性强、层次分
明、井井有条的特点,能较长时间地保存在头脑中,且易于提取。

所以,
在数学的学习中,要不断提高对知识的组织能力、逻辑推理能力和归
纳能力,对复杂的知识要写要点、排顺序、编口诀、图上作业、构造“公
式”等,将需要记忆的知识系统化,做到纲举目张,从整体上达到记忆
效果。

如数学中的“母概念”与“子概念”、“母公式”与“子公式”等,可设
计树形结构图或公式繁衍图等来加强记忆。

例如,三角中的诱导公式,
有6种函数9种角的情况,共推出54个公式,如果独立地记忆是很困
难的,为方便记忆,可将这54个诱导公式浓缩为如下形式:
f(kл/2±а)=±f(а)(k是偶数)
±f(а)(k是奇数)
{其中
,f(а)表示6种三角函数中的任一种函数,f(а)表示f(а)的余函
数,即(kл/2±а)的各三角函数值。

当k是偶数时,等于а的同名三角函
数值;当k是奇数时,等于а的相应函数的余函数值,然后加上把а看
作锐角时角(kл/2±а)的原函数所在象限的符号,最后进一步概括为“单
变双不变,符号看象限”,就更容易记忆,且记忆效果更好。

5联想发展记忆
记忆是建立在事物之间相联系的桥梁,实践证明,对知识认识的过
程是“温故知新”和“知新温故”的对立统一的过程。

即已学过的知识是
一切后来要学习知识的基础。

旧知识积累越多,新知识联系的就越广,
就越容易产生联想,越容易理解新知识、记住新知识。

例如,要记住四面
体的某些性质,可联想三角形的某些性质,因为四面体在空间图形中的
地位,类似于三角形在平面图形中的地位,因此,可根据三角形的性质
记忆四面体的性质。

又如,扇形面积S=1/2lr和圆锥侧面积S侧面=1/2lr这
两个公式是学生容易记住的,因为这两个公式的记忆可联系三角形面
积公式。

从而可以看出,诸如把空间问题与平面问题基于结构相似而进
行联想记忆,是提高记忆效率、发展记忆力的有效途径之一。

6数形结合记忆
直观图像是有力的记忆助手。

实验证明,经常有意识地记忆图像、
回忆图像,以形成和唤起表象,有利于记忆抽象的数学知识,有利于提
高解题速度和解题的正确性。

例如,记忆对数函数㏒a x(a﹥0且a≠1)
的性质,只要形成函数图像的表象,就能顺利地描述函数的性质,且能
运用性质顺利地解决数学问题。

因此,可以发挥图形的作用,增强记忆
效果。

总之,记忆必须以“运用”来强化,即一方面通过实践把知识固定
在记忆里,另一方面直接接触事物,在可能的范围内,尽量通过感观去
进行,这就要求学生必须把自己的多种感觉通过大脑进行立体加工,
这样可以培养学生的良好记忆品质,迅速提高记忆力。

[责任编辑:薛俊歌]谈谈如何提高数学知识的记忆力
苏顺修
(潍坊工商职业学院,山东诸城262200)
【摘要】本文主要介绍提高数学知识记忆力的六种方法,即目标记忆、理解记忆、反复阅读与尝试回忆相结合记忆、系统化记忆、联想发展记忆和数形结合记忆。

要学会结合实际情况,正确地选择和运用不同的方法来,充分发挥各种感官的作用,从不同的角度记忆数学知识。

【关键词】数学知识;记忆力;
目标记忆
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