Teknologi Logik Boleh Diprogram

mesin cuci LG (Jun 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Teknologi Logik Boleh Diprogram

Litar Digital


soalan 1

Tentukan akronim berikut yang digunakan untuk litar logik digital:

ASIC
PAL
PLA
PLD
CPLD
FPGA
Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

ASIC: Litar Bersepadu Khusus Aplikasi
PAL: Logam Array Boleh Diprogram
PLA: Array Logik Boleh Diprogram
PLD: Peranti Logik Boleh Diprogram
CPLD: Peranti Logik Boleh Diprogram Kompleks
FPGA: Array Pintu Lapangan-Program

Persoalan susulan: sekarang, komen tentang apa yang sebenarnya maksud akronim, melampaui bacaan definisi semata-mata.

Nota:

Terdapat satu "abjad sup" yang pasti dalam akronim dalam dunia logik digital yang dapat diprogramkan, dan ini hanya beberapa. Melangkah ke dalam makna tepat setiap singkatan mungkin bukanlah penggunaan masa terbaik dalam menjawab soalan ini, kerana terdapat sedikit konteks untuk memahami maksudnya. Tolong jangan cuba untuk melakukan apa yang dilakukan oleh banyak kursus teknikal, dan itu adalah kepala pelajar dengan definisi akronim kepada pengabaian yang sebenarnya memahami pelbagai teknologi. Soalan ini hanya dimaksudkan sebagai pembukaan kepada perbincangan mendalam tentang logika yang dapat diprogramkan, dan bukannya berakhir dengan sendirinya!

Soalan 2

Kenapa ada sesiapa yang menggunakan peranti logik yang boleh diprogramkan (PLD, PAL, PLA, CPLD, FPGA, dan sebagainya) sebagai ganti logik tradisional "keras" seperti NAND, NOR, AND, dan ATAU pintu "# 2"> Reveal answer Hide jawapannya

Saya akan membiarkan anda melakukan penyelidikan mengenai perkara ini!

Nota:

Tanyakan kepada pelajar anda untuk berkongsi di mana mereka mendapati maklumat mereka mengenai peranti yang boleh diprogramkan, dan bagaimana mereka menentukan kebaikan dan keburukan teknologi ini berbanding dengan logik berwayar keras.

Soalan 3

Mungkin bentuk paling mudah diprogramkan adalah litar bersepadu PROM, diprogramkan dengan jadual kebenaran tertentu. Ambil contoh contohnya 256 × 1 PROM:

Katakan kami ingin memprogramkan IC memori ini untuk bertindak sebagai pembanding digital, menghasilkan keadaan "tinggi" logik hanya apabila dua nombor binari empat bit sama:

Terangkan bagaimana jadual kebenaran akan kelihatan seperti data yang mesti kita jalankan ke cip memori ini. Berapa banyak baris akan jadual kebenaran mempunyai "# 3"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Berikut adalah petunjuk: jadual kebenaran hanya akan mempunyai enam belas baris dengan output "1". Semua baris lain akan diprogramkan dengan output "0"!

Nota:

Ini adalah contoh jadual paparan, di mana data sewenang-wenang diprogramkan ke dalam litar memori memenuhi fungsi logik. Jika masa membenarkan, bincangkan dengan pelajar anda apa jenis fungsi logik yang berguna mungkin diprogramkan ke cip PROM seperti ini.

Soalan 4

Mikrokomputer adalah mikrokomputer cip tunggal, yang mengandungi teras mikropemproses, memori, kawalan I / O, dan komponen lain yang berkaitan yang diperlukan untuk menjadikan sistem itu serba lengkap. Ringkasnya, mikropengawal mengikuti arahan berurutan bahawa seseorang memasuki ingatannya.

Peranti logik yang boleh diprogramkan, bagaimanapun, pada dasarnya berbeza dari mikrokontroler kedua-duanya bagaimana ia diprogramkan dan bagaimana ia berfungsi selepas diprogramkan. Terangkan apa perbezaan ini.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Tidak seperti mikrokontroler, peranti logik yang boleh diprogramkan tidak (mesti) peranti berurutan: perbuatan yang terakhir itu sebagai koleksi pintu logik dan elemen logik "primitif" yang lain untuk melaksanakan fungsi logik tertentu secara langsung.

Nota:

Bincangkan dengan pelajar anda bagaimana peranti logik yang boleh diprogramkan adalah peranti yang lebih primitif dan langsung daripada mikrokontroler, yang lebih abstrak dengan perbandingan. Mungkin perbezaan yang paling mudah difahami adalah dari segi sambungan pintu. Dalam mikropengawal, sambungan antara pintu konstituennya tetap; hanya perisian (bit yang disimpan dalam ingatan) sentiasa berubah. Dalam peranti logik yang boleh diprogramkan, ia seolah-olah anda secara langsung menjalin hubungan antara pintu konstituennya (seberapa banyak atau sedikit yang diperlukan), mewujudkan litar berwayar keras dengan menyatakan hubungan dalam "bahasa perincian perkakasan" (HDL).

Soalan 5

Jenis logik yang boleh diprogramkan yang paling mudah dipanggil PLDs (Peranti Logik Boleh Diprogram), PAL (Array Logic Programmable), PLA (Array Logik Boleh Diprogram), dan GAL (Generic Array Logic). Walaupun setiap akronim mewakili senibina reka bentuk dalaman yang sedikit berbeza, peranti ini berkongsi ciri umum menggunakan penyongsang, DAN pintu, dan pintu OR untuk melaksanakan sebarang fungsi logik kombinasi yang diingini.

Terangkan bagaimana ia boleh menghasilkan sebarang fungsi logik sewenang-wenang dengan hanya jenis pintu masuk (inverter, AND, ATAU), tanpa mana-mana orang lain. Apakah prinsip atau konvensyen algebra Boolean yang digunakan oleh peranti ini untuk melakukan ini?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Dengan jumlah yang mencukupi AND, ATAU, dan pintu inverter, apa-apa ungkapan SOP atau POS boleh dijana.

Nota:

Soalan ini menghendaki para pelajar untuk mengkaji prinsip bagaimana ekspresi SOP dan POS berkaitan dengan jadual kebenaran, dan dengan demikian menjelaskan bagaimana jadual kebenaran sewenang-wenangnya dapat dipenuhi.

Soalan 6

Sesetengah peranti logik boleh atur (dan juga peranti memori PROM) menggunakan sekering kecil yang sengaja "ditiup" dalam corak khusus untuk mewakili program yang dikehendaki. Pemrograman peranti dengan meniup sekering kecil di dalamnya membawa kelebihan dan kelemahan tertentu - menerangkan beberapa perkara ini.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Sudah tentu, program yang disimpan tidak akan berubah, tetapi ia juga akan dibaca sahaja. Inilah sebab mengapa peranti yang diprogramkan sekering kadang-kadang dipanggil ÖTP ". (Saya akan memberitahu anda apa maksud akronim itu.)

Nota:

Sangat menarik untuk menyebut bahawa sesetengah peranti yang boleh diprogram (contohnya Texas Instruments 'TIBPAL, misalnya) dibina dengan "fius keselamatan" di dalamnya yang menghalang sesiapa dari kejuruteraan terbalikkan cip yang diprogramkan!

Soalan 7

Istilah umum yang digunakan untuk menggambarkan kerja dalaman peranti logik boleh diprogramkan ialah macrocell . Apa sebenarnya, macrocell?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Macrocell adalah koleksi pintu masuk logik dan flop-flop, disusun bersama dalam satu unit. PLD biasanya mempunyai banyak macrocells, yang mungkin saling berhubungan untuk membentuk pelbagai fungsi logik sinkron.

Nota:

Minta pelajar anda menunjukkan kepada anda di mana mereka mendapati maklumat mereka, dan jika mereka dapat menentukan berapa banyak macrocells dalam PLD biasa.

Soalan 8

Kebanyakan mikrokomputer hanya boleh melaksanakan satu tugas (operasi) pada satu masa. Mereka mencapai ilusi "multi-tasking" dengan bergantian menumpukan masa kepada salah satu daripada beberapa tugas dengan cara yang pesat - sejenis perhitungan multiplexed. Peranti logik yang boleh diprogramkan, sebaliknya, dapat dengan mudah melakukan pelbagai operasi logik dengan cara yang serentak. Terangkan bagaimana ini mungkin, sedangkan mikropemproses hanya boleh melakukan satu perkara pada satu masa.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Rahsia ini adalah dalam pengaturcaraan: peranti logik boleh diprogram secara harfiah "berwayar" oleh program yang anda tulis untuk mereka, dengan beribu-ribu unsur logik yang tersedia untuk dihubungkan dalam hampir apa cara yang anda inginkan. Di lain pihak, mikropemproses mempunyai pendailan tetap yang merespon urutan langkah-langkah, program itu hanya menyatakan urutan-urutan langkah tersebut.

Nota:

Memahami perbezaan antara mikrokontroler dan peranti logik yang boleh diprogram boleh menjadi sukar, terutamanya jika seseorang mempunyai pengalaman yang terhad dengan kedua-dua (seperti yang kebanyakan pelajar lakukan). Tujuan dari soalan ini adalah untuk menjelaskan lebih banyak perkara yang sering disalahpahami ini, sementara pada masa yang sama menyoroti ciri penting logik boleh diprogram: simultaneity yang benar.

Prinsip asas yang saya mahukan pelajar dapat melihat dari analogi ini ialah mikrokontroler dan mikropemproses diprogramkan semula dengan mengubah urutan operasi tetap, manakala sistem logik diprogramkan diprogramkan semula dengan mengubah persatuan antara elemen tetap.

Soalan 9

Verilog dan VHDL adalah dua contoh popular bahasa perihalan perkakasan, yang digunakan ketika bekerja dengan logika diprogram. Jelaskan maksud "bahasa" tersebut. Apakah maksudnya bagi seorang juruteknik atau jurutera untuk "bercakap" bahasa ini, dan bagaimana ia "bercakap" ke cip yang boleh diprogramkan?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Bahasa perihalan perkakasan (HDL) adalah konvensyen teks untuk menentukan sambungan antara peranti logik yang dapat diprogramkan. Fail teks ditulis oleh seorang pengatur cara manusia, kemudian "dikompilasi" menjadi satu bentuk yang boleh diprogramkan oleh peranti logik yang boleh diprogramkan dan digunakan secara langsung.

Nota:

Jika masa membenarkan, anda mungkin mahu membandingkan dan membezakan bahasa yang penuh dengan ciri seperti Verilog dan VHDL dengan bahasa penerangan perkakasan yang lebih primitif seperti ABEL. Walau bagaimanapun, dalam kedua-dua kes, fail-fail yang ditulis dalam HDL adalah bertujuan untuk menerangkan perhubungan antara unsur-unsur logik yang ada di dalam peranti logik yang boleh diprogramkan.

Soalan 10

Persamaan dan perbezaan antara sistem mikrokontroler (mikropemproses) dan peranti logik boleh diprogramkan boleh diterangi oleh analogi. Baca senario berikut di mana dua penyelesaian yang berbeza digunakan untuk menyelesaikan masalah yang biasa. Bagi setiap senario, tentukan penyelesaian yang sama dengan mikrokontroler dan penyelesaiannya adalah analog dengan peranti logik yang boleh diprogram:

Seorang pengurus perniagaan mesti membuat keputusan pengambilan pekerja: sama ada mengupah beberapa pekerja berkemahiran khusus untuk melakukan pelbagai tugas (satu tugas setiap orang), atau mengupah beberapa orang yang berkemahiran luas yang boleh diberi arahan dan latihan baru untuk menukar antara tugas yang berbeza seperti yang diperlukan.
Dua tinkerer memodifikasi piano untuk memainkan lagu pendek secara automatik (tanpa pengendali manusia). Yang pertama memutuskan untuk membina alat "pembaca pita" yang serupa dengan pemain mekanikal lama-piano, di mana gulungan kertas gulungan menumbuk lubang "memberitahu" kunci piano ketika hendak menyerang dan dalam susunan apa. Yang kedua memutuskan untuk membina mekanisme penjujukan yang lebih mudah, di mana setiap kunci pada piano dari kiri ke kanan tersentuh secara berturut-turut, pesanan yang tepat dari nota dalam lagu disusun dengan menyambungkan semula kunci kepada palu yang berbeza di dalam piano.
Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Senario pertama: pekerja berkemahiran luas = mikrokontroler; pekerja khusus-mahir = logik boleh diprogram.

Senario kedua: pita pembaca = mikrokontroler; menyambung semula kekunci kepada palu = logik boleh atur.

Nota:

Memahami perbezaan antara mikrokontroler dan peranti logik yang boleh diprogram boleh menjadi sukar, terutamanya jika seseorang mempunyai pengalaman yang terhad dengan kedua-dua (seperti yang kebanyakan pelajar lakukan). Soalan-soalan seperti ini, yang meminta para pelajar untuk memeriksa analogi lawan, mengajar beberapa prinsip yang membezakan tanpa menjadi terperinci dalam terperinci teknikal.

Prinsip asas yang saya mahukan pelajar dapat melihat dari analogi ini ialah mikrokontroler dan mikropemproses diprogramkan semula dengan mengubah urutan operasi tetap, manakala sistem logik diprogramkan diprogramkan semula dengan mengubah persatuan antara elemen tetap.

  • ← Lembaran Kerja Sebelumnya

  • Indeks Lembaran Kerja

  • Lembaran kerja seterusnya →