Abb. 3.16: PLA-Grundstruktur
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Als Nachteil der Speicherrealisierung
von Schaltungen wurde die reine Minterm-Dekodierung erkannt, die
nur die Erzeugung von Vollkonjunktionen zuläßt. In
der sogenannten "Programmierbaren Logik" wird diese
Einschränkung aufgehoben; diese Logikform erlaubt sowohl
die Bildung von Implikanden als auch die Berücksichtigung
von "don't care"-Fällen.
Die Schaltungsfamilien, die diese
Eigenschaften aufweisen, werden unter dem Namem PLD (engl. programmable
logic devices) zusammengefaßt. Insbesondere drei eng
verwandte Bauteilgruppen sind dabei zu unterscheiden:
3.4.1 Programmable Logic Array
Das "Programmable Logic Array"
baut auf der bereits bekannten UND/ODER-Struktur auf, mit der
zusätzlichen Möglichkeit, in einem vorgegebenen UND-Array
nicht nur Minterme zu erzeugen, sondern auch die Bildung von Feldverbunden
zuzulassen:
Abb. 3.16: PLA-Grundstruktur
Der typische PLD-Baustein ist also gekennzeichnet durch eine aus UND-Gattern bestehende Eingangsstruktur und eine aus ODER-Gattern bestehende Ausgangsstruktur. Die Anzahl der Signalverbindungen ist für beide Strukturen progammierbar. Dadurch kann entschieden werden, welche Eingangssignale mit den UND-Gattern und welche Produktterme (Implikanden) mit den ODER-Gattern verbunden werden.
Diese Version der PLDs, bei der beide
Strukturen vollprogrammierbar sind, wird als PLA (FPLA) bezeichnet.
Die Signale, die programmierbar sind, d.h. die verbunden werden
können, werden in Feldern (arrays) zusammengefaßt.
Abb. 3.17: Allgemeine PLA-Grundstruktur
Die in dieser generischen Grundstruktur
aufgezeigten Kreuzverbindungen (cross point switches) sind
im Normalzustand der PLDs vorhanden. Wie foldende Abbildung zeigt,
sind sie aber auf Grund eingebauter "Sicherungen" (fusable
links) programmierbar, d.h. die in den beiden Feldern bestehenden
Verbindungen können unterbrochen werden. Das gezielte "Aufbrechen"
der Verbindungen wird als "Programmierung" der PLDs
bezeichnet.
Abb. 3.18: Detail der PLA-Programmierung
(oben: unprogrammiertes PLA, unten: programmiertes PLA)
Von diesen PLA-Bausteinen existieren zwei Sonderformen, die sich dadurch auszeichnen, daß nur jeweils eine der beiden Feld-Strukturen programmierbar ist.
Kann nur das UND-Feld programmiert
werden, spricht man von den PAL-Bausteinen, im Falle eines programmierbaren
ODER-Feldes schließlich von den bereits bekannten PROMs,
die also als PLA-Sonderfall interpretiert werden können:
Abb. 3.19: Programmable Array Logic (PAL) mit programmierbarem UND-Feld.
Abb. 3.20: Programmable Read Only Memory (PROM) mit programmierbarem ODER-Feld.
Die drei Gruppen programmierbar
Bausteine unterscheiden sich also durch die Programmierbarkeit
der UND- bzw. ODER-Felder:
| PLA (FPLA) | programmierbar | programmierbar |
| PROM (PLE) | fest | programmierbar |
| PAL | programmierbar | fest |
Tab. 3.4: PLD-Bausteine.
3.4.3 Anwendungsbeispiel: PLA vs. PROM
Um die Unterschiede zwischen PLA
und PROM zu verdeutlichen, soll deren Anwendung an einem typischen
Beispiel diskutiert werden.
Zwei durch eine Wertetafel vorgegebene
Funktionen x und y werden mit Hilfe eines PLD-Bausteins realisiert:
Abb. 3.21: Durch Wertetabelle definierte Funktionen (links) und zugehörige KV-Diagramme (oben).
In den oben ebenfalls angegebenen
KV-Diagrammen sind bereits die möglichen Vereinfachungen
vorgenommen worden, d.h. es wurden Feldverbunde (Implikanden,
Produktterme) gebildet.
Die Funktionsrealisierung wird zunächst
mit Hilfe eines PROM-Bausteins vorgenommen:
Abb. 3.22 PROM-Realisierung der Funktionen x und y.
In dieser PROM-Realisierung können
nur Vollkonjunktionen gebildet werden; die benötigten Minterme
mi wurden gekennzeichnet.
In diesem Beispiel wird der Minterm m4
von beiden Funktionen gemeinsam genutzt (Funktionsbündel).
In einer entsprechenden PLA-Realisierung
kann jetzt die im KV-Diagramm durchgeführte Implikandenbildung genutzt werden:
Abb. 3.23 PLA-Realisierung der Funktionen x und y.
Von den drei Produkttermen
 | (3.3) |
wird der Term P1
wiederum von beiden Funktionen gemeinsam genutzt. Dieser Produktterm
stellt eine Vollkonjuktion dar, er ist also identisch mit dem
Minterm m4
in obiger PROM-Realisierung.
Auf Grund der Möglichkeit einer
Implikandenbildung sind für eine PLA-Realisierung weniger
Produktterme notwendig als bei einer PROM-Realisierung.
PLA- und PROM-Bausteine werden deshalb
für die praktische Anwendung so ausgelegt, daß zwei
Nutzungsbereiche unterschieden werden könnnen:
Typische Werte für diese beiden Parameter sind:
| PROM (PLE) | ||
| PAL |
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