第五单元 现代数字设计 5.1 PLD的演进

   可编程只读存储器(PROM)
   最早的可编程集成电路是“可编程只读存储器”(PROM)，出现在1970年。按照今天的标准，PROM相当简单，不值一提。PROM的工作原理可以想象为一个固定功能“与阵列”驱动着的一个可编程的“或阵列”。
   PROM起初是用作计算机存储器，储存程序指令和常数。不过，设计工程师也用PROM来实现查找表、状态机等简单逻辑功能。其实，PROM可用于实现任何组合逻辑，只要其输入、输出不是很多。
   当用来实现组合逻辑时，PROM适合那些需要大量乘积项的方程，但只允许少量输入（因为每个输入组合都要编码、使用）。这一点使得工程师开始考虑其他结构。
   可编程逻辑阵列(PLA)
   为了解决PROM结构的局限性，PLD演进的下一步成果就是大约1975年左右出现的“可编程逻辑阵列”(PLA)。在简单PLD中，PLA的用户配置能力最好。因为“与”阵列和“或”阵列都可编程。
   另一方面，信号要花费更多时间通过可编程节点。早期技术尤其如此。因此，“与”阵列和“或”阵列均可编程 意味着PLA的速度比PROM慢得多。
   可编程阵列逻辑(PAL)和通用阵列逻辑(GAL)
   为了解决PLA的速度问题，一种新型器件“可编程阵列逻辑”(PAL)在20世纪70年代晚期出现了。从概念上讲，PAL几乎就是PROM的反面，它拥有一个可编程的“与”阵列和一个预制的“或”阵列。
   1983年，Lattice公司推出了“通用阵列逻辑”(GAL)器件，GAL在PAL的基础上提供了复杂的基于CMOS的电可擦除(E2)变量。和PLA相比较，PAL和GAL的优势在于速度更快（因为只有一个阵列可编程）。不利之处在于PAL和GAL容量有限——因为只允许有限的乘积项“或”起来。
   复杂可编程逻辑器件（CPLD）
   电子技术存在一条法则：人人都在不停地找寻功能更强、体积更小、功耗更低、速度更快、成本更低的器件——这无需过多解释。在20世纪70年代末和80年代初，出现了更为复杂的PLD器件。为了和早期的PLD器件进行区分，新推出的器件被称作“复杂可编程逻辑器件”(CPLD)。显然，那些早期PLD器件就被称作“简单可编程逻辑器件”(SPLD)。
   领头的就是PAL器件的发明者——MMI公司的设计人员们。他们推出了一个叫做MegaPAL的新型器件。MegaPAL是个84引脚的器件，是由4个标准PAL外加一些互联构成的。令人遗憾的是——MegaPAL耗能太高，不如使用4个标准PAL划算。
   1984年是出现飞跃的一年。刚刚成立的Altera公司推出了首款基于CMOS 和EPROM技术的CPLD。 采用CMOS技术，Altera公司实现了高密度、高复杂度功能和低功耗的结合；将器件的可编程功能建立在EPROM单元上，使得Altera的CPLD器件非常适用于新品开发和样机研制。
   现场可编程门阵列（FPGA）
   在20世纪80年代早期，数字集成电路的行列中出现了“裂痕”。一方面，出现了SPLD和CPLD等可编程器件——高度的可重配性、快速的设计和修改过程、但无法支持大型或复杂功能。另一方面，出现了“专用集成电路”（ASIC）。
ASIC可以支持大型、复杂功能，但其成本高昂、设计周期长。此外，一旦设计成为ASIC，其功能就一成不变了。为了弥补这个“裂痕”，Xilinx公司在1984年推出了一种新型集成电路。这种新型器件被称作 “现场可编程门阵列”(FPGA)。第一片FPGA面世时间是在1985年。从此以后，电子技术领域的变化日新月异。