ПЛМ – наиболее распространенная и наиболее известная разновидность ПЛП, одна
из первых микросхем этого типа. ПЛМ представляет собой комбинационное устройство,
включающее в себя две матрицы ЛЭ (или одну), расположенных на кристалле микросхе-
мы. Это – своего рода интеграция ЛЭ. Соединение этих ЛЭ в определенные логические
схемы, выполняющие заданный набор логических функций, производится разработчиком
аппаратуры. Это и есть программирование, которое превращает «полуфабрикат» в закон-
ченное специализированное изделие. Из одинаковых «полуфабрикатов» ПЛМ при помо-
щи программирования можно получать различные логические схемы для выполнения лю-
бых логических функций, определяемых потребителем. Одна ПЛМ может заменить десят-
ки и сотни микросхем ЛЭ малой степени интеграции. Основу ПЛМ составляют две ступе-
ни логических элементов и входные ячейки (инверторы-повторители). Первая ступень
представляет собой матрицу ЛЭ типа И (конъюнкторов), вторая ступень – матрицу эле-
ментов ИЛИ (дизъюнкторов).
Выходные функции Fi задаются потребителем в виде дизъюнктивной нормальной
формы (ДНФ, см. приложение) – дизъюнкции конъюнкций. Элементы первой ступени B3,
…, B6 образуют логические произведения (конъюнкции, импликанты, термы) входных
сигналов A, B, … и их инверсий А , В , … Элементы второй ступени (матрицы ИЛИ) B7,
B8, B9 объединяют заданным порядком (выполняют дизъюнкции) конъюнкции в выход-
ные функции Fi. Дизъюнкция конъюнкций – это один из вариантов получения алгебраи-
ческого выражения логической функции F по таблице истинности. К дизъюнкции конъ-
юнкций (ДНФ) можно свести все логические функции.
На рисунке а приведена разновидность ПЛМ с плавкими перемычками (до програм-
мирования) – один из самых распространённых способов осуществления программирова-
ния ПЛМ. Каждый из входных сигналов (A, B, …) и их инверсий ( A , B , ...) соединяется
с одним из входов всех схем И через плавкие перемычки ( ). Выходы каждого из конъ-
юнкторов (B3, …, B6) соединяются с входами всех схем ИЛИ (В7, …, В9) тоже через
плавкие перемычки . Это и есть полуфабрикат. Он пока не может ничего выполнять.
Например, на всех выходах конъюнкторов образуются одинаковые логические произведе-
ния (термы) А · A · B · B , а на всех выходах дизъюнкторов – одинаковые функции Fi
из четырёх одинаковых термов A AB B . К тому же этот терм равен нулю ( A A = 0, BB
= 0). Программирование такой ПЛМ производится пережиганием тех перемычек, которые
окажутся ненужными для выполнения заданных функций Fi. В результате программиро-
вания часть ЛЭ может быть исключена (пережиганием всех плавких перемычек ЛЭ).
Пусть, например, при программировании пережжены перемычки, которые на рис.
5.16,а указаны значком × (например, входы 2, 4 вентиля В3). Пережигание перемычек
производится программаторами по определённой программе при помощи внешних им-
пульсов тока определённой величины. Логическая схема, которая получилась после пере-
жигания указанных перемычек, приведена на рисунке б. Разорванные перегоревшими пе-
ремычками соединения на схеме не показаны, от них остались свободные выводы (напри-
мер, входы 2, 4 вентиля В3). Непережженные перемычки остались в схеме. На выходах
конъюнкторов приведены образуемые ими термы АВ, AB , A B, AB . На выходах ПЛМ
(выходы вентилей В7, В8, В9) образуются логические функции
F 0 = AB +
F1 = AB +
F 2 = AB +
AB + A B ,
⊕
AB = ( A B
AB + A B .
) ,
(1)
(2)
(3)
Как уже указывалось, рассматривается очень упрощённая модель ПЛМ. Главным
назначением этого рассмотрения является иллюстрация принципа программирования
ПЛМ в доступной форме, поэтому выходные функции (1) – (3) получились элементарно
простыми, а практическая ценность их весьма условна. К тому же это полные СДНФ, а не
минимизированные (МДНФ). Даже не имея опыта минимизации, можно упростить вы-
ходные функции Fi:
F 0 = B + AB ,
F1 =
AB + AB ,
F 2 = A + A B .
(4)
Пусть (4) будут примитивными МДНФ. При программировании «минимизирован-
ных» функций (4) логическая схема будет выглядеть ещё более простой (но будет не та-
кой наглядной).
На самом деле при синтезе (при создании) устройства всё происходит в обратном
порядке: сначала задаются исходные функции Fi – ДНФ (обычно получаемые из таблицы
истинности, словесного описания и др.). Затем они минимизируются. Получаются мини-
мизированные (упрощённые) функции Fi – МДНФ. Минимизацию проводят совместно
для всех функций Fi. Как правило, минимизация производится при помощи ЭВМ. И на
заключительной стадии производится пережигание перемычек (программирование), что-
бы получить на выходах заданные функции Fi (МДНФ).
A
B
B
B
A
Ї
B
B
&
B3
&
AЇABЇ
&
B4
&
B
B8
B
F0
F1
F2
A
B1′
B
A
Ї
Матрица И
a
AB
&
&
AЇ
Матрица
ИЛИ
F0
B7
B
B2′
B
B
Ї
&
Ї
&
ЇB
B8
B9
Матрица
F1
F2
Матрица И
б
ИЛИ
Разновидности ПЛМ. В результате непрерывного развития и совершенствования
разработано и выпускается несколько разновидностей ПЛМ, различающихся по структу-
ре, способам программирования, сложности и др. Некоторые ПЛМ включают в себя до
десяти и более тысяч эквивалентных вентилей (двухвходовых вентилей И-НЕ или ИЛИ-
НЕ). Число выходных функций (Fi) и входных сигналов (А, В, С, …) достигает десятков, а
число термов (конъюнктивных членов) – сотен. Разновидности ПЛМ:
1. Обе матрицы могут быть выполнены на однотипных ЛЭ, например на базовых ТТЛ-
элементах И-НЕ. Тогда вентили второй ступени (В7, …, В9) будут выполнять функции
ИЛИ-НЕ для инверсных термов (АВ, AB , AB , A B , см. рис. б) – логических нулей, и
выходные функции F0, …, F2 будут точно такими же, как (1) – (3), например:
F1 = A B · A B = A B · AB .
(5)
Первое выражение F1 получено для обеих матриц, выполненных на элементах И-НЕ. За-
тем оно преобразовано по теореме де Моргана ( B · A = = A + B = A + B ).
2. Программируемой может быть только одна матрица И (И-НЕ), а матрица ИЛИ при
этом имеет фиксированную (непрограммируемую) структуру. Такую структуру имеет
микросхема ПМЛ (программируемая матричная логика) – весьма распространённая раз-
новидность ПЛМ [7].
3. «Полуфабрикат» ПЛМ может состоять из одних матриц ЛЭ без линий соединения.
При программировании таких матриц получают специализированный фотошаблон, кото-
рый используется для нанесения металлизированных соединений.
4. ПЛМ может быть репрограммируемой, т.е. можно стирать старую информацию
(систему соединений ЛЭ) и производить новое программирование (ПЛМ с плавкими пе-
ремычками – нерепрограммируемая). Более подробно о репрограммируемых ПЛМ – в
следующем разделе, поскольку репрограммирование относится не только к ПЛМ.
