DE2556273A1

DE2556273A1 - Gruppenweise zu einer logischen schaltung zusammengefasste logische schaltkreise

Info

Publication number: DE2556273A1
Application number: DE19752556273
Authority: DE
Inventors: Arnold Weinberger
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-12-30
Filing date: 1975-12-13
Publication date: 1976-07-08
Also published as: DE2556273C2; FR2296968B1; IT1050025B; FR2296968A1; CA1060959A; US3975623A; GB1473030A; JPS5178951A; JPS5523507B2

Description

heb-aa

Anmelderin; International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y, 10504

Ämtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin; PO 974 046

I Gruppenweise zu einer logischen Schaltung zusammengefaßte logische Schaltkreise

Die vorliegende Erfindung umfaßt gruppenweise zu einer logischen Schaltung zusammengefaßte logische Schaltkreise, wobei sich durch die neue Anordnung die Anzahl der durchführbaren logischen Funktionen erhöhen läßt, ohne daß dadurch die Abmessungen der Anordnung insgesamt erhöht werden,

'■ Die Durchführung logischer Operationen in Matrizen von identii sehen Schaltkreisen oder Schaltelementen, die jeweils an Schnittpunkten zwischen einer Eingangsleitung und einer Ausgangsleitung : in einem Netz sich schneidender Eingangs- und Ausgangsleitungen I angeordnet sind, ist allgemein bekannt. Es ist ferner bekannt,

^! daß die Vereinheitlichung logischer Schaltkreise, die sich aus ! der matrizenartigen Anordnung logischer Schaltkreise ergibt, auch I eine Vereinfachung und Beschleunigung im Entwurf bei der Her- ! stellung monolithischer Halbleiterschaltungen ergibt, die aus i logischen Schaltkreisen aufgebaut sind. Der Einsatz derartiger ¹ logischer Schaltkreisanordnungen war bisher jedoch begrenzt, ι Ein Hauptgrund für diese begrenzte Verwendung lag wohl darin, j daß nur ein kleiner Prozentsatz der Schnittpunkte in einer I solchen Anordnung zur Durchführung logischer Funktionen brauch-

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bar ist. Dieser geringe Prozentsatz für die Durchführung logischer Funktionen brauchbarer Schnittpunkte in solchen Anordnungen hat einen geringen Ausnutzungs-Wirkungsgrad der Oberfläche der monolithischen Halbleiterplättchen zur Folge, auf denen diese Anordnungen hergestellt sind. Daraus ergibt sich, daß für die meisten Anwendungsgebiete der hohe Wirkungsgrad beim Entwurf und Herstellen logischer Schaltungen wirtschaftlich durch den schlechten Ausnutzungsgrad der Oberfläche des Halbleitersplättchens aufgehoben wird und es ist weniger aufwendig, zusätzlich Zeit und Mühe beim Entwurf und der Herstellung logischer Schaltungen aufzubringen, deren Anordnung in hohem Maße an die besonderen Bedürfnisse angepaßt ist, wobei die Schaltungen wohl weniger streng geordnet sind_f als matrizenartige logische Anordnungen, jedoch wesentlich mehr logische Funktionen in einem gegebenen Bereich eines monolithischen Halbleiterplättchens durchführen können.

Der kleine Prozentsatz ausnutzbarer logischer Schaltkreise in einer logischen Schaltung ist das Ergebnis einer solchen geordneten Anordnung, Wenn man die Eingangs- und Ausgangsleitungen zur Durchführung einer logischen Funktion benutzt_f dann kann man sie nicht auch noch zur Durchführung weiterer nicht damit zusammenhängender logischer Funktionen benutzen, ohne dabei die Logik hoffnungslos durcheinanderzubringen. Das hat zur Folge, daß große Bereiche der Anordnung Schnittpunkte von Eingangs- und Ausgangsleitungen haben, die keine ausnutzbaren logischen Schaltkreise enthalten.

Man hat schon eine Reihe von Versuchen unternommen, die Anzahl ausnutzbarer logischer Schaltkreise auf einem Halbleiterplättchen zu erhöhen. Ein solcher Versuch bestand darin, eine Anzahl von Decodierern einzusetzen, über die die Veränderlichen den Eingangsleitungen einer einzigen geordneten Anordnung von logischen Schaltkreisen zugeführt werden, so daß eine Anzahl hochwirksamer logischer Funktionen in einer einzigen geordneten logischen Schaltung mit hohem Wirkungsgrad durchführbar ist.

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Ein weiterer Versuch zur Verringerung dieses schlechten Ausnutzungsgrades bestand darin, daß man zusammengesetzte An-

j Ordnungen von geordneten logischen Schaltungen benutzt hat, die als programmierbare logische Schaltung (PLA) bekanntgeworden sind. Diese Schaltung war so aufgebaut, daß die Ausgangssignale einer ersten Anordnung, die als Produktgenerator als auslesbare Tabelle oder als Anordnung von UND-Gliedern bezeich-

j net wurde, einer zweiten Anordnung zugeführt werden, die als Generator für die Summe eines Produktausdruckes, als Auslesetabelle oder als Anordnung von ODER-Gliedern bezeichnet war, so daß dadurch die Anzahl der durchführbaren logischen Funktionen erhöht wurde, ohne daß dadurch die Anzahl der für

j die Durchführung dieser Funktionen benötigten Schnittpunkte innerhalb der einzelnen Anordnungen erhöht wurde. Obgleich diese Ausführungsformen die Anzahl der auf einer geordneten logischen Halbleiterschaltung anbringbaren und ausnutzbaren logischen Schaltkreise erhöhen, so wird doch das sich aus nicht benutzbaren Abschnitten der Eingangs- und Ausgangsleitungen ergebende Problem nicht gelöst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die auch bisher nicht benutzbaren Abschnitte der Eingangs- und Ausgangsleitungen sowohl der aus UND-Gliedern als auch der aus ODER-Gliedern bestehenden geometrischen Anordnungen von logischen Schaltkreisen in den programmierbaren logischen Anordnungen (PLA) dadurch benutzbar gemacht, daß man die Auslesetabelle oder die Anordnung von ODER-Gliedern der programmierbaren logischen Schaltung in zwei Segmente unterteilt und diese Segmente auf gegenüberliegenden Seiten der Suchtabelle oder der Anordnung von UND-Gliedern der programmierbaren logischen Schaltung anordnet. Die Ausgangsleitung der Anordnung von UND-Gliedern läßt sich dann so aufteilen, daß die Ausgangssignale eines Segmentes solcher Leitungen der Anordnung von ODER-Gliedern an einer Seite zugeleitet werden, während die Ausgangssignale des anderen Teils dieser Leitungen der Anordnung von ODER-Gliedern von der entgegengesetzten Seite zugeführt werden. In gleicher Weise sind

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die Ausgangsleitungen der aus ODER-Gliedern bestehenden Anordnungen aufgeteilt, so daß unterschiedliche Funktionen an gegenüberliegenden Seiten der aus ODER-Gliedern bestehenden Anordnung abgenommen werden können. Man kann ferner auch die Eingangsleitungen sowohl der aus ODER-Gliedern als auch der aus UND-Gliedern bestehenden Anordnungen in einzelne Gruppen

, unterteilen und damit einzelne Funktionen gegeneinander iso- ! lieren.

ι Wie man erkennen kann, kann man nunmehr die Ausgangs- und Ein- : gangsleitungen der Anordnungen in der Weise benutzen, daß sie ' zwei Segmenten anstelle von einem Segment dienen, so daß die Anzahl der nicht benutzbaren Schnittpunkte von Eingangs- und Ausgangsleitungen in den verschiedenen Anordnungen reduziert wird,

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in ! Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben« Die unter Schutz zu stellenden Merkmale der Erfindung finden sich in den ebenfalls beigefügten Patentanprüchen im einzelnen.

In den Zeichnungen zeigt;

Fig, 1 schematisch eine Darstellung der Anordnung

der einzelnen Schaltkreise einer programmierbaren logischen Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Tabelle der logischen Funktionen, die

sich mit jeder von zwei Eingangs-Veränderlichen der in Fig, 1 gezeigten Anordnung durchführen lassen und

Fig. 3 eine schematisch Darstellung einer anderen

Anordnung einer programmierbaren logischen Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung,

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Gemäß Fig, 1 sind die Eingangsleitungen einer aus UND-Gliedern bestehenden Anordnung 10 an einer Anzahl von 2-Bit-Decodierern 12 angeschlossen, die auf beiden Seiten der aus UND-Gliedern bestehenden Anordnung vorgesehen sind. Diese Decodierer 12 liefern vier ausgangsseitige Kombinationen der beiden eingangsseitig zugeführten Veränderlichen. Die Decodierer 12 nehmen diese Veränderlichen auf den Eingangsleitungen 14 auf und geben jede der vier ausgangsseitig auftretenden Kombinationen der beiden Veränderlichen an eine Eingangsleitung 16 der Anordnung 10 ab.

Eine Anzahl paralleler Ausgangsleitungen 18 ist in bezug auf die Eingangsleitungen 16 senkrecht zu diesen angeordnet und bildet mit den Eingangsleitungen ein Gitter, An den Schnittpunkten einiger Eingangs- und Ausgangsleitungen 16 und 18 sind logische Schaltkreise 20 angeordnet, die eine logische Operation, in diesem Fall die UND-Verknüpfung für über die Eingangsleitungen 16 zugeführte Daten durchzuführen vermögen und das Ergebnis an die entsprechenden Ausgangsleitungen 18 abgeben.

Die Ausgangsleitungen 18 der aus UND-Gliedern bestehenden Anordnung 10 sind mit den Eingangsleitungen 26 zweier aus ODER-Gliedern aufgebauter Anordnungen 22 und 24 verbunden, die zu beiden Seiten der aus UND-Gliedern bestehenden Anordnung 10 vorgesehen sind. Diese Eingangsleitungen 26 schneiden die Ausgangs leitungen 28 der aus ODER-Gliedern aufgebauten Anordnung, An bestimmten dieser Schnittpunkte sind logische Schaltkreise 29 vorgesehen, die in bezug auf die von der aus UND-Gliedern aufgebauten Anordnung gelieferten Signale die ODER-Verknüpfung durchführen und die entsprechenden Ausgangssignale an die Ausgangsleitungen 28 abgeben.

Man sieht, daß mit den Eingangssignalen der 2-Bit-Decodierer in den 2-Bit-Decodierern 12 selbst, in der aus UND-Gliedern aufgebauten Anordnung 10, in den aus ODER-Gliedern aufgebauten' An-

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Ordnungen 22 und 24 und in den JK-Verriegelungsschaltungen 30 logische Funktionen durchgeführt werden können. Die verschiedenen logischen Funktionen, die von den Decodierern 12 und der aus UND-Gliedern 10 bestehenden Anordnung für jedes der beiden Eingangssignale a und b durchgeführt werden können, die einen der Decodierer 12a zugeführt werden, sind in Fig. 2 gezeigt. Jede Spalte in der Tabelle der Fig. 2 stellt eine der vier Eingangsleitungen 16 dar, die am Ausgang des Decodierers 12a angeschlossen sind. Die Überschriften über den einzelnen Ko- ; lonnen oder Spalten dieser Tabelle stellt die durch den Decodierer 12a für die Eingangssignale a und b durchgeführte Io-, gische Operation in der Weise dar, daß ein Abfragesignal auf ^; der durch diese Spalte dargestellten Eingangsleitung 16 ange-' legt wird. Die Zeilen der Tabelle entsprechen den Ausgangsleitungen der Anordnung, Die Bezeichnung in jeder Zeile stellt diejenige logische Funktion dar, die auf der der Zeile entspre-, chenden Ausgangsleitung 18 auftritt, wenn die Eingangsleitungen der Anordnung durch eine binäre 1 in ihren Spalten längs dieser Zeile markiert sind und dadurch einer UND-Verknüpfung unterzogen werden, daß diese Eingangsleitungen über den entsprechenden logischen Schaltkreise mit dieser Ausgangsleitung 18 verbunden sind. Man erhält beispielsweise eine Exklusiv-ODER-Verknüpf ung von a und b auf der Ausgangs leitung 18_f wenn die Ein-■ gangsleitungen 16a und 16b über die logischen Schaltkreise 20a und 20b mit der Ausgangsleitung 18 verbunden sind. Die Durchführung logischer Operationen unter Verwendung solcher An-

j Ordnungen von logischen Schaltkreisen und 2-Bit-Decodierern ist aus der US-Patentschrift 3 761 902 vom 25. September 1973 an sich bekannt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind diese Funktionen auf den mit einer programmierbaren logischen Schaltung versehenen Halbleiterplattchen wesentlich dichter angeordnet. Dies wird dadurch erreicht, daß man die Ausgangstabelle der programmierbaren logischen Schaltung in zwei getrennte, aus ODER-Gliedern bestehende Anordnungen unterteilt und sowohl die Eingangslei-

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tungen als auch die Ausgangsleitungen zur Trennung der verschiedenen, in den Anordnungen durchführbarer Funktionen voneinander auftrennt. Die beispielsweise zuvor erwähnte Exklusiv-ODER-Verknüpfung wird in die aus ODER-Gliedern bestehende Anordnung 22 unter Verwendung der Leitungen 16a und 16b und der Ausgangsleitung 18a der aus UND-Gliedern bestehenden Anordnung 10 eingeführt. Diese Leitungen lassen sich dadurch in der Gesamtan- ;Ordnung in Segmente unterteilen, daß man sie an einer Stelle 32 unterbricht. Damit lassen sich aber die übrigen Eingangsleitungen 16a und 16b zur Durchführung von logischen Funktionen für Eingangssignale verwenden, die dem Decodierer 12b zugeleitet werden und ebenso mit diesen Leitungen gekoppelt sind, während der Rest der Ausgangsleitung 18a zur Durchführung von logischen Funktionen für Eingangssignale der anderen Decodierer benutzt werden kann, wobei diese Funktionen der iaus ODER-Glieder bestehenden Anordnung 24 zugeleitet werden.

! In gleicher Weise, wie die Leitungen in der aus UND-Gliedern bestehenden Anordnung sind auch die Leitungen in den aus ODER-Gliedern aufgebauten Anordnungen 22 und 24 für voneinan-

I der unabhängige Funktionen unterbrochen. Dies ist bei 32 angedeutet. Die Verriegelungsschaltung 30a dient dabei der Abgabe der auf der Leitung 18a erzeugten Exklusiv-ODER-Verknüpfung an außenliegende Schaltungen, Die Eingangsleitung 24a und die Ausgangsleitung 26a der aus ODER-Gliedern bestehenden Anordnung 22_f die früher dazu verwendet wurden_f lassen sich nunmehr in Segmente unterteilen, so daß sie zur Durchführung anderer Funktionen verwendet werden können. Der unbenutzte Abschnitt der Ausgangsleitung kann in Verbindung mit der Verriegelungsschaltung 30b verwendet werden. Tatsächlich lassen sich die Ausgangsleitungen der aus ODER-Glieder bestehenden Anordnungen in drei oder mehr Segmente unterteilen und die innenliegenden Segmente lassen sich mit Verriegelungsschaltungen oder anderen, an den Enden der aus ODER-Gliedern aufgebauten Anordnungen vorgesehenen Schaltkreisen benutzen. Die Verwendung des Restes der Eingangsleitung 24a ist aus Fig. 1 noch nicht klar, ergibt sich jedoch aus einer Beschrei-

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bung der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform.

Wie man sieht, lassen sich bei dieser Anordnung die Eingangsund Ausgangsleitungen beider Anordnungen zur Durchführung von zwei voneinander getrennten logischen Funktionen verwenden, ohne daß diese logischen Funktionen einander behindern, da durch die Unterbrechungen 32 in den Leitungen die einzelnen logischen Funktionen voneinander isoliert sind.

Es ist jedoch nicht erforderlich, daß diese Leitungen unterbrochen sind, und wie bereits ausgeführt, lassen sich die voll ausgeführten Leitungen dann benutzen, wenn die durchzuführende Funktion dies erfordert. Somit läßt sich durch die neue Anordnung bei der Durchführung logischer Verknüpfungen in regelmäßig aufgebauten logischen Schaltungen eine viel höhere Flexibilität erzielen. Durch diese Flexibilität lassen sich mit einer regelmäßigen Anordnung von logischen Schaltkreisen bei vorgegebener Größe wesentlich mehr logische Funktionen durchführen, wobei es dann immer noch möglich ist, daß logische Funktionen, die eine große Anzahl von Schnittpunkten benötigen, in dieser regelmäßig aufgebauten Anordnung durchgeführt werden können.

Andere Schemata von Anordnungen lassen sich in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung einsetzen. Beispielsweise kann die hier beschriebene Anordnung mit der in der US-Patentanmeldung (Aktenzeichen der Anmelderin KI 974 018) vom gleichen Tage beschriebenen Anordnung benutzt werden, so daß sich eine Folge von miteinander verbundener Anordnungen gemäß Fig. 3 ergibt, in der drei Auslesetabellen 40, 42 und 44 gezeigt sind, die von zwei Suchtabellen 46 und 48 gemeinsam benutzt werden. Den Eingangsleitungen der Innenliegenden Auslesetabelle 42 wurden die Ausgangssignale der Suchtabellen 46 und 48 zugeleitet, während die außenliegenden Auslesetabellen ihre Signale jeweils von nur einer Suchtabelle 46 oder 48 aufnehmen würden.

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Wie man erkennen kann, läßt sich die Aufteilung der Eingangsleitungen der in der Mitte liegenden aus ODER-Gliedern aufgebauten Tabelle in Segmente nunmehr in der Weise einsetzen, daß diese Eingangsleitungen sich für zwei verschiedene Signale verwenden lassen, eines von der Suchtabelle 46 und eines von der Suchtabelle. Diese Unterteilung kann weiterhin ausgedehnt werden, indem man die Suchtabellen 46 und 48 in zwei Abschnitte unterteilt, so daß alle Leitungen in der aus UND-Gliedern bestehenden Anordnung unterbrochen sind, so daß tatsächlich nunmehr vier Suchtabellen und drei Auslesetabellen vorhanden sind. Dabei sollte deutlich geworden sein, daß die Ausgangsleitungen in den Auslesetabellen ebenfalls in der oben beschriebenen Weise unterbrochen sind.

Diese neuartigen regelmäßigen Anordnungen von logischen Schaltkreisen lassen sich auf monolithischen Halbleiterplättchen herstellen und in vielfacher Weise einschließlich der in der obengenannten US-Patentanmeldung beschriebenen Weise den verschiedenen individuellen Bedürfnissen anpassen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Programmierbare logische Anordnung von Schaltkreisen mit einer Suchtabelle zur Aufnahme von Abfragesignalen, aus einer Anzahl von Decodierern und einer Auslesetabelle, die in Abhängigkeit von den Abfragesignalen Ausgangssignale von der Suchtabelle aufnimmt und ihrerseits in Abhängigkeit von den Abfragesignalen Ausgangssignale abgibt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Auslesetabelle (40, und 44) in zwei Abschnitte unterteilt ist, wobei die Eingangsleitungen eines Abschnittes der Auslesetabelle die Ausgangs signale vom einen Ende der Ausgangsleitungen der Suchtabelle (46-1, 48-2) aufnehmen_f und die Eingangsleitungen des anderen Abschnittes der Auslesetabelle das Ausgangssignal des anderen Endes der Ausgangsleitungen der Suchtabelle (46-2, 48-2) aufnehmen, und daß die Ausgangsleitungen der Suchtabelle in der Weise in Segmente unterteilt sind, daß die von den gegenüberliegenden der unterteilten Leitungen abgegebenen Ausgangssignale auf den unterteilten Leitungen nicht vermischt werden.

Logische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den entgegengesetzten Enden der Ausgangsleitungen in beiden Abschnitten der Auslesetabellen Verriegelungsschaltungen (30) vorgesehen sind und daß in Segmente unterteilte Ausgangsleitungen der Auslesetabellen der Isolierung der mit einem Segment verbundenen Verriegelung s schaltung zugeführten Signale von den der mit dem anderen Segment verbunden Verriegelungsschaltung Signale dienen.

Logische Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den entgegengesetzten Enden der Eingangsleitungen der Suchtabelle Decodierer (12) angeschlossen sind

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und daß die Segmente der Eingangsleitungen der Suchtabelle der Trennung der mit dem einen Segment gekoppelten Decodierer (12a) kommenden Abfragesignale von den Abfragesignalen dienen, die von dem mit dem anderen Segment gekoppelten Decodierer (12b) kommen.

4. Logische Schaltung nach Anspruch 1 mit einer Suchtabelle zur Aufnahme von Abfragesignalen aus einer Anzahl von Decodierern und einer Auslesetabelle, für die Aufnahme der Ausgangssignale der Suchtabelle in Abhängigkeitvon den AbfrageSignalen und zur Abgabe von AusgangsSignalen in Abhängigkeit von den Abfragesignalen, dadurch gekennzeichnet, daß drei Auslesetabellen (40, 42, 44) und zwei Suchtabellen (46, 48) in der Weise angeordnet sind, daß eine Auslesetabelle zwischen zwei Suchtabellen liegt und die beiden anderen Auslesetabellen auf gegenüberliegenden Seiten einer der Suchtabellen angeordnet sind, so daß die eine Auslesetabelle die Ausgangssignale beider Suchtabellen aufnimmt, während die anderen beiden Auslesetabellen die Ausgangssignale nur einer Suchtabelle aufnehmen.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet ( daß die Eingangsleitungen der Auslesetabelle in der Weise in Segmente unterteilt sind, daß die von einer der Suchtabellen in einem Segment aufgenommenen Ausgangssignale von den AusgangsSignalen, die von den anderen Suchtabellen in dem anderen Segment der gleichen Leitung aufgenommenen werden, isoliert sind,

6. Logische Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet» daß die Ausgangsleitungen in den Suchtabellen in Segmente unterteilt sind, so daß die von entgegengesetzten Enden der gleichen Leitungen zügeführten Ausgangssignale in der in Segmente unterteilten Leitung nicht vermischt werden.

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