Терминология

Область ПЛИС-компьютеров является достаточно молодой и бурно развивающейся в настоящее время. Первое, что должен утвердить информационный портал, - это терминология данной области. Термины должны по возможности одинаково пониматься как российским, так и международным сообществом. Для этого основные термины (как русскоязычные, так и англоязычные) вместе с определениями собраны в один раздел.
Antifuse технология, Argus, ASIC, CLB, Colamo, CPLD/SPLD, DSP, EEPROM, EPROM, embedded processing, FPGA, FPSC, GAL, IP-ядро, LUT, LVDS, PAL, PLA, PLD, PROM, SRAM, ULA, Verilog, VHDL, базовый модуль, вентильная матрица, КРП (контроллер распределённой памяти), МНМС, ПЛИС, ПЛМ, ППЗУ, РВС, трансивер, элементаныей процессор.

Antifuse технология - способ создания PROM-памяти. Довольно часто применяется для создания ПЛИС-микросхем, предназначенных для применения в тяжелых природных условиях - при больших перепадах температур или радиации.

Argus - ассемблер реконфигурируемых вычислительных систем. Разработка НИИ МВС ЮФУ.

ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) - интегральная схема, выполненная на заказ для решения конкретной задачи. Способна выполнять ограниченный набор функций, однако эффективность реализации этих функций обычно очень высока. Является своего рода конкурентом ПЛИС-микросхем, поскольку и те, и другие обычно используются для высокоэффективного решения небольшого круга задач.

CLB (Configurable Logic Blocks) - программируемый логический блок, часть FPGA-устройства, предназначенная для программирования некоторой функции или её части. Может быть использован для других целей, например, в качестве памяти.

Colamo - язык структурно-процедурного программирования высокого уровня реконфигурируемых вычислительных систем. Разработка НИИ МВС ЮФУ.

CPLD/SPLD (Complex/Simple Programmable Logic Device) - разновидность ПЛИС, содержащая относительно крупные программируемые логические блоки - макроячейки (англ. macrocells), соединённые с внешними выводами и внутренними шинами. Функциональность CPLD кодируется в энергонезависимой памяти, поэтому нет необходимости их перепрограммировать при включении.

DSP (Digital Signal Processing) - цифровая обработка сигналов (ЦОС), также может обозначать цифровой сигнальный процессор, который выполняет ЦОС. ЦОС является одной из наиболее распространенных задач, для решения которых применяются ПЛИС-микросхемы.

EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) - тип полупроводниковой энергонезависимой памяти, содержимое которой может быть многократно электрически запрограммировано пользователем. Стирание содержимого производится электрически. Значительная часть современных ПЛИС-микросхем построена с использованием технологии EEPROM, а её модификация лежит в основе Flash-памяти.

EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory) - тип полупроводниковой энергонезависимой памяти, содержимое которых может быть многократно электрически запрограммировано пользователем. Содержимое может быть стёрто с помощью внешнего ультрафиолетового излучения, попадающего на кристалл через кварцевое окно в корпусе микросхемы. В среднем для стирания информации требовалось порядка 20-30 минут.

Embedded processing - вычисления, проводимые в рамках встраиваемой системы. Наряду с ЦОС, для таких вычислений часто применяют ПЛИС-микросхемы. Встраиваемой системой (ВС) называется компьютерная система, которая является частью некоторого устройства или другой системы. Характерными чертами ВС являются небольшие размеры и энергопотребление. Обычно ВС предназначена для решения узкого класса задач. ВС используются во многих мобильных устройствах, таких как автомобили, спутники, мобильные телефоны, часы и т.д.

FPGA (Field-Programmable Gate Array) - разновидность ПЛИС, содержащая логические элементы и блоки коммутации. Программа для FPGA хранится в распределённой оперативной памяти микросхемы, поэтому требуется начальный загрузчик.

FPSC (Field Programmable System Chip) - устройство, представляющее собой объединение на одном кристалле FPGA и встроенного ASIC-ядра. На данный момент основным производителем устройств данного типа является компания Lattice Semiconductor.

GAL (Generic Array Logic) - патентованное название устройств PAL компании Lattice Semiconductor, которые представляют собой их более сложные электрически стираемые КМОП-разновидности.

IP-ядро (Intellectual Property core) - логический блок или блок данных, используемый в ПЛИС- и ASIC-микросхемах, который реализует некоторую законченную функциональность. IP-ядро представляет собой программную или аппаратную реализацию некоторого компонента системы, например, центрального процессорного устройства, Ethernet-контроллера или PCI-интерфейса.

LUT (LookUp Table, LUT-таблица) - таблица соответствия, с помощью которой реализуется логический блок в FPGA-микросхемах. Группа поступающих сигналов (соответствующих входным переменным функции, реализуемой данной таблицей) используется в качестве индекса в таблице соответствия и однозначным образом определяют некоторое выходное значение.

LVDS (Low Voltage Differential Signaling) - передача информации дифференциальными сигналами малых напряжений. Это направление передачи данных использует очень малые перепады дифференциального напряжения (до 350 мВ) на двух линиях печатной платы или сбалансированного кабеля. Малые перепады уровня и токовый режим выхода передатчика обеспечивают малый уровень шума и очень малую потребляемую мощность во всём диапазоне скоростей передачи. Технология LVDS отражена в двух стандартах:

Стандарт ANSI/TIA/EIA рекомендует максимальную пропускную способность в 655 Мб/сек., и оговаривает теоретический максимум в 1.923 Гб/сек., ограниченный потерями в среде распространения. Настоящее издание стандарта 644-ой версии пересмотрено и дополнено информацией о работе на множество приёмников. Пересмотренный стандарт известный как TIA-644-A утверждён в 2000 г.

PAL (Programmable Array Logic) - программируемые логические устройства наподобие ППЗУ. Однако, в отличие от последних, в данных устройствах массив элементов И является программируемым, а массив ИЛИ - нет.

PLA (Programmable Logic Array) - программируемые логические устройства наподобие ППЗУ. Однако, в отличие от последних, в данных устройствах оба массива элементов И и ИЛИ являются программируемыми.

PLD (Programmable Logic Device) - программируемые логические устройства, которые реализуют функции, необходимые для решения поставленных задач, в виде совершенной дизъюнктивной нормальной формы (совершенной ДНФ).

PROM (Programmable Read-Only Memory) - тип полупроводниковой энергонезависимой памяти, содержимое которой может быть однократно электрически запрограммировано пользователем. Такое устройство, поступившее от производителя, изначально находится в незапрограммированном состоянии, и перед его использованием пользователь может один раз провести его настройку под нужную ему задачу. Однако после этого архитектура микросхемы не может быть изменена. Память такого типа иногда применяется в ПЛИС-микросхемах.

SRAM (Static Random Access Memory) - полупроводниковое устройство оперативной памяти с произвольным доступом. SRAM-память является энергозависимой, поскольку при отключении питания данные теряются. Однако при наличии питания значение, записанное в ячейку такой памяти, будет находиться там до тех пор, пока на его место не будут записаны другие данные, поэтому такая память называется статической. SRAM-память часто применяется в FPGA-микросхемах.

ULA (Uncommitted Logic Array) - нескоммутированная вентильная матрица. Такое название носили первые вентильные матрицы на КМОП-технологии, которые стали появляться в середине 70-х годов.

Verilog - это язык описания аппаратуры, используемый для описания и моделирования электронных систем. Этот язык (также известный как Verilog HDL) позволяет осуществить проектирование, верификацию и реализацию (например, в виде СБИС) аналоговых, цифровых и смешанных электронных систем на различных уровнях абстракции. Разработчики Verilog сделали его синтаксис очень похожим на синтаксис языка C, что упрощает его освоение. Verilog имеет препроцессор, очень похожий на препроцессор языка C, и основные управляющие конструкции "if", "while" также подобны одноимённым конструкциям языка C. Соглашения по форматированию вывода также очень похожи.

VHDL (Very high speed integrated circuits Hardware Description Language) - язык описания аппаратуры высокоскоростных интегральных схем. VHDL является базовым языком при разработке аппаратуры современных вычислительных систем.

Базовый модуль - структурная единица многопроцессорной системы, которая конструктивно представляет собой многослойную печатную плату, содержащую несколько программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Наращивание вычислительной мощности системы осуществляется за счет соединения нескольких базовых модулей между собой.

Вентильная матрица - заказная специализированная микросхема (ASIC), которая представляет собой массив изготовленных заводским способом несоединенных между собой компонентов (транзисторов и резисторов), организованных в группы, называемые базисными ячейками. Разработчику предоставляется набор доступных базисных ячеек, с помощью которого он описывает функции устройства, указывая соединение ячеек между собой. Затем на основе полученных результатов изготавливаются фотошаблоны для реализации связей в вентильных матрицах.

КРП (контроллер распределённой памяти) - управляющий элемент секции макропамяти базового модуля ПЛИС. Система команд КРП в сочетании с возможностями коммутационного элемента секции макропамяти обеспечивает возможность организации процедур доступа чипов ПЛИС к информационным массивам, расположенным в распределенной памяти базового модуля ПЛИС. Как видно по наличию системы команд, КРП должен иметь свою управляющую программу, согласованную с управляющей программой чипов ПЛИС базового модуля.

МНМС (Модульно-Наращиваемые Многопроцессорные Системы) - вычислительные системы, обеспечивающие пользователю возможности динамического программирования архитектуры под структуру решаемой задачи. МНМС включает в себя реконфигурируемый вычислитель, состоящий из нескольких базовых модулей, и хост-машину. Каждый базовый модуль представляет собой многопроцессорную вычислительную систему со структурно-процедурной организацией вычислений. Базовые модули строятся на основе ПЛИС-технологий и по тем же архитектурным принципам, что и система в целом.

ПЛИС (Программируемая Логическая Интегральная Схема) - электронный компонент, используемый для создания цифровых интегральных схем. В отличие от обычных цифровых микросхем, логика работы ПЛИС не определяется при изготовлении, а задаётся посредством программирования.

ПЛМ (Программируемая Логическая Матрица) - устройства, которые реализуют функции из И и ИЛИ массивов, оба из которых программируемы.

ППЗУ (Программируемое Постоянное Запоминающее Устройство) - программируемое логическое устройство, в котором любая функция реализуется в виде ДНФ (Дизъюнктивной Нормальной Формы). ППЗУ состоит из фиксированного массива логических функций И, подсоединенного к программируемому массиву логических функций ИЛИ. Входы устройства подаются сразу на вход массиву И, а выходы с массива ИЛИ являются выходами самого устройства. Обычно термин ППЗУ относится к устройствам PROM-памяти.

РВС (Реконфигурируемые Вычислительные Системы) - вычислители, обладающие возможностью изменения (реконфигурации) архитектуры информационных связей между процессорами для отображения графов алгоритмов с различной топологией.

Трансивер - устройство для приёма и передачи сигнала, часто используемое для соединения ПЛИС-микросхем с внешними устройствами, которое обеспечивает высокую пропускную способность до 10 Гбит/сек.

Элементарный процессор (ЭП) - функциональное устройство, обладающее системой команд и выполняющее операции над данными. Фактически ЭП - это АЛУ с входным и выходными буферами, небольшой внутренней памятью для хранения констант, системами управления и коммутации. ЭП выполняет арифметические операции над потоками приходящих на его входы данных, результат которых передается на один или несколько выходов ЭП.

© Лаборатория Параллельных информационных технологий НИВЦ МГУ
Rambler's Top100