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第四节 数字器件的分类

数字电路的研究带动了数字器件的飞速发展。数字器件根据不同用途和方式可按照规模分类,也可以按照用途及特点分类。

1. 数字器件按照规模分类

  • 小规模(SSI,每片数十器件),如门电路系列(74LS00)
  • 中规模(MSI,每片数百器件),如运算器,计数器等。
  • 大规模(LSI,每片数千器件),如早期的CPU,如INTEL的8088,MCS-51,FLASH 存储器等。
  • 超大规模(VLSI,每片器件数目大于1万)数字集成电路,如X86 系列,ARM系列CPU等。

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图1 VLSI

虽然按照规模可分为以上4中,但由于数字器件发展日新月异,因此大规模,超大规模的器件的规模也在不断变化。

2. 集成电路从应用的角度分类

  • 通用型:如门电路,触发器,通用CPU,GPU,通用存储器等
  • 专用型(ASIC):ASIC(Application Specific Integrated Circuit)是面向应用的专用集成电路,这是一种定制的电路,由于在集成电路设计时充分考虑应用场景和功能特点,因此一般在成本,计算能力,功耗等方面做了更专业的优化,对特定的领域有出色的表现。其缺点也很明显,离开了该特定的领域几乎毫无用处,因此被称为专用型的ASIC。如专用图像处理芯片,语音处理芯片等。
  • FPGA: FPGA(Field Programmable Gate Array ) 是现场可编程门阵列,是现场可编程器件。由于具有现场可编程能力,因此FPGA是半定制或非定制器件,也就是说如果需要什么功能,可以利用FPGA现场编程实现特定的芯片。虽然FPGA具有高度的灵活性,但其缺点也很明显,实现相同功能时FPGA在功耗、成本方面比ASIC要高的多。

3. 按所用器件制作工艺分类

数字电路可分为双极型(TTL型)和单极型(MOS型)两类。

双极型TTL: TTL(Transistor-Transistor Logic)是由三极管构成的集成电路,典型如早期74系列中小规模集成电路,74ls00, 74ls85等,但由于CMOS电路的飞速发展后期的中大规模的集成电路主要是CMOS工艺。

单极性MOS: MOS(Metal–Oxide–Semiconductor)是由金属氧化场效应管构成的集成电路。CMOS (Complementary MOS) 互补型的MOS工艺。关于MOS,CMOS的内容将在模拟电子技术基础,CMOS模拟集成电路,CMOS数字集成电路中都有介绍。

4. 按照电路的结构和工作原理

按照电路的结构和工作原理的不同, 数字电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两类。

(1)组合逻辑电路: 没有记忆功能,其输出信号只与当时的输入信号有关,而与电路以前的状态无关,输入输出只存在逻辑关系。

(2)时序逻辑电路: 具有记忆功能,其输出信号不仅和当时的输入信号有关,而且与电路以前的状态有关,也就是在时间上记忆了之前的状态,并参与了当前时刻的运算。

 

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