一、设计空间 The Design Place

1. MOS 原理

1. MOS 的作用相当于一个开关，通过控制门极（Gate）的电压，来控制 MOS 的开闭

   

2. MOS 可分为 n-channel MOS（NMOS）和 p-channel MOS（PMOS）

   • 对于 NMOS，门极输入 G 为 0 时断开，G 为 1 时导通，称为 Normally Open（NO，常开）
   • 对于 PMOS，门极输入 G 为 0 时导通，G 为 1 时断开，称为 Normally Closed（NC，常闭）

   

3. 使用 MOS 的开关特性，可实现简单的逻辑（真正的实现应该用 CMOS）

   示例：

   • 左图：实现 $\overline X\times\overline Y$
   • 右图：实现 $X+Y$

   

2. CMOS 原理

1. CMOS 可以分为上下两部分，上半部分接电源，由 PMOS 设计出 $F$ 的逻辑；下半部分接地，由 NMOS 设计出 $\overline F$ 的逻辑
2. CMOS 的 PMOS 电路和 NMOS 电路是对偶的，这使得我们只需要设计出两者中的一个，就可以利用对偶直接得到另一个
3. 在设计时，先使用 NMOS 实现 $\overline F$ 的逻辑，然后再对偶地设计出上半部分
4. 对于任何输入，CMOS 的上下两部分总是一个导通，而另一个断开。这就意味着理论上 CMOS 并不存在电流通路（即从电源指向接地的电路），所以不论 CMOS 是否处在工作状态，其总是没有能耗的

二、可编程技术 Programmable Implementation Technologies

1. 可编程技术概述

1. 硬件层面实现手段

   • 控制连接（Control Connections）
     • Mask programing
     • Fuse（类似于保险丝，通过高电压来切断部分电路来实现）
     • Anti-fuse（Fuse 的反操作，通过高电压来联通部分电路来实现）
     • Single-bit storage element
   • 使用查找表（Lookup Tables）
   • 控制晶体管开关（Control Transistor Switching）

2. 永久与可重编程技术

   • 永久（Permanent）编程技术：出厂后经过一次编程，便永久成型
     • Mask programming
     • Fuse
     • Anti-fuse
   • 可重（Reprogrammable）编程技术：允许重复进行编程
     • 按断电后编程信息是否丢失分为易失性和非易失性

3. 常见的可编程技术

   • 只读内存 Read Only Memory（ROM）
   • 可编程阵列逻辑 Programmable Array Logic（PAL）
   • 可编程逻辑阵列 Programmable Logic Array（PLA）
   • Complex Programmable Logic Device（CPLD）
   • Field-Programmable Gate Array（FPGA）

   前三者属于永久编程技术，只能编程一次，如下是它们的可编程内容：

   

2. Read Only Memory（ROM）

• $2^N\times M$ ROM 由 $N$ 个输入、 $M$ 个输出组成