3.1. DISPOSITIVOS LÓGICOS PROGRAMABLES

Los circuitos lógicos se usan para construir hardware de computadora, así como otros tipos de productos, que se clasifican en términos generales como hardware digital. La tecnología empleada para construir hardware digital evolucionó en forma sorprendente durante las últimas cuatro décadas. Hasta el decenio de 1960 los circuitos lógicos se construían con componentes voluminosos, como transistores y resistores que venían como partes individuales. El advenimiento de los circuitos integrados hizo posible colocar varios transistores y, por tanto, un circuito entero en un solo chip. Aunque al principio estos circuitos sólo tenían unos cuantos transistores, conforme la tecnología mejoró se volvieron más grandes. Hacia 1970 fue posible implementar todos los circuitos necesarios para elaborar un microprocesador en un solo chip. Aunque los primeros microprocesadores tenían modestas capacidades computacionales para los estándares de la actualidad, abrieron la puerta a la revolución del procesamiento al proporcionar los medios para la construcción de computadoras personales asequibles a la gente común.

Los chips actuales pueden tener algunos cientos de millones de transistores. Una gran variedad de chips cumple diversas funciones útiles en el diseño de hardware digital. Van desde los más simples, con poca funcionalidad, hasta los extremadamente complejos. Por ejemplo, un producto de hardware digital puede requerir un microprocesador para realizar ciertas operaciones aritméticas, chips de memoria que provean capacidad de almacenamiento y chips de conexión que permitan enlazar sin problema los dispositivos de entrada y salida. Tales chips están disponibles en el mercado con diversos proveedores. En la actualidad hay muchos chips que forman algunos circuitos lógicos usados comúnmente; nos referiremos a ellos como chips estándar, ya que cumplen un estándar con el que se está de acuerdo en términos de funcionalidad y configuración física. Cada chip estándar contiene una pequeña cantidad de circuitos (casi siempre menos de 100 transistores) y efectúa una función simple. Para construir un circuito lógico el diseñador elige los chips que llevan a cabo las funciones necesarias y luego define cómo deben interconectarse para formar un circuito lógico más grande.

Los chips estándar fueron populares para construir circuitos lógicos hasta principios de la década de 1980. Sin embargo, a medida que la tecnología de circuitos integrados mejoró, se volvió ineficiente usar espacio valioso en las PCB para chips con menor funcionalidad. Otro inconveniente de los chips estándar es que su funcionalidad es fija y no puede cambiarse.

En contraste con los chips estándar, cuyas funciones son fijas, es posible construir chips con circuitos que el usuario puede configurar para usarlos en una amplia variedad de circuitos lógicos. Estos chips tienen una estructura muy general e incluyen una serie de interruptores programables que permiten configurar sus circuitos internos en muchas formas. Este tipo de chips se conoce como dispositivos lógicos programables (PLD, programmable logic devices). La mayor parte de los PLD puede programarse en repetidas ocasiones, lo que constituye una ventaja, pues un diseñador que desarrolle el prototipo de un producto puede programar un PLD para cumplir cierta función y, más tarde, cuando el hardware prototipo se ponga a prueba, efectuar correcciones mediante la reprogramación del PLD. La reprogramación puede ser necesaria, por ejemplo, si el diseño de una función no está muy apegado a lo que se quería o si se precisan funciones nuevas que no se consideraron en el diseño original.

Los PLD están disponibles en diversos tamaños. Sirven para formar circuitos lógicos mucho más grandes de lo que un chip estándar puede realizar. Uno de los tipos de PLD más modernos se conoce como arreglo de compuertas de campos programables (FPGA, field-programmable gate array). En la actualidad existen FPGA´s que contienen más de 500 millones de transistores.