Ngày nay khoa học kỹ thuật trên thế giới liên tục phát triển , mà lĩnh vực điện tử luôn chiếm vị trí hàng đầu. Bước khởi đầu mang một ý nghĩa quan trọng , đó là sự ra đời của linh kiện chất bán dẫn , chính là tiền đề cho hướng phát triển công nghệ điện tử .

Với xu hướng phát triển đó thì việc tích hợp càng nhiều linh kiện bán dẫn trong một đơn thể (IC) ngày càng được chú trọng, nhằm đáp ứng đà phát triển ngày càng cao của khoa học kỹ thuật , cũng như những ứng dụng thực tế.

Khi xuất xưởng, các IC thường được tích hợp sẳn với những chức năng riêng biệt, khi đó người sử dụng phải chọn lựa linh kiện sao cho việc thiết kế mạch hiệu quả nhất. Nhưng do độ tích hợp của IC cũng có giới hạn, và để linh hoạt hơn trong việc thực hiện những chức năng của người thiết kế, cũng như mối quan hệ mật thiết giữa nhà sản xuất và người sử dụng , cụ thể là tối ưu hóa khả năng ứng dụng của IC, nhà sản xuất đã cho ra một loại linh kiện đặc biệt mà chức năng của nó sẽ được người thiết kế quy định chứ không phải là nhà sản xuất nữa. Linh kiện đó được gọi chung là PLD ( Programmable Logic Device - Thiết bị logic lập trình được) .

Chúng ta sẽ khảo sát linh kiện PLD qua các IC cụ thể như PAL ( Programmable Array Logic devices ), GAL ( Generic array Logic devices ) .... Các IC  PAL , GAL với độ tích hợp rất cao nên có thể thay thế hầu hết các loại IC TTL . Điều quan trọng và lý thú trong những IC này là chức năng của nó sẽ được người thiết kế quy định cho chính những ứng dụng của mình sao cho kinh tế , hiệu quả nhất .

Để thực hiện được việc thiết kế những ứng dụng trên IC PAL  GAL... đòi hỏi người sử dụng cần phải kết hợp kiến thức cả về kỹ thuật số lẫn các ngôn ngữ lập trình cho thiết bị.

PLD ( Programmable Logic Device - Thiết bị logic lập trình được) thuộc họ bộ nhớ hàm ( Funtion Memory). PLD có dung lượng tương đối lớn , có kết cấu đơn giản nhất trong các linh kiện logic. Thông thường PLD cho phép người thiết kế tạo cho nó những chức năng riêng biệt ,bởi khi xuất xưởng  nhà sản xuất chưa tạo cho nó một ứng dụng nào.

Cấu trúc mạch bên trong của một PLD thường là một chuỗi hình chữ nhật gồm những phần tử giống  nhau (identical cell - ô nhớ đồng dạng). Hai mảng AND - OR có thể lập trình được nhờ tập hợp ngẫu nhiên các cổng logic và phần tử nhớ (OLMC - Output Logic Macro Cell ) .

PLD là mạch tích hợp của “SSI and MSI’ nên tính năng họat động của PLD linh hoạt , dễ sử dụng, dễ thiết kế và diện tích mạch giảm đáng kể so với việc thiết kế mạch bằng các IC rời chứa các cổng logic.

Khi dùng PLD việc thiết kế dễ dàng nhanh chóng nhờ nó có những phần mềm chuyên trách đảm nhiệm , làm cho công việc thiết kế logic đơn giản hơn. Ta cũng dễ dàng sửa lỗi chương trình, bổ sung, thay đổi cấu hình thiết kế bên trong để thực hiện một chức năng ứng dụng khác. Công nghệ linh kiện PLD sản xuất bằng EECMOS ( Electrically Erasable CMOS) tạo khả năng lập trình lại nhiều lần tốc độ cao, công suấât tiêu tán thấp, phương pháp lập trình đơn giản, giá thành thấp hơn mạch rời tương đương.

Giới thiệu về mảng lập trình

Như đã được giới thiệu ở trên, các loại linh kiện lập trình sử dụng 2 mảng AND, OR có thể lập trình được. Các ngõ vào và các đường tích (product terms - là số cổng AND) sẽ tạo nên một mảng cầu chì hiện diện đối với mỗi linh kiện, giao điểm giữa một đường tích và một đường ngõ vào cho ta xác định tọa độ của một cầu chì.

Để thực hiện một chức năng logic bằng các ngôn ngữ lập trình, trình biên dịch của ngôn ngữ đó sẽ rút gọn biểu thức sao cho tối ưu nhất, và thiết lập mảng cầu chì phù hợp với chức năng logic trên bằng cách hủy hoặc giữ một số cầu chì trong mảng cầu chì lập trình.

PLA là linh kiện  tổ hợp hai tầng (mảng) AND và OR có thể lập trình được để thực hiện bất cứ một biểu thức logic (tổng của các tích) nào . Một 'n.m' PLA với m ngõ vào, n ngõ ra và p biểu thức nhân thì có 2n ngõ vào cho mỗi cổng AND, m.p ngõ vào cho mỗi cổng OR  .

Hình sau là mô hình của một PLA với 4 ngõ vào, 4 ngõ ra và 6 biểu thức nhân, mỗi ngõ vào được nối với một bộ đệm . Nó tạo ra hai đường tín hiệu ứng với hai mức logic khác nhau. Để thực hiện việc lập trình, các dấu nối bên trong được đánh dấu bởi dấu 'x'  hay còn gọi là cầu chì nối, việc lập trình để thực hiện một chức năng logic bằng cách thành lập những mối cầu chì thực sự cần thiết. Số nối cầu chì trong một n.m PLA  là 2.n.p cho chuỗi AND  và m.p cho chuỗi OR.

PAL là loại thiết bị đặc biệt của PLA, nó được sử dụng rộng rãi nhất trong các loại PLD hiện nay. Kết cấu bên trong tương đối đơn giản, chủ yếu lập trình bởi mảng AND, còn mảng OR cố định. Một ( n.m) PAL gồm p.m cổng AND với  2n ngõ vào, m cổng OR với p ngõ ra. Giá trị của p thay đổi tùy theo cấu trúc của mỗi loại PAL nhưng p thường nhỏ hơn nhiều so với 2n.

Một số loại PAL cấu trúc bên trong còn có bộ nhớ đầu ra (dạng Flip Flop), các mảng AND được lập trình để thực hiện chức năng logic của PAL. Đặc tính này không những thực hiện các chức năng bình thường mà còn làm tăng thêm đầu vào do các mảng OR trong bộ nhớ đầu ra, các chức năng của linh kiện logic loại này khi được ghi vào PAL thì không thể sửa chữa thay đổi. Trên thị trường còn có một loại PAL có thể sửa đổi chương trình (nạp lại nhiều lần) đó là PALCEXXXX (CE : CMOS Electrically Erasable ).

Chức năng của PAL : Thực hiện hầu hết các chứa năng logic tổ hợp và tuần tự như Multiplex, Decoder, Encoder, Counter, Shift Register...

Có thể nói GAL bao gồm toàn bộ chức năng của PAL ( tương thích 100% ) nhưng khác với PAL là sau khi ghi các chức năng logic vào, nó có thể thay đổi và sửa lỗi được nhiều lần bằng phương pháp xóa bằng điện thường dùng. Điều dẫn đến việc sử dụng nó có phần thuận lợi hơn, có thể tiến hành bảo mật thông tin , do đó giá thành của GAL sẽ cao hơn các loại PAL thông thường. Tuy nhiên, ta có thể thay thế GAL bằng PALCE mà không ảnh hưởng gì về các chức năng logic.

Giải thích các ký hiệu cơ bản trên PAL , GAL

Ví dụ : PAL 20*8B# – 4XC
PAL    : Là  họ IC lập trình được.
20      : Biểu thị cho số ngõ vào.
*       :
          H = High          : Ngõ ra tác động mức thấp       
          L = Low           : Ngõ ra tác động mức cao.
          C = Complement    : Ngõ ra tác động cả hai mức.
          R = Registed      : Ngõ ra cấu trúc thanh ghi.
          X = Exclusive –OR : Ngõ ra dạng thanh ghi mà FF D được điều khiển bởi cổng logic X-OR thay vì cổng OR.
          V = Versatile     : Ngõ ra cấu trúc dạng Macro cell.
8       : Biểu thị số ngõ ra.
#       : Biểu thị tốc độ truy xuất dữ  liệu.
        Bỏ trống : Tốc độ chuẩn.
  A : Tốc độ cao.
  B : Tốc độ rất cao .
  C : Tốc độ cực cao.
B : Công suất tiêu tán :
Q : 1/4 công suất.
H : 1/2 công suất.
X : Loại vỏ linh kiện .
C : Điều kiện hoạt động.
C : thị trường (Commercial).
I : công nghiệp.(Industrial).

Về cơ bản người ta chia PAL  thành hai loại chuyên dùng ( phân biệt vào chữ số biểu thị trạng thái, cấu trúc ngõ ra ).
* PAL dùng cho hệ tổ hợp gồm PAL loại H,C,L.
* PAL dùng cho hệ tuần tự gồm PAL loại R,X.

Riêng PAL loại V  là loại linh hoạt có thể dùng cho cả hai loại tổ hợp và tuần tự  tùy theo người thiết kế khai báo trong chương trình lập trình. GAL  ký hiệu cũng tương tự như PAL ở trên. Các ký hiệu sẽ được nói rõ hơn khi đi sâu vào từng loại một. Các phần sau sẽ đi vào chi tiết các linh kiện PAL, GAL hiện có trên thị trường.