本系列文章的第1部分讨论了可用于实现逻辑电路的最早的可编程ic。虽然不完全是可编程逻辑，但哈里斯半导体的可编程二极管阵列和prom为后来的可编程逻辑器件(pld)奠定了基础。

在这里，我们回到拿破仑·凯夫兰，罗纳德·克莱因，以及Signetics如何开发出第一个商业成功的FPLA(现场可编程逻辑阵列)的故事。Cline和Cavlan都有内存IC设计经验，并且都在合适的时间加入Signetics，参与可编程逻辑的下一个进化阶段。Cavlan在市场营销领域，Cline在设计工程领域。

工程师们已经熟悉使用可编程逻辑阵列(PLAs)进行状态机设计。例如，1975年，当我加入惠普计算器产品部门的研发实验室时，实验室里的每个设计工程师都有一本克里斯·克莱尔关于这个主题的开创性著作，使用状态机设计逻辑系统．克莱尔是惠普实验室的项目经理。设计，特别是基于Clare方法的芯片设计，依赖于掩模可编程逻辑阵列(MPLAs)，在Clare的书的第五章中进行了广泛的讨论。

1973年，美国国家半导体公司推出了DM7575 MPLA，具有14个输入和8个输出。国家公司的MPLA在商业上没有取得很大成功，因为它是一种速度较慢的设备(它有90 nsec的传播延迟)，而且因为它需要通过IC晶圆厂来添加最后的金属层进行表征，这是一个相对缓慢和昂贵的过程。

集成的片上MPLAs在设计定制ic时表现出色，因为您知道将涉及一组定制掩模。然而，当您在设计电路板时，需要设计和制造一个掩模编程部件，这对项目进度造成了真正的困扰。系统设计人员迫切需要现场可编程逻辑阵列(FPLA)。

虽然在商业上没有取得成功，但国家公司的DM7575 MPLA具有重要意义，因为它是Signetics公司在1975年生产的现场可编程逻辑阵列82S100的基础。卡夫兰在他的口述历史中解释道:

“1975年，国家MPLA设备问世，但由于它是掩模编程的，所以并没有大受欢迎。通常，逻辑设计不是一个非常结构化的过程。事实上，如果你说的是随机逻辑的话，大多数时候不是这样的。这就是为什么这个名字会出现在脑海里——随机逻辑。您可能会遇到的不可避免的变化不适合使用MPLA(一种掩模编程设备)。所以，这部分的唯一用途是在更结构化的逻辑中，比如查找表，你或多或少提前知道组织将是什么，功能是什么。但尽管如此，安哥拉人民解放运动并不成功。”

克莱因在后来的口述历史中继续了这一讨论:

“当时的大型钢铁公司知道pla是什么。他们使用掩码可编程的PLAs作为微代码或微指令生成器在他们的cpu内，但是，再次，因为我刚才告诉你们的，他们从来没有考虑过这种可能性。再一次，在4K毕业舞会成功之后，大约在这个时候，拿破仑出现了。据我回忆，那时候我什么都不知道。没有人告诉过我。

“他们不想把我的注意力转移到另一个流传的想法上，但我在办公桌上发现了霍尼韦尔(Honeywell)一位工程师的请求，霍尼韦尔是当时的大型钢铁公司之一，‘我们能制造一种可熔接的PLA吗?’那是我第一次看到这个概念，但是，同样，我认为技术能力、电路能力、应用和知识，加上对客户需求的内置识别，我认为是同时出现的。”

然后Cavlan解释了FPGA概念是如何形成的:

“我们的想法是，这是一种似乎有很大市场吸引力的设备，因为掩模编程设备的成功，以及人们在设计环境中修改逻辑的愿望。因此，将这种意图转化为架构基本上是在说，‘好吧，有一个面具编程版本可用。让我们做一个现场可编程版本，让它可以针对广泛的应用，不仅是面向位的，也是面向字节的。”

”,在这方面,我在自己看看在这两个领域,我确信在架构设计一种装置,它有一组可编程和盖茨和可编程或盖茨,而是一个I / O组合基本上是字节组织(在我们的特定情况下,16岁8输入和输出)与输出选通的支持,不仅是有用的生成逻辑片设备的……”

利用这些概念，克莱恩设计了第一个商业上成功的FPLA, Signetics 82S100。它可以取代少量的TTL芯片，但它在整个部件中有50 nsec的传播延迟。

卡夫兰在他的口述历史中详细描述了当时的情况:

“我们的第一个FPLA (82S100, PLS100)的架构基本上是一个AND-OR/NOR结构，因为在输出上有一个极性反转，我的意思是在内部，所以你可以做AND-OR或AND-NOR功能。但它有一个非常大的输入宽度，所以你可以同时取16个变量，并将它们放入任何一个门。不仅如此，你还可以在输出中任意分配AND门，还可以共享它们。

“因此，当你观察用TTL完成的逻辑函数时，通常通过操纵所有这些输入，即使是单个切片，你最终会得到几个级别的TTL包。当你观察这个链时，延迟有时比一个FPLA要大得多。有时延迟会更小。它是一个具有TTL的更快的链。在这些情况下，FPLA不是最好的解决方案，但如果速度不是很关键，你仍然可以将所有这些TTL芯片放在一个封装中的FPLA中，这是非常有用的。”

Signetics 82S100的原理图如下所示。在水平行和垂直列的每个交叉处都有一个保险丝(原理图上没有显示)。

Signetics 82S100卖得相当好，甚至被设计到Commodore的个人电脑中，包括Commodore 64。(在Commodore 64计算机中编程的82S100 fpla在该领域应用了近40年之后，现在似乎正在失败。这个问题非常普遍，导致了几个替代设计，使用一个27C512 EPROM，一对pal，或一个Microchip/Atmel PLD在子板上构建。

然而，Signetics 82S100并不是第一款FPLA。Intersil在Signetics推出82S100前一两个月推出了功能类似的IM5200 FPLA。虽然这两个fpla有相同数量的产品项(48个)，但82S100的速度大约是IM5200的两倍，并且有两个额外的输入引脚。Intersil的FPLA几乎马上就被淘汰了。我相信Intersil对这一转变并不感到兴奋。

82S100 FPLA的成功足以鼓励Signetics扩展家族，推出更多基于相同技术的pld。然而，82S100的设计所提供的完全可编程AND和OR阵列的灵活性是有代价的。模具很大，这使得该设备相对昂贵，并为性能稍差、价格较低的替代品创造了机会。这个替代方案是来自Monolithic Memories Inc (MMI)的PAL(可编程阵列逻辑)家族。它很快就会出现，但现在还不是时候。

为朋友做准备

约翰·伯克纳(John Birkner)在加利福尼亚州约塞米蒂国家公园附近的一座金矿里长大。他的父亲在他六岁的时候就迷上了黄金，于是举家从南加州搬到了金矿。约翰很早就迷上了电子学，成了一名工程师。

最终，伯克纳开始为加州欧文市的计算机自动化公司设计一系列微型计算机，称为“裸微型计算机”或“裸微型计算机”。从那时起，他开始大量使用TTL芯片，也就是从那时起，他开始了解它们的局限性。他也在这个时候熟悉了MMI，因为他在他的CPU设计中加入了MMI的小型双极prom。在这个时期，这些prom是逻辑设计师的最爱，因为它们速度快，而且可以在现场编程，允许快速更改设计。

Signetics公司也试图用它的82S100 FPLA进入Birkner的小型计算机设计。signtics FPLA应该是Birkner微型计算机设计的完美组合。但事实并非如此，原因有几个基本的工程原因。正如伯克纳在口述历史中解释的那样:

“我只是无法证明成本，那些大包的大小，以及传播延迟不够快。不，没有。但我觉得，‘哦，也许我应该上去告诉他们他们需要什么!’”

伯克纳很快就有机会“告诉他们需要什么”。事实上，他将扮演一个重要的角色，并最终推动现场可编程逻辑开发的下一个进化步骤，这将在本系列文章的第3部分中讨论。

引用:

符号学FPLF口述历史小组，计算机历史博物馆，2009年9月15日。

约翰·伯克纳的口述历史，计算机历史博物馆，2016年3月29日。

高级微器件(AMD) 22V10可编程阵列逻辑(PAL)开发团队口述历史面板，计算机历史博物馆，2012年7月19日。

斯坦利·p·弗兰克尔简单通用计算机的逻辑设计，载于《电子计算机学报》，EC-6卷，第1期。1, pp. 5-14, 1957年3月，doi: 10.1109/TEC.1957.5221555。

c.p.克莱尔，使用状态机设计逻辑系统，麦格劳-希尔公司，1973年。

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