Лекции по интеллектуальным системам / Лекция 8

Лекция № 8

Регистровые файлы

В современных конвейерных системах часто вместо отдельных фиксаторов используют более сложные структуры памяти.

Могут быть использованы любые из структур для локальной памяти.

Чаще всего используют 2-х портовую память с произвольным доступом.

Интегральные схемы, которые выполняют эту функцию для небольшого числа слов называют регистровыми файлами.

В конвейере порт 1 данных подсоединен к выходу предыдущей логической схемы, а порт 2 – к входу следующей.

Порт 1 – запись в файл.

Порт 2 – чтение.

2 набора адресов передаются от конвейера устройством управления.

Регистровый файл выполняет не менее трех функций, отсутствующих у простого фиксатора.

1. позволяет многократно использовать один и тот же набор данных, не используя его регенерацию. Т.е. вычислен общий множитель, и он будет использоваться в течение нескольких тактов синхронизации.

2. Локальная перегруппировка данных. Т.е. часть конвейера формирует данные в одной последовательности, другая часть конвейера требует эти данные, но в другой последовательности. Отдельное управление адресными шинами позволяет осуществить требуемое переупорядочение.

3. Осуществление временной задержки. Холостая задержка реализуется очень просто, если только на 1 период. Происходит эквивалентная замена на 2 фиксатора.

1 фиксатор заменяется на 2 фиксатор без логики, т.е. с "холостой" логикой, что необходима для предотвращения "временных" гонок.

1. Регистровый файл может создавать задержку на любое число циклов до К, где К – число ячеек файла.

Для этого он использует последовательность циклически наращиваемого адреса для порта записи, и точно такого же адреса для порта чтения, но задерж. на К циклов.

Последовательное соединение конвейерных ступеней.

Проектирование конвейеров осуществляется путем разбиения функции на соответствующие подфункции и их реализации в качестве отдельных ступеней.

Можно рассмотреть построение конвейеров из отдельных ступеней.

Элемент ступень представляет из себя устройство с тремя двоичными входами и 2 двоичными выходами.

Выходы – 'двоичная сумма входов, т.е. значения от 0 до 3, поэтому 2 выхода.

Если 1 из входов предназначен для приема переноса из предыдущего разряда, а старший разряд на выходе – для выдачи переноса в следующий разряд, то такая схема будет просто одноразрядным комбинационным сумматором.

Если же 'входы, выходы не используются для переносов, то полученная схема является одноразрядным сумматором с экономией переносов, что используется для ускорения операции сложения в многоразрядном параллельном сумматоре.

Чтобы сделать ступень к сумматору на выход добавляется двухразрядный фиксатор.

Входные данные поступают на вход, вычисляется их сумма, сумма поступает на фиксатор по приходу синхросигнала.

A	B	C		M	N
0	0	0		0	0
0	0	1		0	1
0	1	0		0	1
0	1	1		1	0
1	0	0		0	1
1	0	1		1	0
1	1	0		1	0
1	1	1		1	1

Наиболее просто такую ступень использовать в качестве последовательного 2-го сумматора.

2 вход – для представления поразрядно двух двоичных чисел, начиная с младших разрядов.

Обратная связь служит для осуществления переноса к следующему разряду.

N-разрядные 2-ые числа

Сумма за N тактов синхронизации.

Конвейерные сумматоры

Среди традиционных многоразрядных параллельных сумматоров, построенных на основе одноразрядных комбинационных сумматоров, самым простым, но и самым медленным является сумматор с последовательным переносом, в котором значение старшего разряда выхода (М) подается на один из входов следующего сумматора.

2 числа А, В (N разр.)

Число необходимых устройств задержки N², т.е. очень дорого если задержка реализуется при помощи фиксаторов и холостой логики.

Использование файл регистров позволит уменьшить число устройств задержки, но не избавиться от них совсем.