251

Як видно з рисунку, пристрій складається з вхідного n-розрядного регістра РгХ, де п - розрядність вхідних даних, та вихідного m-розрядного регістра PrY, де m - розряд-ність вихідних даних, а також ПЗП для зберігання табличних значень функції Y = F(X).

При необхідності обчислення К функцій, таблицю кожної з них можна записати до ПЗП. Тоді додатково на вхід ПЗП потрібно подати k-розрядний код (k=log₂K) для задан-ня типу обчислюваної функції.

Застосування табличного методу дозволяє забезпечити мінімально можливий час обчислення, обумовлений часом вибірки з пристрою пам'яті Т = t_ПЗП.

Однак табличний метод має й недоліки, які обмежують його використання. Осно­вним з них є значний об'єм пам'яті, який визначається з виразу Q = Km2ⁿ. При малих розрядностях аргументів об'єм ПЗП є незначним, однак при обробці аргументів з ве­ликою розрядністю п та при великій кількості К обчислюваних функцій, застосування описаного методу є проблематичним, або й нереальним.

Розглянемо приклад. Нехай розрядність вхідних та вихідних даних рівна n=m=8 бі­тів, а кількість виконуваних функцій К=4. Тоді об'єм ПЗП буде рівним Q = 4*8*2⁸ = 1KB, що цілком прийнятно для реалізації.

Розглянемо інший приклад. Нехай розрядність вхідних та вихідних даних рівна n=m=16 бітів, а кількість виконуваних функцій К=4. Тоді об'єм ПЗП буде рівним Q = 4*16*2¹⁶ = 0.5МВ, що дещо проблематично, але також прийнятно для реалізації.

Зрозуміло, що при більших розрядностях аргумента використання описаного мето­ду є недоцільним.

Вище показано структуру табличного операційного пристрою для виконання одно­місних операцій, тобто обчислення функцій одного аргументу. Його можна використати також і для виконання багатомісних операцій, тобто для обчислення функцій більшої кількісті аргументів. На рис. 7.12 показана структура табличного операційного при­строю для виконання операцій над двома аргументами.

---

252

тів. Вже навіть при невеликих розрядностях аргументів об'єм ПЗП для даного випадку є значним, тому цей метод рідко застосовується для виконання операцій над більш ніж одним аргументом.

Розглянемо приклад. Нехай розрядність вхідних та вихідних даних рівна n=m=8 бі­тів, а кількість виконуваних функцій К=4. Тоді об'єм ПЗП буде рівним Q = 4*8*2¹⁶ = 256­KB, що цілком прийнятно для реалізації.

Розглянемо інший приклад. Нехай розрядність вхідних та вихідних даних рівна n=m=16 бітів, а кількість виконуваних функцій К=4. Тоді об'єм ПЗП буде рівним Q = 4*16*2³² = 32GB, що реалізувати на даний час неможливо.

До інших недоліків табличного методу, які також обмежують його використання, на­лежать:

■ зростання часу звертання до пам'яті при збільшенні її об'єму;

■ великий обсяг попередніх обчислень для розрахунку вмісту таблиць;

■ великі витрати часу на запис обчислених значень у ПЗП.

Таким чином, використання табличних операційних пристроїв є доцільним при ма­лих розрядностях аргументів.

7.10. Вагатотактовий операційний пристрій

До складу багатотактового операційного пристрою, структура якого приведена на рис. 7.13, входять: багатофункціональна комбінаційна схема, вхідні і вихідні регістри, а також мультиплексори, необхідні для створення каналів передавання даних. Формуван­ня керуючих сигналів для запису даних до регістрів, задання коду операції та керуван­ня пропуском даних через мультиплексори, здійснює пристрій керування операційним пристроєм, принципи побудови якого будуть розглянуті в наступному розділі.

Вагатотактовий операційний пристрій виконує операції над двома вхідними дани­ми, тобто є двомісним, та видає один вихідний результат, як це показано на рис. 7.13. При цьому спочатку операнди А та В записуються у вхідні регістри Ргі і Рг2, та по-

---

253

ступають на входи багатофункціональної комбінаційної схеми через мультиплексори МШ та МП2, які керуються сигналами Y1 та Y2, що поступають з пристрою керуван­ня. Після цього в багатофункціональній комбінаційній схемі виконується задана мікро-операція, тип якої задається кодом мікрооперації, що поступає з пристрою керування. Результат мікрооперації поступає на вихід багатофункціональної комбінаційної схеми та записується у вихідний регістр РгЗ. З виходу вказаного регістра проміжний результат поступає через мультиплексори МШ або МП2 на один з входів багатофункціональної комбінаційної схеми для виконання наступної мікрооперації, що здійснюється шляхом подання з пристрою керування відповідних значень керуючих сигналів Y1 та Y2 на вхо­ди мультиплексорів. Запис даних до регістрів здійснюється сигналами С1-СЗ з пристрою керування. Пристрій керування починає виконання операції після поступлення на його входи сигналу початку роботи, коду операції та тактових імпульсів ТІ. Після завершення виконання операції на виході регістра РгЗ буде результат операції, а пристрій керування сформує сигнал завершення роботи

При побудові багатотактового операційного пристрою виникає дві задачі: синтез ба­гатофункціональної комбінаційної схеми, яка б забезпечувала реалізацію всіх функціо­нальних операторів алгоритму, та синтез пристрою керування, який генерує сигнали ке­рування для забезпечення організації виконання функціональних операторів алгоритму шляхом тимчасового запам'ятовування проміжних результатів в регістрах та подання їх на входи багатофункціональної комбінаційної схеми в потрібному такті

Для синтезу багатофункціональної комбінаційної схеми та пристрою керування по­трібно визначити всі мікрооперації, які необхідно виконати для реалізації заданої опе­рації та послідовність 'їх виконання. Це можна зробити, зокрема, шляхом переходу від просторового графа алгоритму виконання операції до часового графа цього алгоритму, як це показано на рис. 7.14. На основі представленого на рис. 7.14а просторового графа алгоритму можна визначити кількість та типи функціональних операторів, які мають бути виконані багатофункціональною комбінаційною схемою та послідовність 'їх вико­нання шляхом зведення графа до однієї вершини ФО = {ФОі, і = 1,2,...,7} (рис. 7.14b). Тобто часовий граф будується шляхом об'єднання всіх функціональних операторів ал­горитму та 'їх зв'язків.

---

254

Просторовий граф алгоритму складається з функціональних операторів, яким від­повідають обчислювальні операції, та дуг, якими здійснюється передача даних для об­робки. Часовий граф алгоритму складається з однієї вершини, яка послідовно виконує операції просторового графу. Даний граф характеризується наявністю вхідних та вихід­них вузлів, які є незалежними входами (виходами) вершини графу. Подавання вхідних даних та видача вихідних даних здійснюється у певні проміжки часу (такти). Вхідні дані Х₁ та Х₂ поступають на 1 та 2 такті, а видача вихідних результатів У₁та Y₂ відбувається на 8 та 9 тактах. На вхідних та вихідних дугах графу зображені числа, які вказують порядок спрацювання дуги в часі. Дуги, біля яких записано кілька цифр, спрацьовують більше одного разу. Трикутні вершини із вказаними значеннями затримки даних відповідають за здійснення одночасної подачі даних з вихідного вузла до вхідних вузлів вершини гра­фу. Трикутні вершини, які мають на виході вузли, пропускають більше одного даного.

Тоді для побудови багатотактового операційного пристрою потрібно синтезувати багатофункціональну комбінаційну схему, яка б дозволяла виконати всі функціональні оператори ФО, а пристрій керування повинен задати тип виконуваного в конкретний момент часу функціонального оператора та забезпечити пересилання на входи багато­функціональної комбінаційної схеми потрібних в цей момент даних.

Багатотактові операційні пристрої характеризуються малими затратами обладнання та, відповідно, невисокою продуктивністю.

Питання побудови багатотактового операційного пристрою в цілому формалізовані і детально розглянуті в літературі.

7.11. Однотактовий операційний пристрій

Побудова однотактових операційних пристроїв передбачає повністю апаратне відо­браження просторового графа виконуваного алгоритму комбінаційними схемами, які виконують функціональні оператори алгоритму і з'єднані між собою відповідно до гра­фа алгоритму, як це показано на рис. 7.15.

---

255

Кожному функціональному оператору алгоритму ФО поставлена у відповідність комбінаційна схема КС, яка його виконує. На вході та виході операційного пристрою включені регістри.

Часова затримка в однотактовому операційному пристрої Т_оп визначається сумою за­тримок t_ij комбінаційних елементів, що лежать на найдовшому шляху проходження сигналу

Цей шлях (їх може бути декілька) називається критичним шляхом.. Обчислення часу виконання алгоритму в однотактовому операційному пристрої зводиться, таким чином, до знаходження критичного шляху.

Затрати обладнання W_Qn на однотактовий операційний пристрій визначаються су­мою затрат обладнання W. на реалізацію комбінаційних схем КС_i тобто

а також на вхідні та вихідні регістри.

7.12. Конвеєрний операційний пристрій

Конвеєрний принцип обробки передбачає суміщення в часі виконання операторів алгоритму над різними даними. Одним із можливих підходів тут є конвеєризація одно-тактових ОП, структура яких базується на апаратному відображенні потокового графа виконуваного алгоритму. На рис. 7.16 показано структуру конвеєрного операційного пристрою, який реалізує потоковий граф алгоритму, наведений на рис. 7.6.

Як ми вже вияснили, потоковим графом алгоритму називають таке представлення графа, яке передбачає розділення всіх його вершин по ярусах таким чином, що в і-му

---

Смотрите также файлы

• Екологія посібник.doc

• LR3_[5405].doc

• Питання до модуля 1 з АК.doc

• Питання до 1 модуля з КЕ.doc

• ДБН В.3.2-2-2009_Жил_здания_реконст_кап_ремонт.doc