Специализированный процессор для умножения мантисс двух чисел с плавающей запятой, страница 3

–  генератор тактовых импульсов.

Управляющий автомат работает следующим образом: при включении питания сбрасывается в 0 счетчик CT2, затем происходит выборка из ROM2 управляющего слова (по адресу 0000).Когда от внешнего устройства приходит сигнал STT, то запускается тактовый генератор и в RG записывается управляющее слово, которое затем выдается на управляющую шину, а CT2 в это же время переходит в состояние 0001. В точках ветвления алгоритма если появилось условие перехода и КС выдало разрешение на загрузку счетчика то происходит переход по адресу загруженному в счетчик. В последнее управляющее слово входит сигнал Е, означающий конец операции умножения, и предназначенный для внешнего устройства.

5.Проектирование принципиальной схемы.

Проектирование принципиальной схемы производится на основе функциональной схемы. Процесс проектирования можно разделить на 2 части:

–  проектирование операционного автомата;

–  проектирование управляющего автомата.

Проектирование операционного автомата не представляет особых затруднений и включает в себя всего лишь обычную принципиализацию функциональных вычислительных узлов с учетом элементной базы используемой серии.

Проектирование управляющего автомата имеет главной целью точное согла-сование управляющих воздействий и данных выдаваемых операционным автоматом, так же  от выбора способа управления операционным автоматом зави-сит быстродействие всей схемы.

5.1.Выбор вариантов реализации операционного автомата.

Как видно из сказанного выше основными действиями выполняемыми процессором будут являться операции сдвига и алгебраического сложения. Так как основным критерием разработки схемы является оптимизация по быстродействию, то необходимо ускорить операции сдвига и алгебраического сложения.

Наиболее быстрый сдвиг можно получить, используя мультиплексоры. В этом случае удается произвести сдвиг за один такт, но данное решение эффективно использовать при малой разрядности (например 8). С увеличением числа разрядов, на которое необходимо произвести сдвиг, аппаратные затраты неоправданно возрастают.

Для чисел с большой разрядностью (когда число разрядов, на которое необходимо произвести сдвиг заранее не известно, но известны пределы этого числа) сдвиг производят с помощью сдвиговых регистров, при этом время сдвига прямо пропорционально числу разрядов, на которое необходимо произвести сдвиг.

Поэтому для увеличения скорости сдвига, необходимо увеличить частоту на которой производится одиночный сдвиг.

Арифметическое сложение можно реализовать на базе арифметико-логических устройств. Самое быстрое сложение (здесь и далее под сложением подразумевается арифметическое сложение) можно получить, используя арифметико-логическое устройство с параллельным переносом и разрядностью равной заданной разрядности (в данном проекте разрядность =24). Но, исходя из экономических показателей, промышленность выпускает арифметико-логические устройства с разрядностью равной 4.

Для построения сумматора с разрядностью 24 необходимо использовать 6 АЛУ. При этом, можно использовать структуру с последовательным переносом, когда перенос с выхода одного АЛУ поступает на вход переноса другого АЛУ, что значительно снижает быстродействие. При использовании структуры с параллельным переносом выходные сигналы P(распространение переноса) и  G(генерация переноса) поступают с выхода каждого АЛУ на входы устройства переноса. Далее с выхода устройства переноса на входы каждого АЛУ подается перенос. Таким образом, операция происходи как бы в три этапа: сложение операндов и генерация каждым АЛУ сигналов P и G, формирование устройством обработки переноса переносов для каждого АЛУ, корректировка результата сложения каждым АЛУ в соответствии с входным переносом.

Для последовательного переноса время сложения можно оценить по следующей формуле:

T_{сл. общ.}=T_{сл. АЛУ}*число АЛУ                                                                      (1)

Для параллельного переноса время сложения можно оценить по формуле:

T_{сл. общ.}=T_{формирования P,G}+T_{формирования переноса}+T_{сложения}                                 (2)

С упрощением, что все величины в формуле (2)  примерно равны и равняются величине в формуле (1), для 24^Х разрядного сумматора время вычисления с использованием параллельного переноса в 2 раза меньше, чем при использовании последовательного переноса (точный расчет параметров, использованный при синтезе см. в разделе синтеза управляющего автомата).