Komponente digitalnih sistema

Komponente digitalnih sistema
Registarski fajl čine: dvodimenzonalno polje registarskih ćelija (register‐file cells – RFC), dekoderi za
čitanje i upis i izlazna baferska logika. Kao što je prikazano na Sl. 2‐22(a), tipičnu registarska ćeliju
sadrži jedan D flip‐flop i dva logička kola. Osim taktnog signala, ćelija ima tri ulaza i jedan izlaz:
Write_select, Read_select, Input i Output. Pri Write_select=1, vrednost signala Input se upisuje u D
flip‐flop pod dejstvom rastuće ivice taktnog signala. Kada je Read_select=1, sadržaj D flip‐flopa se
prenosi na izlaz Output kroz trostatički bafer. Primetimo da je u istom taktnom ciklusu moguće čitati
trenutni sadržaj registarske ćelije (Read_select = 1) i pripremati upis nove vrednosti (Write_select =
1).
Na Sl. 2‐22(b) je prikazan blok dijagram registarskog fajla kapaciteta 2 n xm, dok je na Sl. 2‐22(c)
prikazana unutrašnja organizacija registarskog fajla kapaciteta 4x4. (Iz razloga jednostavnijeg prikaza,
na Sl. 2‐22(c) je izostavljen taktni signala.) Registarski fajl kapaciteta 2 n xm ima m ulaza Im‐1, …, I0, m
izlaza Om‐1, …, O0 i 2 n vrsta flip‐flopova, kao što je prikazano na Sl. 2‐22(c). Dekoder za upis služi za
izbor vrste u koju će, u trenutku delovanja rastuće ivice taktnog signala, biti smeštena ulazna
vrednost. Ulaz dekodera za upis se sastoji od n adresnih linija, WAn‐1, …, WA0 i signala za dozvolu
upisa, WE. Ako je WE=0, ulazna vrednost se ne upisuje u registarski fajl.
Slično dekoderu za upis, dekoder za čitanja bira vrstu čiji sadržaj se prenosi na izlaz registarskog fajla.
Dekoder za čitanje ima n adresnih linija, RAn‐1, …, RA0 i signal dozvole čitanja, RE. Pri RE=1, sadržaj
izabrane vrste se pojavljuje na izlazu registarskog fajla nakon manjeg kašnjenja kroz izlazne bafere. S
druge strane, ako je RE=0, izlazni signali registarskog fajla su u stanju visoke impedanse.
Glavno ograničenje registarskog fajla sastoj se u činjenici da on omogućava ograničen pristup
registrima iz fajla – tj. uvek se može upisivati samo u jedan registar (vrstu) i čitati iz samo jednog
registara (vrste). Ovakva situacija može se donekle popraviti konstrukcijom registarskog fajla sa više
od jednog porta za čitanje ili upis. Nažalost, cena registarskog fajla raste srazmerno broju portova. Iz
tog razloga, većina popularnih tipova registarskih fajlova ima jedan ili dva porta za upis i dva porta za
čitanje. Glavno opravdanje za dva porta za čitanje jeste da su većina aritmetičkih i logičkih operacija
binarne i da stoga, u isto vreme, zahtevaju dva operanda. Sa dva porta za čitanje i jednim za upis,
moguće je, u toku istog taktnog ciklusa, iz registarskog fajla pribaviti dva operanda i smestiti rezultat
nazad u registarski fajl. Sa druge strane, opravdanje za korišćenje dva porta za upis leži u brzini
konzumiranja operanada: U svakom taktnom ciklusu koristimo dva operanda da bi smo dobili jedan
rezultat. Shodno tome, ako nam je cilj da obavljamo jednu operaciju po taktnom ciklusu, mora
postojati mogućnost da se u svakom taktnom ciklusu, u registarski fajl unese jedan novi podatak osim
rezultata koji se vraća u registarski fajl.
Na Sl. 2‐23 prikazan je primer registarskog fajla sa jednim portom za upis i dva porta za čitanje. Kao
što se vidi na Sl. 2‐23(a), registarska ćelija je modifikovana u odnosu na Sl. 2‐22(a) kako bi se
obezbedila podrška za dva porta za čitanje. Grafički simbol registarskog fajla prikazan je na Sl.
2‐23(b). Na Sl. 2‐23(c) prikazana je unutrašnja struktura registarskog fajla kapaciteta 4x4. Uočimo da
je dijagram sa Sl. 2‐23(c) sličan strukturi registarskog fajla sa Sl. 2‐22(c), osim što nova verzija ima
jedan dodatni dekoder za čitanje, koji, sa svoje strane, unosi po jednu dodatnu vezu ka svakoj vrsti i
koloni. Uz pomoć ovih veza omogućen je prenos sadržaja do drugog porta za čitanje.
Registarski fajlovi spadaju u brze memorijske komponente, zahvaljujući činjenici da su registarske
ćelije realizovane na bazi flip‐flopova ili leč kola. Međutim, budući da svaki flip‐flop sadrži barem 6
52