Komponente digitalnih sistema

Komponente digitalnih sistema
definišu operacije ALU jedinice i pomerača zajedno sa adresama registara koji se koriste kao izvori operanada i
adresom registra gde se smešta rezultat. U cilju upravljanja stazom podataka, pretpostavićemo da se Brojač
jedinica realizuje kao nezavisni modul koji počinje sa radom uvek kada signal Start postane 1, a postavlja 1 na
izlaz Done odmah nakon što je završio izračunavanje.
Kao što se može videti na Sl. 2‐40(d), konačni automat koji opisuje rad Brojača jedinica ima osam stanja. Brojač
jedinica ostaje u stanju S0 sve dok signal Start ne postane jednak 1, a zatim, u sledećih sedam stanja, S1, S2, ...,
S7, Brojač jedinica radi shodno algoritmu sa Sl. 2‐40(a). Konačno, u stanju S7, Brojač jedinica postavlja rezultat
na izlaz, aktivira signal Done i vraća se u stanje S0. Upravljačka jedinica Brojača jedinica ima dva ulazna signala,
Start i Podatak≠0 i jedan izlazni signal, Done. Signali Start i Done se koriste za komunikaciju sa okruženjem, dok
signal Podatak≠0, u suštini, predstavlja statusni signal staze podataka. U svakom taktnom ciklusu, upravljačka
jedinica generiše 20 bita upravljačke reči. Uočimo da su za realizaciju osam stanja neophodna tri D flip‐flopa.
Konačno, na Sl. 2‐41 dat je šematski prikaz Brojača jedinica koji koristi stazu podataka sa Sl. 2‐39(a).
2.4.1 Paralelna staza podataka
U prethodnoj sekciji opisano je više primera jednostavnih staza podataka. Međutim, za primene koje
zahtevaju veliku brzinu obrade podataka, takve, jednostavne staze podataka bile bi verovatno previše
spore. Povećanje performansi zahteva redizajniranje ovih staza podataka na način koji će omogućiti
konkurentno izvršenje više operacija. Staze podataka koje omogućavaju istovremeno (konkurentno)
izvršenje više opcija zovu se paralelne staze podataka.
Očigledan način za paralelizaciju staze podataka sastoji se u povećanju broja portova registarskog
fajla i korišćenju nekoliko funkcionalnih jedinica, kao što je prikazano na primeru paralelne staze
podataka sa Sl. 2‐42. Uočimo da ova staza podataka ima 6‐to portni registarski fajl (4 porta za čitanje i
2 za upis), šest magistrala (četiri za prenos operanada i dve za prenos rezultata) i četiri funkcionalne
jedinice (ALU, pomerač, množač i delitelj). Prikazana staza podataka može da izvršava dve operacije u
paraleli, jednu u ALU jedinici ili pomeraču i drugu u množaču ili delitelju.
Staza podataka sa Sl. 2‐42, ipak omogućava samo ograničen paralizam, s obzirom da ne može
istovremeno da obavlja bilo koje dve operacije. Na primer, u ovoj stazi podataka nije moguće u
paraleli obaviti dva sabiranja ili dva množenja (zato što postoji samo jedna ALU jedinica i samo jedan
množač). Drugim rečima, staza podataka sa Sl. 2‐42 može ispoljiti dva puta bolje performanse u
odnosu na jednostavne (sekvencijalne) staze podataka iz prethodne sekcije, samo pod uslovom da
algoritam ne zahteva ovakav tip paralelizma. Takođe, u ovoj stazi podataka komponente nisu
potpuno povezane, što znači da izvesni tipovi paralelizma, koji iako postoje u algoritmu, neće moći
biti iskorišćeni. Na primer, s obzirom da ALU jedinica i pomerač, kao i množač i delitelj koriste
zajedničke magistrale za prenos operanada i rezultata, staza podataka ne može u isto vreme da
izvršava operaciju množenja i operaciju deljenja, odnosno operaciju sabiranja i operaciju pomeranja.
Drugim rečima, čak iako algoritam omogućava istovremeno izvršenje operacija sabiranja i pomeranja,
staza podataka je u mogućnosti da u jednom taktnom ciklusu obavlja samo jednu od ove dve
operacije, bez obzira što hardverski resursi, u vidu funkcionalnih jedinica, postoje.
72