6.14. Конвейерные устройства

Реализация переключательных функций двухъярусными КС приводит к большим аппаратным затратам, что при сложных функциях практически не оправдано. Снизить аппаратные затраты (число ЛЭ) можно использованием скобочных форм функций, которым соответствуют многоярусные КС. Однако такой способ реализации переключательных функций приводит к значительному снижению быстродействия КС.

Принцип построения конвейерных устройств.

Скорость преобразования однотипной информации многоярусными КС (рис. 6.145) можно значительно увеличить с помощью конвейерной передачи информации от яруса к ярусу (рис. 6.146). В конвейерных устройствах между ярусами КС устанавливаются регистры памяти которые могут выполняться как на асинхронных потенциальных, так и на синхронных триггерах. Если на рис. 6.145 входные сигналы не должны изменяться пока входные сигналы не примут истинных значений (пока во всей схеме не закончится переходной процесс), то в конвейерном устройстве на рис. 6.146 входные сигналы можно изменять сразу же после фиксации в регистре памяти значений выходных сигналов первого яруса КС. Фиксация выходных сигналов каждого яруса КС производится по окончании переходного процесса в ярусе с наибольшим временем задержки сигналов.

Рис. 6.145

Рис. 6.146

На рис. 6.147 показан сигнал L (Load - загрузка) асинхронной потенциальной загрузки информации в РП. Для достижения максимального быстродействия длительность сигнала должна быть как можно меньше, но Достаточна для надежного срабатывания триггеров. Входные сигналы триггеров на интервале не должны изменяться. Из этого следует, минимальная задержка сигналов в каждом ярусе КС должка быть не меньше Длительность паузы между значениями сигналов должна быть не меньше максимальной задержки сигналов в наименее быстродействующем ярусе КС. Быстродействующие конвейерные устройства строятся на триггерах Эрла (см. § 3.3), в которых преобразование информации Производится во входной логике второго порядка. Конвейерная обработка информации находит широкое применение в векторных процессорах [9].

Рис. 6.147

Рис. 6.148

При первом запуске конвейера обработанная информация появляется на его выходе через время где число ступеней конвейера, а в дальнейшем выходная информация будет изменяться через время (входная информация конвейера при этом также должна изменяться через время Таким образом, скорость обработки однотипной информации определяется быстродействием только одной ступени конвейера.

На рис. 6.148 показана структурная схема однофункционального конвейерного устройства, в каждой ступени которой имеются сигналы, поступающие на без преобразования в КС. Если задержка сигналов в КС равна то для сигналов, не проходящих через КС, следует ввести задержку на время что обычно производится введением "холостой" логики, не производящей преобразования информации.

Многофункциональные конвейеры кроме входов данных имеют управляющие входы, с помощью которых перестраивается структура конвейера на выполнение различных функций. На перестройку конвейера обычно требуется время, не меньшее

Конвейеризация обработки данных используется в некоторых БИС и СБИС для увеличения скорости их работы. Фирма Weitek в 1983 г. выпустила набор СБИС с конвейерной обработкой данных, в частности, для умножения -разрядных чисел с плавающей точкой, имеющую быстродействие 10 Мфлопс (107 операций с плавающей точкой в секунду; флопс — Floating Point Operations per Second) [28].