7.9. Табличний операційний пристрій

Наявність на ринку швидкодіючих широкорозрядних пристроїв напівпровіднико­вої пам'яті великого об'єму в інтегральному виконанні, та можливість розміщення такої пам'яті на кристалі разом з процесором, зробили реальним (при невисоких вимогах до точності), використання табличного методу виконання операцій. За цим методом зна­чення результату шукається в наперед сформованій таблиці, в ролі якої використовуєть­ся пам'ять, за адресою, рівною значенню операнда.

Розглянемо принцип формування таблиці на прикладі виконання операції Y=X². В табл. 7.2 наведені двійкові коди значень операндів X, які одночасно є адресами, та зна­чень операндів Y, які є вмістом відповідних комірок пам'яті.

Таблиця 7.2

Тут розрядності X та Y вибрані рівними відповідно 3 та 6 бітам.

Запис у пам'ять необхідної інформації може здійснюватися або розроблювачем цифрового пристрою при використанні оперативних та перепрограмовних постійних запам'ятовуючих пристроїв (ОЗП та ПГТЗП), або виготовлювачем замовних ПЗП. Важ­ливим при цьому є те, що виробництво замовних ПЗП не вимагає від виготовлювача тих великих витрат, з якими звичайно зв'язана розробка і виробництво спеціалізованих НВІС, тому що зводиться до виключення частини елементів заздалегідь розробленої то­пології типової НВІС. При використанні перепрограмовних ПЗП, що допускають елек­тричний перезапис збереженої інформації, з'являється можливість зміни виконуваних пристроєм функцій без зміни його структури.

Структура табличного операційного пристрою показана на рис. 7.11.

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=8бі­тів, 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.

Об'єм пам'яті для даного пристрою визначається з виразу Q= Km2²ⁿ.Для багато­місних операцій об'єм ПЗП визначається з виразу Q= Km2^ln,де 1 - кількість аргумен-

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.