misle.ru страница 1
скачать файл
УДК 004.4'422

П.С. Долотов, А.Л. Зуев



Устройство и принцип работы регистрового файла микропроцессора

«Эльбрус»

Многопортовый регистровый файл является центральным устройством современных микропроцессоров. Важнейшими характеристиками являются время выборки и частота обращения к регистровому файлу. Основными блоками регистрового файла являются: блок дешифрации, включающий схемы формирования стробов, массив запоминающих ячеек, блок усилителей считывания и записи. Описанная память может каждый такт принимать адрес записи либо чтения, а через 3/2 такта считанное слово уже может быть получено приемником. Время работы по записи составляет 1 такт. Для увеличения пропускной способности памяти обычно предусматривают возможность обращения сразу по нескольким адресам. Это достигается за счет применения многопортовых ячеек. При этом количество управляющего оборудования и усилителей чтения/записи увеличивается пропорционально числу портов, и появляется необходимость в дополнительном управляющем оборудовании для исключения коллизий, связанных с обращением к одной строке по разным портам.

Регистровый файл для тестового кристалла микропроцессора E2K «Эльбрус», отвечает следующим требованиям:

- разрядность слова - 64 бита;

- количество слов - 256;

- количество портов для записи - 10;

- количество портов для чтения - 10;

Двадцатипортовый регистровый файл содержит 256 64-разрядных регистров. Каждый такт на внешнюю шину может быть выдано содержимое 10-ти регистров и принято на хранение 10 64-разрядных слов. Регистры адресуются 9-разрядным адресом, в котором 8 битов адресуют один из 256 регистров и один бит служит для активации операции записи либо чтения по данному порту.

Условие получения предельного быстродействия требует максимально сократить размеры запоминающего массива при неизменной его емкости. Уменьшение количества физических портов вдвое(с 20 до 10) позволило бы в 4 раза сократить площадь массива, вдвое уменьшить площадь управляющего оборудования и поднять максимальную частоту. Поэтому было решено массив ячеек сделать 10-портовым, а операции чтения и записи разделить во времени: в первой половине такта производить чтение по 10 портам, во второй - запись. Соответственно, дешифрацию адресов чтения и записи также предполагается выполнять на одном оборудовании. Это означает, что за 1 такт каждый из десяти дешифраторов сработает дважды - первый раз с адресом чтения, а второй - с адресом записи. Была разработана специальная ячейка памяти (рис.1). Она имеет десять пар выходов на битовые шины десяти физических портов. Подключение к ячейке конкретной пары осуществляется с помощью коммутатора на n-канальных ключевых транзисторах, управляемых словарными шинами.



Рис. 1 Десятипортовая ячейка памяти.

Литература

1. P.Gronowski et al, “High-Performance Microprocessor Design”, IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol.33, no.5

2. A.Bharadwaj and M.Horowitz, “A Replica Technique for Wordline and Sense Control in Low-Power SRAM’s”, IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol.33, no.8

3. J.Yuan and C.Svensson, “High-Speed CMOS Circuits Techniques”, IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol.24, no.1

4. R.H. Krambeck, et al, “High Speed Compact Circuits with CMOS” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol.SC-17, no.3

5. РЕГИСТРОВЫЙ ФАЙЛ С ПОЛНОСТЬЮ КОНВЕЙЕРНОЙ АРХИТЕКТУРОЙ (версия 15.2.95), внутренний отчет МЦСТ.

6. Uyemura, VLSI CMOS Design

7.A.Sharma Semiconductor Memories, IEEE Press, 1997

РЕФЕРАТ

УДК 004.4'422



П.С. Долотов, А.Л. Зуев Устройство и принцип работы регистрового файла микропроцессора «Эльбрус»//Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук – общая и прикладная физика: Сборник трудов ХХ-й научной конференции МФТИ /МФТИ М.:2007

Рассмотрено устройство, принцип работы, схемотехнические и топологические решения, использованные при проектировании регистрового файла для микропроцессора «Эльбрус». Данный регистровый файл реализован в кремнии и успешно работает на частоте 500 Мгц.



Библиография: 7 назв.
скачать файл



Смотрите также: