Интернет магазин китайских планшетных компьютеров

Компьютеры - Регистровый файл - Реализация

Традиционно регистровый файл реализуется как массив запоминающих ячеек, считываемый вертикально. Слова расположены в горизонтальных строках, и при чтении ячейки выдают свое значение на вертикальные битовые линии. В нижней части эти линии подключены к усилителям, которые преобразуют сигналы с ячеек, ослабленные при передаче, в булевые сигналы полной амплитуды. В левой части расположены декодеры, активирующие строку, соответствующую заказанному регистру или регистрам. Большие регистровые файлы иногда организуются как мозаика из нескольких отраженных и повернутых более простых регистровых файлов.

Регистровые файлы содержат по одной строке слов на каждый порт, по одной битовой линии на бит слова для каждого порта чтения и по две битовые линии на бит слова для каждого порта записи. Также каждая ячейка должна иметь входы питания Vdd и земли Vss. Следовательно, с увеличением количества портов площадь, требуемая под разводку растет квадратично, а площадь, занимаемая транзисторами — линейно. В какой-то момент, возможно, будет более оптимально по площади или по задержкам иметь несколько регистровых файлов с дублирующейся информацией и половиной портов чтения в каждом, чем один большой регистровый файл сразу со всеми портами чтения.

Например, регистровый файл в целочисленном АЛУ микропроцессора MIPS R8000, имеющий 9 портов чтения, 4 порта записи, содержащий 32 64хбитных регистра и реализованный на техпроцессе 0.7 мкм, имеет такие размеры, что хорошо различим невооруженным глазом даже на расстоянии порядка 30 см.

Декодер

• Декодер обычно разделён на предекодер и decoder proper.
• Декодер является последовательностью элементов И, которые выставляют линии слов.
• Для каждого порта чтения или записи требуется один декодер. К примеру, если файл имеет 4 порта чтения и 2 порта, в нем будет 6 линий слов в каждой ячейке памяти в массиве и 6 элементов И на каждый ряд в декодере.

Массив

Типичный регистровый файл с 3 портами, в котором возможно одновременное чтение из 2 регистров и запись в 1 регистр, состоит из ячеек похожих на изображенную.

Базовая схема битовой ячейки:

• Состояние хранится в паре инверторов.
• Чтение происходит через транзистор NMOS на битовую линию
• Данные записываются замыканием одной или другой стороны на землю через два NMOS транзистора.

Итак, каждый порт чтения требует один дополнительный транзистор на каждую ячейку, порт записи требует 4 транзистора.