Hardware Reference
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KomplexeBeispielentwürfe
In den vergangenen Kapiteln wurde gezeigt, wie die unterschiedlichen Be-
standteile einer digitalen Schaltung realisiert, modelliert und simuliert wer-
den. Dieses Kapitel führt anhand von drei Beispielen in den Entwurf kom-
plexer Systeme ein. Zuvor werden zwei strukturbestimmende Aspekte für die
Nachbildung rechenzeitintensiver Algorithmen in Hardware behandelt.
5.1 Pipeline-Verarbeitung und Speicherengpass
Eine wesentliche Zielgröße einer digitalen Schaltung ist ihre Verarbeitungsleis-
tung. Sie wird durch die Anzahl der Operationen, die pro Zeit fertiggestellt
werden, beschrieben. Um die Verarbeitungsleistung über die der bisher be-
trachteten sequenziellen Verarbeitung zu erhöhen, gibt es zwei Möglichkeiten:
• Parallelverarbeitung mit mehr Hardware und
• Pipeline-Verarbeitung.
Die Pipeline-Verarbeitung ist eine Art zeitversetzte Parallelverarbeitung, bei
der statt zusätzlicher Hardware die vorhandene Hardware besser ausgelastet
wird. Es genügt dabei jedoch nicht, nur die Verarbeitungswerke zu betrachten.
Denn den Engpass bilden in der Regel die Blockspeicher, aus denen die zu ver-
arbeitenden Eingabedaten bereitgestellt und in die die Ergebnisse geschrieben
werden.
5.1.1 Prinzip der Pipeline-Verarbeitung
Pipeline-Verarbeitung heißt auf Deutsch Fließbandverarbeitung. Eine um-
fangreiche Aufgabe wird in eine Folge von nacheinander auszuführenden Ar-
beitsschritten mit vergleichbar großem Arbeitsaufwand aufgeteilt. Das zu be-
arbeitende Objekt fährt auf dem Fließband von einer Arbeitsstation zur nächs-
ten. An jeder Station wird ein Arbeitsschritt ausgeführt. Die Fertigstellung
