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ist zu arbeiten, erhöht. Hierzu wird die Befehlsverarbeitung in Phasen unterteilt, die
jeweils parallel zeitversetzt arbeiten.
2.2.1 Kritischer Pfad
In einem synchronen System werden Register- und Speicherinhalte jeweils mit der
steigenden oder fallenden Flanke eines zyklischen Taktsignals aktualisiert. Flanken
werden statt Pegeln deshalb verwendet, weil sie theoretisch einem Zeitpunkt statt
einem Zeitraum entsprechen. Es wäre ansonsten nämlich möglich, dass Änderungen
des Inhalts eines Registers oder Speichers unmittelbar über Rückkopplungen auf
sich selbst wirken und den jeweiligen Inhalt erneut modifizieren.
Zum Beispiel ist in der aufs Wesentliche reduzierten Registertransferschaltung eines
Prozessors mit 3-Adressarchitektur in Bild 2.17 der Befehlszähler über einen Inkre-
mentierer „+1“ und Multiplexer M 1 rückgekoppelt. Falls der Befehlszähler modifi-
ziert und kein Sprungbefehl ausgeführt wird, steht der inkrementierte Wert daher
kurze Zeit später am Eingang des Befehlszählers zur Verfügung. Bei einer pegelge-
steuerten Übernahme des Eingangswerts würde der neue Eingangswert unmittelbar,
solange das Taktsignal denselben Pegel führt, in das Befehlsregister übernommen
und erneut den Ausgang modifizieren. Indem der Befehlszähler jedoch flankenget-
riggert aktualisiert wird, geschieht dies erst mit der nächsten steigenden bzw. fallen-
den Taktflanke.
+1
Befehls-
speicher
Register-
speicher
ALU
M 1
Befehlsdecoder
Bild 2.17. Ein möglicher kritischer Pfad durch einen einfachen Prozessor mit 3-Adressarchitektur
Eine Voraussetzung für das Funktionieren einer synchronen Schaltung ist, dass
Änderungen am Ausgang eines Registers oder Speichers sich nicht verzögerungsfrei
auf deren Eingänge auswirken dürfen, da in der Realität eine Taktflanke nicht zu
einem Zeitpunkt, sondern über ein eng begrenzten Zeitraum auftritt. Die erforderli-
che Durchlaufverzögerung durch Inkrementierer und Multiplexer beschränkt jedoch
auch die Taktfrequenz , mit der der Befehlszähler aktualisiert werden kann, da der
inkrementierte Wert am Eingang des Befehlszählers zur Verfügung stehen muss,
bevor das nächste Taktereignis, also eine steigende oder fallende Flanke, auftritt.
Nun ist der Befehlszähler nicht nur über den Inkrementierer rückgekoppelt, sondern
auch über den Befehlsspeicher, der aufgrund seiner Komplexität eine längere
Durchlaufverzögerung aufweist als der Inkrementierer. Die Taktfrequenz ist daher
so zu wählen, dass der Befehlsspeicher und der Multiplexer M 1 innerhalb eines Tak-
tes durchlaufbar sind. Um die Taktfrequenz zu ermitteln, mit der der gesamte Pro-
zessor arbeiten kann, muss offensichtlich der Pfad mit der längsten Durchlaufverzö-
gerung, der sog. kritische Pfad , betrachtet werden. Er beginnt und endet am Aus-
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