ОАО «ИНЭУМ им. И.С. Брука», ЗАО «МЦСТ» Пивненко В. М

ОАО «ИНЭУМ им. И.С. Брука», ЗАО «МЦСТ»
Пивненко В. М.; ведущий инженер; email:pvn@lab.sun.mcst.ru; тел.84991350388
Эсула О. И.; м.н.с.; email:kerry@lab.sun.mcst.ru; тел.84991350388
Организация устройств деления в микропроцессорах разработки
ЗАО «МЦСТ»
Арифметическое устройство (АУ) в микропроцессоре исполняет
целочисленные и вещественные операции (сложение, умножение, деление и
др.). АУ состоит из 2 групп исполнительных устройств, образующие два канала,
один из которых выполняет целочисленные и вещественные операции, а другой
- только целочисленные операции.
В микропроцессорах (МП) «R500» и «Эльбрус» использованы мощные
устройства деления, вырабатывающие 9 битов частного за такт. В МП
«Эльбрус» устройство деления работает и в поточном режиме. Целочисленные
и вещественные операнды обрабатываются одним устройством. Скорость
вычислений очень высокая и слабо зависит от соотношения величины
операндов. Целые числа необходимо преобразовать к вещественному виду, а
результат вычисления — снова к целому. Недостатком совместной реализации
двух видов делений является невозможность полного распараллеливания
целочисленной и вещественной арифметики.
В МП «МЦСТ-4R» устройства целочисленного и вещественного делений
находятся в разных кластерах. Из соображений экономии площади устройство
целочисленного деления спроектировано по классической схеме (1 бит частного
за такт). Такая схема не очень эффективна для больших значений делителя и
малом частном, а также в случае, когда делитель мал, а делимое велико.
Увеличения быстродействия устройства целочисленного деления можно
достигнуть совмещением операндов по старшим значащим битам, что
позволяет исключить пустые итерации. Это дает возможность планировать
цифру частного по старшим битам операндов и использовать любой
подходящий алгоритм из арсенала вещественного деления для сокращения
общего количества итераций (несколько битов частного в каждой). При
использовании SRT-алгоритма не требуется вычисления точного знака
частичного остатка, что позволяет исключить из цикла полноразрядное
суммирование. Остаток делимого сохраняется в избыточной форме, в виде сумм
и переносов. Цифры частного также формируются в избыточной форме, а в
конце операции приводятся к нормальному виду. Отсутствие сумматора с
приведением переносов существенно сокращает время одной итерации и
позволяет выполнить несколько шагов за один машинный цикл. Существуют
реализации, где более простые схемы с получением 2 битов за такт соединены
каскадно для получения 4 битов.