Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Podobné dokumenty
2. Synchronní číslicové systémy

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Struktura a architektura počítačů (BI-SAP) 4

Struktura a architektura počítačů (BI-SAP) 3

Metody připojování periferií BI-MPP Přednáška 1

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Struktura a architektura počítačů (BI-SAP) 10

3. Sekvenční logické obvody

Konečný automat. Studium chování dynam. Systémů s diskrétním parametrem číslic. Počítae, nervové sys, jazyky...

Pozice sběrnice v počítači

SEKVENČNÍ LOGICKÉ OBVODY

5. Sekvenční logické obvody

Základní principy konstrukce systémové sběrnice - shrnutí. Shrnout základní principy konstrukce a fungování systémových sběrnic.

SYSTÉMY NAČIPU MI-SOC

TECHNICKÝ POPIS MODULU GRAFIK =============================

Y36SAP 2007 Y36SAP-4. Logické obvody kombinační a sekvenční používané v číslicovém počítači Sčítačka, půlsčítačka, registr, čítač

Návrh synchronního čítače

7. Pracovní postupy. Fakulta informačních technologií MI-NFA, zimní semestr 2011/2012 Jan Schmidt

Cíle. Teoretický úvod

Registry a čítače část 2

Sekvenční logické obvody

Systém řízení sběrnice

ASYNCHRONNÍ ČÍTAČE Použité zdroje:

Pokročilé architektury počítačů

Simulace číslicových obvodů (MI-SIM) zimní semestr 2010/2011

Logické obvody 10. Neúplné čítače Asynchronní čítače Hazardy v kombinačních obvodech Metastabilita Logické obvody - 10 hazardy 1

Paměti SDRAM (synchronní DRAM)

Řízení IO přenosů DMA řadičem

SDRAM (synchronní DRAM) Cíl přednášky:

Typy a použití klopných obvodů

Paměti SDRAM (synchronní DRAM)

Návrh asynchronního automatu

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Konvolučníkódy. MI-AAK(Aritmetika a kódy)

Architektura počítačů Logické obvody

Architektura počítačů Logické obvody

Paměti Rambus DRAM (RDRAM) Paměti Flash Paměti SGRAM

Paměti Rambus DRAM (RDRAM) Paměti Flash Paměti SGRAM

Struktura a architektura počítačů (BI-SAP) 11

FVZ K13138-TACR-V004-G-TRIGGER_BOX

11. Logické analyzátory. 12. Metodika měření s logickým analyzátorem

PROGRAMOVATELNÉ LOGICKÉ OBVODY

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

LOGICKÉ SYSTÉMY PRO ŘÍZENÍ

Principy komunikace s adaptéry periferních zařízení (PZ)

MATURITNÍ OTÁZKY ELEKTROTECHNIKA - POČÍTAČOVÉ SYSTÉMY 2003/2004 TECHNICKÉ VYBAVENÍ POČÍTAČŮ

Návrh čítače jako automatu

Praktické úlohy- 2.oblast zaměření

Úloha 9. Stavové automaty: grafická a textová forma stavového diagramu, příklad: detektory posloupností bitů.

Obsah DÍL 1. Předmluva 11

Základy počítačových sítí Model počítačové sítě, protokoly

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Pokročilé architektury počítačů

BDIO - Digitální obvody

Hardwarová realizace konečných automatů

BI-JPO. (Jednotky počítače) M. Sběrnice

12. VHDL pro verifikaci - Testbench I

Akademický rok: 2004/05 Datum: Příjmení: Křestní jméno: Osobní číslo: Obor:

Principy počítačů I - Procesory

Koncept pokročilého návrhu ve VHDL. INP - cvičení 2

Číselné vyjádření hodnoty. Kolik váží hrouda zlata?

Cíle. Teoretický úvod. BDIO - Digitální obvody Ústav mikroelektroniky Sekvenční logika - debouncer, čítače, měření doby stisknutí tlačítka Student

Rozhraní SCSI. Rozhraní SCSI. Architektura SCSI

GRAFICKÉ ROZHRANÍ V MATLABU PRO ŘÍZENÍ DIGITÁLNÍHO DETEKTORU PROSTŘEDNICTVÍM RS232 LINKY

Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Ing. Miroslav Krýdl Tematická oblast ELEKTRONIKA

Sběrnicová architektura POT POT. Jednotlivé subsystémy počítače jsou propojeny sběrnicí, po které se přenáší data oběma směry.

4. Elektronické logické členy. Elektronické obvody pro logické členy

Sekvenční logické obvody

Semestrální práce z předmětu Speciální číslicové systémy X31SCS

Testování sekvenčních obvodů Scan návrh

LOGICKÉ OBVODY X36LOB

Direct Digital Synthesis (DDS)

I. Dalšívnitřní paměti

Techniky sériové komunikace > Synchronní přenos

Paměti EEPROM (1) Paměti EEPROM (2) Paměti Flash (1) Paměti EEPROM (3) Paměti Flash (2) Paměti Flash (3)

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Digitální obvody. Doc. Ing. Lukáš Fujcik, Ph.D.

Paměti EEPROM (1) 25/07/2006 1

Operační paměti počítačů PC

Témata profilové maturitní zkoušky

Architektura počítačů

Metody připojování periferií

Převodník Ethernet ARINC 429

Pohled do nitra mikroprocesoru Josef Horálek

FASTPort. Nová sběrnice pro připojení inteligentních karet* k osmibitovým počítačům. aneb. Jak připojit koprocesor

Vrstvy periferních rozhraní

Periferní operace využívající přímý přístup do paměti


Obsluha periferních operací, přerušení a jeho obsluha, vybavení systémových sběrnic

Digitální obvody. Doc. Ing. Lukáš Fujcik, Ph.D.

Cílem kapitoly je seznámit studenta s pamětmi. Jejich minulostí, současností a hlavnímu parametry.

5. A/Č převodník s postupnou aproximací

4. Co je to modulace, základní typy modulací, co je to vícestavová fázová modulace, použití. Znázorněte modulaci, která využívá 4 amplitud a 4 fází.

AGP - Accelerated Graphics Port

L A B O R A T O R N Í C V I Č E N Í

Struktura a architektura počítačů

18A - PRINCIPY ČÍSLICOVÝCH MĚŘICÍCH PŘÍSTROJŮ Voltmetry, A/D převodníky - principy, vlastnosti, Kmitoměry, čítače, fázoměry, Q- metry

Seriové ATA, principy, vlastnosti

Sériové rozhraní IDE (ATA)

Transkript:

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti MI-SOC: 7 ČASOVÁNÍ A SYNCHRONIZACE TECHNICKÉHO VYBAVENÍ doc. Ing. Hana Kubátová, CSc. Katedra číslicového návrhu Fakulta informačních technologii ČVUT v Praze

ARCHITEKTURY SYNCHRONIZACE Synchronní obvod, jedna doména Synchronní obvod, více domén ve fázovém vztahu Synchronní systém s pomocnou doménou bez fázového vztahu Lokálně synchronní, globálně asynchronní systém (velké systémy) 2

PŘECHOD VÍCE SIGNÁLŮ Datové signály jsou synchronizovány řídícími signály Protokol řídících signálů je navržen tak, aby se měnil vždy jen jeden Jednosměrný protokol Obousměrný protokol (handshake) Fronta s nezávislými rozhraními 3

JEDNOSMĚRNÝ PROTOKOL ACLK ACLK DATA STROBE BCLK BDATA DATA STROBE BDATA BCLK 4

KONSTRUKCE PROTOKOLU - ZJEDNODUŠENO ACLK 1. 2a. tolik period ACLK, aby > než perioda BCLK 3a. 2b. nejbližší hrana ACLK 2 periody BCLK 3b. nejbližší hrana ACLK DATA STROBE BCLK BDATA 5

KONSTRUKCE PROTOKOLU - ROZPTYL ZPOŽDĚNÍ Signál DATA může mít větší nebo menší zpoždění než signál STROBE Kde není zaručeno min. zpoždění, je rozptyl roven max. zpoždění Rezerva na začátku a konci platnosti DATA musí být větší než rozptyl ACLK DATA komu je to málo, přidá si nejistotu hodin STROBE BCLK BDATA 6

POZNATKY O PŘECHODU MEZI HODINOVÝMI DOMÉNAMI Přechod vždy vnáší nezanedbatelné zpoždění (latenci) Na velikost latence má vliv rozptyl zpoždění Statická časová analýza nemá dost informací (např. algoritmus generování STROBE, DATA), aby zaručila správnost přechodu (nicméně nástroje pro verifikaci přechodu existují) 7

DVOUSMĚRNÝ PROTOKOL ACLK DATA STROBE BCLK BDATA BACK Používá se, jsou-li frekvence srovnatelné Existuje varianta, kde každá hrana STROBE a ACK má stejný význam událost se sděluje jakoukoli změnou signálu; časté v protokolech periferií 8

Hana Kubátová MI-SOC 2011/12 PŘECHOD POMOCÍ FRONTY WDATA WRITE RDATA READ FULL EMPTY WCLK RCLK 9

REALIZACE FRONTY MEZI DOMÉNAMI Diagram from Clifford Cummings prosté, že 10

PŘENOS ADRESY MEZI DOMÉNAMI Příznaky FULL, EMPTY vznikají odečtením adres v paměti Reagují na každou změnu těchto adres Mají tedy mít synchronizační protokol? Pomalé Jiné řešení: posloupnost adres je stálá, vyjádříme ji v Grayově (jednozměnovém) kódu patřičné délky 11

NÁVRHOVÁ PRAVIDLA výstup z hodinové domény z registru vždy 1 řídící signál se mění při přechodu přes hranici hodinové domény asychronní signál se synchronizuje 2 klopnými obvody, pak se teprve může větvit hodinová frekvence domény bere v úvahu metastabilitní charakteristiky synchronizéry domén (realizace protokolů a metastabilitní ochrany) ve zvláštních entitách 12

Hana Kubátová MI-SOC 2011/12 TECHNIKY ŠKÁLOVÁNÍ 13

PŘÍKLAD: ADVANCED ENCRYPTION STANDARD, AES typicky 10 iterací (AES128) vstup otevřeného textu (blok: 128 bitů) hodnoty předem odvozené z klíče; pro každou iteraci jiná registr výstup šifrovaného textu hlavní funkce AES ( runda ) složitý kombinační obvod, zahrnuje 32- bitové sčítání a operace nad GF(2 8 ), 14 které se často realizují tabulkami

AES zpoždění základní funkce: t šifrování: 10 hodinových taktů, >10t propustnost: 1 blok za 10 taktů možnost zrychlení? paralelizace proudové zpracování 15

Hana Kubátová MI-SOC 2011/12 PARALELIZACE 2 bloky za 10 taktů 16

PROUDOVÉ ZPRACOVÁNÍ 2 bloky za 10 taktů využívá skutečnosti, že každý blok musí projít 10 rund méně obecné, ale jednodušší než paralelizace 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 R 1 A 1 B 1 A 3 B 3 A 5 B 5 A 7 B 7 A R 2 maximum propustnosti: 10 bloků za 10 taktů latence: stejná (+ztráty) A 2 B 2 A 4 B 4 A 6 B 6 A 8 B R 1 R 2 9 8 B 9 A 1 0 17

DALŠÍ PROUDOVÉ ZPRACOVÁNÍ další zrychlení v poměru počtu stupňů ne každý kombinační obvod se dá dělit v každém místě (počet signálů!) Runda AES má 4 části, ale každá je jiná možnost: paralelizace jednotlivých (pod-) stupňů k vyrovnání zpoždění R 1a R 1b R 2a R 2b R 1 18

PŘÍKLAD ČASOVÁNÍ ZANEDBÁVÁME ZPOŽDĚNÍ REGISTRŮ A MULTIPLEXERŮ CLK f =166 MHz CLK f =166 MHz CLK f =333 MHz 1 blok za 10 taktů 10 bloků za 10 taktů 20 bloků za 20 taktů 1 blok za 60ns 10 bloků za 60ns 20 bloků za 60ns R 1 6ns R 1 6ns R 1A R 1B 3ns 3ns R 10 6ns R 10A 3ns R 10B 3ns 19

ZDVOJENÍ STUPNĚ ZANEDBÁVÁME ZPOŽDĚNÍ REGISTRŮ A MULTIPLEXERŮ CLK f =111 MHz CLK f =166 MHz CLK f =333 MHz 1 za 1 takt 2 za 2 takty 3 za 3 takty 1 za 9ns 2 za 12ns 3 za 9ns X 9ns X A 3ns X A 3ns X B 6ns X B X B nechť kombinační blok X lze rozdělit pouze naznačeným způsobem 20

ODKUD SE BERE VÝKON? Získáváme propustnost bez podstatného zvýšení latence (v ns, nikoli taktech) Proč? Šíření změny kombinační logikou: přes každé hradlo přejde jedna změna (několik málo, počítáme-li hazardy) po zbytek periody hodin hradlo zahálí Vložením registru lépe využijeme již instalovaný výkon 21

MEZE PARALELIZACE A PROUDOVÉHO ZPRACOVÁNÍ počáteční hodnota Zpětnovazební režim AES: šifrovaná hodnota jednoho bloku se promítá do bloku následujícího. Mezi bloky vzniká datová závislost. Nelze přímočaře nasadit proudové zpracování. 22

ZPĚTNOVAZEBNÍ REŽIM počáteční hodnota Dva nezávislé toky dat, pokud možno se stejným klíčem; např. dva pakety téhož spojení Vzrůst latence 23