Barrel shifter
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/66/Barrel_shifter_function.svg/220px-Barrel_shifter_function.svg.png)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/8f/Barrel_shifter.svg/220px-Barrel_shifter.svg.png)
Barrel shifter (устройство быстрого сдвига) — цифровая электронная схема, производящая сдвиг данных на указанное число позиций за один такт синхронизации. Устройство быстрого сдвига также может производить циклический сдвиг и расширение знакового бита.
На вход устройства подаётся две группы входных данных по N бит каждая и N управляющих сигналов, на выходе получается N бит данных. Количество разрядов, на которые производится сдвиг, определяется позицией управляющего сигнала высокого уровня (все остальные управляющие сигналы должны иметь низкий уровень), выполняемая операция определяется подачей входных данных. Например:
- при подаче данных на «вход 1» и нулей на «вход 0» будет произведён правый сдвиг;
- при подаче данных на оба входа будет произведён циклический сдвиг.
Устройство быстрого сдвига применяется в целочисленных арифметических операциях (где сдвиг на один разряд эквивалентен умножению или делению на два) и в операциях над числами с плавающей запятой для выравнивания операндов при выполнении сложения и вычитания. Мантисса числа, имеющего меньший порядок, сдвигается вправо, количество позиций, на которые производится сдвиг, равно разнице порядков чисел. После сдвига порядки чисел становятся равными.
Недостатки (для barrel shift, реализующего циклический сдвиг):[1]
- Входная ёмкость пропорциональна разрядности N.
- Количество транзисторов пропорционально квадрату разрядности N2
- Требуется декодер для формирования управляющих сигналов.
В процессорах x86 применяются, начиная с Intel 80386.[2]
Ресурсоёмкость
Количество мультиплексоров, необходимое для реализации n-битового устройства сдвига, по схеме barrel составляет [3]. Для пяти часто используемых размеров количество мультиплексоров составляет:
- 128-бит —
- 64-бит —
- 32-бит —
- 16-бит — [3]
- 8-бит — [3]
Стоимость критического пути в единицах Fan-out-of-4 (FO4) оценивается (без учёта задержки в проводниках) как:
- 32-bit: от 18 FO4 до 14 FO4[4]
См. также
- Logarithmic Shifter
Примечания
- ↑ An Interconnect-Centric Approach to Cyclic Shifter Design: slide 6
- ↑ [1] Архивная копия от 10 августа 2019 на Wayback Machine: "У 386-го процессора ... заменили последовательный регистр сдвига параллельным (barrel shifter, производит любой вид сдвига на любое число бит за фиксированное время)."
- ↑ 1 2 3 * VLSI Implementation of a Barrel Shifter Архивировано 2 октября 2013 года. // Proceedings of SPIT-IEEE Colloquium and International Conference, Mumbai, India Vol2, 150
- ↑ David T. Wang, Revisiting the FO4 Metric. Estimating the FO4 depth of the critical path Архивная копия от 13 марта 2012 на Wayback Machine // RealWorldTech, August 15, 2002
Литература
- Wayne Wolf. 6.2 Combinational Shifters // Modern VLSI Design: IP-Based Design. — 4th ed.. — Prentice Hall, 2009. — 627 p. — (Prentice Hall Modern Semiconductor Design Series). — ISBN 0137145004.
Ссылки
- Design alternatives for barrel shifters, Matthew R. Pillmeier
- VLSI Implementation of a Barrel Shifter // Proceedings of SPIT-IEEE Colloquium and International Conference, Mumbai, India Vol2, 150
- Barrel Shifters // Bill Cowan, CS251 – Spring 2008
- An Interconnect-Centric Approach to Cyclic Shifter Design
- Shifters and Adders // Somayyeh Koohi