Assoziativer Prozessor T161

T161 ist ein einfacher 16-bit allgemeiner Prozessor mit assoziativen Fähigkeiten. Neben den üblichen Instruktionen für Datenbewegung, arithmetische und logische Befehle und Kontrollflussbefehle, ist der Prozessor teilweise in der Lage parallele SIMD Instruktionen durchzuführen. Er ist mit einem integrierten assioziativen Speicher (CAM) ausgestattet, der genau so schnell wie die Register ist. Die parallele Befehle können auf dem gesamten assoziativen Speicher angewendet werden, was die Bearbeitungsgeschwindigkeit deutlich erhöht. Einige Algorithmen können anhand den parallelen Insturktionen und dem assoziativen Speicher bis zu 8x schneller laufen.

Die Idee von T161 war ein Prozessor zu entwickeln, der einfacher als die populäre STARAN und PEPE ist, aber trotzdem assoziative Berechnung anbietet. Der Prozesser wurde innerhalb einem Praktikum am Fachgebiet Rechnerarchitektur der Technischen Universität Darmstadt entwickelt. Ich möchte mich bei Prof. Dr. Rolf Hoffmann für die Betreuung bedanken.

Prozessor Fähigkeiten

Der T161 besitzt eine Hardvard Architektur und hat separate Programm- und Datenspeicher. Intern arbeitet er mit 16-bit vorzeichenbasierte Daten. Unterstützt werden folgende Typen von Instruktionen:

• Datenbewegung
• Arithmetische und logische Instruktionen
• Kontrollflussinstruktionen (branches und jumps)
• Vektoroperationen (parallele Instruktionen)

Geschwindigkeit

Der Prozessor arbeitet mit einer Inputfrequenz von bis zu 14 MHz. Er kann bis zu über 50 MHz übergetaktet werden, wobei kleine Änderungen benötigt werden.

Speicher

T161 hat eine Hardvard-Architektur, dementsprechend separate Programm- und Datenspeicher. Beide sind synchron und word-adressierbar. Die Speicher sind so gedacht, dass sie auf die gleiche Taktfrequenz laufen, das ist aber kein Muss. T161 arbeitet mit Speichern von verschiedene Geschwindigkeiten. Die maximale Kapazität vom Programmspeicher ist 256 KB und vom Datenspeicher (128 KB).

Software

Der T161 hat auch einen Assembler dabei, der in der Lage ist, T161 Assembler Dateien in Binary Datein zu übersetzen. Somit können die Binaries direkt auf einem Speicherbaustein kopiert werden. Damit die übersetzte Programme auf Altera FPGAs übertragen werden können, steht zur Verfügung auch ein kleines Werkzeug zur Umwandlung von Binaries zu den speiziellen .mif Format (memory intialization file). Dokumentation ist auch verfügbar.

Status

Der Prozessor ist völlig implementiert und bereit auf eine FPGA oder ASIC synthesiert zu werden. Es wurde auf einem Altera Cyclone III FPGA getestet. Für mehr Information, kontaktieren Sie mich.