CPU,减少晶体管翻转次数的编码

发布于:2025-07-24 ⋅ 阅读:(18) ⋅ 点赞:(0)

背景

以4比特为单位,共16个数。仔细思考状态转换过程中的晶体管翻转次数。

0000
0001,1
0010,2
0011,1
0100,3
0101,1
0110,2
0111,1
1000,4
1001,1
1010,2
1011,1
1100,3
1101,1
1110,2
1111,1
0000,4

分析,例如,从1111到0000,晶体管翻转4次。
总共的翻转次数是30,平均30/16=1.875次。

创新

以下编码,可以使得翻转次数降低,在顺序递增的过程中。

0000→0
0001→1
0011→2
0010→3
0110→4
0100→5
0101→6
0111→7
1111→8
1110→9
1100→10
1101→11
1001→12
1011→13
1010→14
1000→15
0000→0

以上编码,晶体管翻转次数降为16,平均1次。
若按照递增循环,可以把晶体管翻转次数降低,从30次到16次,降低(30-16)/30=46.7%

总结

降低晶体管翻转次数,可以省电。
上述方案,可以在数字递增循环过程中,将晶体管翻转次数降到最低。

查表法完成四则运算

使用查表法的目的,同样是为了省电。
查表法使用大量的ROM,既然X3D可以堆叠cache,我们也可以堆叠ROM,而且ROM比cache省电,可以堆叠更多层。
1比特cache需要6个晶体管,而同等容量的ROM只需要1个晶体管。
总之,堆叠ROM的容量可以很大,使得CPU能够一次处理很多笔四则运算。
规定float和double格式时,还不流行多核。实际上,可以用多核并行运算,计算decimal数字,不再受位数的限制。
所以,新的CPU拥有极大的ROM,可以通过查表法同时完成许多笔四则运算,这N个整数核,大约可以同时完成N/2笔浮点数运算。N的大小取决于ROM的大小,和表的大小。

程序

该程序输出8比特的晶体管编码:

a=('00','01','11','10')

def f(x,y,z,t,i):
    print(a[x%4],a[y%4],a[z%4],a[t%4],'->',i)

x=0;y=0;z=0;t=0
for i in range(256):
    f(x,y,z,t,i)
    if i%4!=3:
        t=t+1
    if (i+1)%4==0:
        z=z+1
    if (i+1)%16==0:
        z=z-1
    if (i+1)%16==0:
        y=y+1
    if (i+1)%64==0:
        y=y-1
    if (i+1)%64==0:
        x=x+1
    if (i+1)%256==0:
        x=x-1

网站公告

今日签到

点亮在社区的每一天
去签到