Как именно работает Сумматор в процессоре? Сигналы же не могут одновременно прийти, то есть будет 2 работы?

Question

[Даниил]

И все другие логические устройства.
Интересует когда именно происходит вычисления.
Допустим приходит 2 сигнала, но они же 100% не одновременно же придут?
То есть допустим на входах были до 1 и 1 сигналы, и приходят сигналы 0 0, но сначала же придет первый 0, и он там пойдет дальше по цепи 0 + 1 , а потом(через 0.0000000001 секунды) придет второй 0-0й и произойдет вычисление 0+0. То есть первое лишние вычисление.

Answer 1

[Виктор]

Я уже отвечал недавно на вопрос, как работает сумматор, и вопрос этот был ваш. Видимо, вы не поняли мой ответ, хотя мне казалось, он сформулирован достаточно просто. Ну что ж, придётся разжёвывать.
Прежде всего, сам по себе сумматор - комбинационная цифровая схема, и как таковой, он в тактовых импульсах не нуждается. Подали на его входы два операнда, и спустя время задержки на выходе появляется сумма. Но разжуём уже до мельчайших косточек - возьмём идеальный сумматор, составленный из идеальных логических элементов, не имеющих задержек распространения сигнала. Исходное состояние - на входах нули. На выходе, естественно, тоже нуль. Подаём первый операнд. Задержек нет, поэтому на выходе тут же появляется этот же операнд (он суммировался с нулём на другом входе). Затем подаём второй операнд - на выходе тут же (т.е. опять-таки без задержек) появляется сумма. Надеюсь, тут всё понятно (собственно, это мой ответ на эти ваши 0.0000000001 секунды - да хоть 0.00000000000000000000000000000001 сек, в идеальном сумматоре это без разницы).
Теперь рассмотрим сумматор из реальных логических элементов, имеющих задержку распространения. В нём всё точно так же, вот только на время суммарной задержки его составных частей на выходе будет неизвестно что. Вот так, буквально - подали первый операнд, на выходе неизвестно что (какая-то каша, которой нельзя доверять), и спустя время задержки каша успокаивается, и мы обнаруживаем на выходе этот самый первый операнд, который суммирован с нулём. Подали второй операнд - то же самое: сумму видим на выходе, когда период задержек закончился.
Именно по этой причине реальный сумматор в реальном процессоре снабжается входными и выходным регистрами - они позволяют отсеять те его состояния, которым нельзя доверять. Записали в первый регистр первый операнд по тактовому импульсу 1, затем второй по импульсу 2 (впрочем, можно и одновременно), и только потом по тактовому импульсу 3 записываем сумму в выходной регистр и пускаем дальше туда, где она понадобилась. Время между тактами должно быть заведомо больше, чем общие задержки в сумматоре - только при этом условии мы можем быть уверены в точности его работы. Попытки уменьшить тактовое время (мол, вот я счас сделаю мой проц более быстрым) неизбежно приведут к сбоям, т.е. к ошибкам в вычислениях.
Теперь понятно? Если всё ещё нет, задавайте вопросы, только не в виде программного кода - на этом уровне рассмотрения он не нужен.
И ещё: вы сделали два одинаковых вопроса - так тут не делается. Настоятельно советую удалить второй, который сейчас заблокирован.

Comments

[Даниил]

тактовый импульс на элементе(к примеру сумматоре) приходит от какого-то другого источника нежели чем с СУ в конвеерной многотактовой архитектуре, где любая команда за 5 тактов выполняется(хотя слышал что есть и за 20) Где непосредственно операция вычисления за 1 такт происходит?

[Виктор]

Даниил, похоже, мы с вами по-разному трактуем понятие "сумматор". Ещё раз повторюсь: сумматор - это комбинационная (т.е. не содержащая запоминающих элементов) цифровая схема. Её состояние выхода определяется состоянием входов и собственной таблицей истинности (в которую, обратите внимание, время как параметр не входит). Он умеет делать много чего (сумма, разность, сумма с переносом, разность с переносом, инкремент, декремент и т.д.), но не всё. Всё, что он умеет, он делает за один такт (точнее. ещё быстрее, но в процессорной технике не оперируют временами менее такта). Если мы захотим от него, чтобы он научился, например. делать сдвиги, то нам придётся дополнить его элементами памяти (сдвиговым регистром), и тогда он чисто формально перестаёт быть комбинационной схемой. Хотя на жаргоне его по-прежнему будут называть сумматором. Если мы пожелаем научить его, кроме суммирования, делать ещё и умножение, то регистр сдвига понадобится многократно, и вдобавок потребуется присобачивать к сумматору автомат управления всем этим усложнившимся хозяйством. Сумматор станет многотактовым устройством. Говорить о нём как о комбинационном устройстве станет совсем некорректно.
И тем не менее в основе будет всё тот же сумматор.

Answer 2

[rPman]

Приходит именно одновременно, даже если есть какие то различие из-за скорости света, времени там прилично, например между тактами.

Операция сложения делится на кучу мелких, типа поместить значение ячейки памяти в регистр, сложить, переместить результат, все они складываются в очередь и исполняются как получится, порядок определяет специальный модуль, если он решит что можно одновременно то так и сделает.

Answer 3

[Сергей]

К любому мало-мальки сложному устройству внутри процессора подводится тактовая частота.
И все элементы внутри такого устройства работают исходя из этой частоты.
Пусть имеется сумматор с 2 входами. Третий вход такого сумматора всегда будет тактовым. Т.о.
сумматор будет выполнять свою работу только при изменении тактового сигнала скажем с 0 на 1.
т.о. неважно когда приходят (на самом деле не приходят, а выставляются) уровни на входах. Важно какие они в момент прихода тактового импульса.

т.е. в момент времени 1 - выставляется уровень на входе 1, в момент времени 2 - выставляется уровень на входе 2 .. в момент времени 3 - подается тактовый импульс (сумматор суммирует) и через некоторое время на выходе имеется какое-то значение результата который идет дальше, и при следующем тактовом импульсе этот результат может быть обработан другими схемами.