本文關(guān)鍵詞：基于Power ISA指數(shù)對數(shù)估計值指令的設(shè)計

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【摘要】：隨著計算機的普及,人們對計算機的性能要求越來越高。在現(xiàn)代微處理器中,浮點單元占有非常重要的地位,它在圖像處理方面以及信號處理方面都起到非常關(guān)鍵的作用。同時,在數(shù)值運算方面,浮點數(shù)所能表示的范圍更大,運算精度更高。浮點運算單元除了可以實現(xiàn)簡單的乘加的運算之外,也要求實現(xiàn)三角函數(shù)、指數(shù)、方根等初等函數(shù)的運算。本文針對浮點單元中的指數(shù)對數(shù)估計值指令進行了設(shè)計與實現(xiàn)。浮點數(shù)操作需要遵循IEEE 754標(biāo)準(zhǔn),同時需要兼顧指令集的要求。所以首先本文對IEEE 754標(biāo)準(zhǔn)進行了深入的探討,同時對Power PC中的浮點單元進行了總結(jié),結(jié)合指令集要求與IEEE 754標(biāo)準(zhǔn)確定了舍入方式,以及異常處理等方面,為進一步的研究打下了基礎(chǔ)。指數(shù)對數(shù)估計值的實現(xiàn)算法有許多種,本文對適用于指數(shù)對數(shù)估計值的算法進行了研究與對比,算法包括函數(shù)逼近法、間接查表法、線性近似法、函數(shù)迭代法、數(shù)字循環(huán)法等算法等。并給出了指數(shù)對數(shù)的計算表達式。在比較了各種算法的速度、面積以及復(fù)雜度等方面后,得出了一種最適合本文設(shè)計的算法,該算法的速度較快,面積適中。在間接查表法中,較為適合進行指數(shù)對數(shù)運算的有Martin Stanley的算法與P.T.P.Tang的算法,本文通過對比Martin Stanley所提出的算法與P.T.P.Tang所提出的算法的優(yōu)缺點,提出了一種多項式擬合與查找表相結(jié)合的算法,該算法的擬合多項式較為簡單且查找表面積適中,并且在實現(xiàn)過程中不需要乘除等復(fù)雜的操作。最后,根據(jù)本文提出的算法進行仿真與驗證,代碼部分使用Matlab與Modelsim聯(lián)合仿真,對結(jié)果正確性的驗證采用指數(shù)遞增與尾數(shù)隨機相結(jié)合的驗證方法,該方法可以確保尾數(shù)的索引位被遍歷,驗證了算法的正確性。最后使用Design Compiler進行綜合。經(jīng)過仿真與驗證,本設(shè)計可以滿足Power PC中浮點單元中指數(shù)與對數(shù)估計值的設(shè)計要求。
【關(guān)鍵詞】：浮點單元 微處理器 IEEE 754標(biāo)準(zhǔn) 估計值 指數(shù)對數(shù)
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP332
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 符號對照表10-11
• 縮略語對照表11-14
• 第一章 緒論14-20
• 1.1 課題研究背景14
• 1.2 浮點運算單元的研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景14-17
• 1.3 論文的研究內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu)17-20
• 第二章 Power ISA中向量浮點單元分析20-30
• 2.1 Power PC中的向量浮點單元簡介20-21
• 2.2 Power ISA中浮點數(shù)格式21-23
• 2.2.1 IEEE 754標(biāo)準(zhǔn)22
• 2.2.2 浮點數(shù)格式22-23
• 2.3 Power ISA中的向量寄存器單元23-25
• 2.3.1 向量寄存器VR（Vector Register）23-24
• 2.3.2 向量狀態(tài)控制寄存器VSCR（Vector Status and Control Register）24
• 2.3.3 向量寄存器保存寄存器（VR Save Register）24-25
• 2.4 Power ISA浮點規(guī)則25-28
• 2.4.1 舍入方法25-26
• 2.4.2 浮點異常26-27
• 2.4.3 特殊值27-28
• 2.5 本章小結(jié)28-30
• 第三章 指數(shù)對數(shù)算法分析30-36
• 3.1 非迭代法30-32
• 3.1.1 直接查表法30-31
• 3.1.2 函數(shù)逼近法與間接查表法31-32
• 3.1.3 多項式擬合法32
• 3.2 函數(shù)迭代法32-34
• 3.3 數(shù)字循環(huán)算法34-35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 第四章 Power ISA中指數(shù)估計值指令的設(shè)計36-48
• 4.1 指數(shù)對數(shù)估計值指令36-37
• 4.2 算法的基本原理37-38
• 4.3 Power ISA中指數(shù)估計值的實現(xiàn)算法38-42
• 4.3.1 L值的確定39
• 4.3.2 具體實現(xiàn)39-42
• 4.4 計算查找表42-44
• 4.5 仿真與驗證44-46
• 4.6 本章小結(jié)46-48
• 第五章 Power ISA中對數(shù)估計值指令的設(shè)計48-68
• 5.1 底數(shù)為2的對數(shù)估計值指令48-49
• 5.2 算法的基本原理49-50
• 5.3 Power ISA中對數(shù)估計值的實現(xiàn)算法50-54
• 5.4 計算查找表54-58
• 5.5 仿真與驗證58-67
• 5.6 本章小結(jié)67-68
• 第六章 總結(jié)與展望68-70
• 6.1 總結(jié)68
• 6.2 展望68-70
• 參考文獻70-72
• 致謝72-74
• 作者簡介74-75

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 牟勝梅;李兆剛;;一種面向FPGA的指/對數(shù)函數(shù)求值算法[J];計算機工程與應(yīng)用;2011年33期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 陳芳園;浮點處理單元設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究與實現(xiàn)[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

2 潘宏亮;浮點指數(shù)類超越函數(shù)的運算算法研究與硬件實現(xiàn)[D];西北工業(yè)大學(xué);2006年

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本文編號：1084139