作為一種新型的計算方式,分子計算具有高度并行性,運算速度快,貯存容量大,能量消耗低,資源豐富。其算法直觀有效,值得進一步研究。但由于分子計算對環(huán)境要求高,實際操作中精確度有限,實現(xiàn)困難,目前還沒有投入實際運行的分子計算機。電子計算已經(jīng)發(fā)展了幾十年,精確度高,編程性好。 本文給出了一種基于分子計算的電子方式的并行處理機模型,使用Verilog HDL設(shè)計出了模型實例,已在FPGA平臺上實現(xiàn)。這個模型在一定程度上結(jié)合了分子計算和電子計算的優(yōu)點。 該模型包括控制器、并行存儲處理器、I/O系統(tǒng)和存儲器,重點實現(xiàn)了與傳統(tǒng)計算機部件不同的控制器和并行存儲處理器�？刂破饔凶约旱囊惶字噶罴�,包括算術(shù)邏輯運算指令和基本的控制指令。并行存儲處理器包括并行存儲處理陣列、地址變換模塊、數(shù)據(jù)并行輸入模塊和輸出模塊四個功能部件,其中并行存儲處理陣列是整個并行存儲處理器的核心。其他三個單元實現(xiàn)附屬功能,用來提高輸入輸出效率。并行存儲處理陣列借鑒分子計算的算法思想,采用大規(guī)模并行計算,存儲與計算一體。地址變換模塊和數(shù)據(jù)并行輸入模塊通過四值邏輯實現(xiàn)并行輸入,輸出模塊使用了二分法。 本文的主要研究成果如下: 1.討論了基于分子計算的電子方式的并行處理機模型。它是一個完整的計算機系統(tǒng)。 2.設(shè)計并實現(xiàn)了控制器和并行存儲處理器。 3.對SAT問題和整數(shù)均分問題,參考分子計算的解題模型,在FPGA上分別實現(xiàn)了適合特定規(guī)模的SAT問題和整數(shù)均分問題的處理機實例,并進行了功能仿真。 4.對SAT問題和整數(shù)均分問題,在VC6.0環(huán)境下實現(xiàn)了針對較大規(guī)模問題的彩色圖形顯示系統(tǒng),該系統(tǒng)模擬硬件處理系統(tǒng)的步驟,直觀地展示了硬件執(zhí)行過程。 基于分子計算的并行處理機模型具有分子計算并行度高、可以得到全部解集的優(yōu)點,又有電子方式精確快速的優(yōu)點,經(jīng)仿真證明能夠有效地解決一些難題,是在多項式時間內(nèi)解決NP完全問題的一種嘗試。
【學(xué)位單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2009
【中圖分類】：TP332
【部分圖文】：

勸inxspartan一n芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)Sllces結(jié)構(gòu)圖2-2X習(xí)加區(qū)Spartan一n內(nèi)部結(jié)構(gòu)spartan一n主要包括CLB、FO塊、RAM塊和可編程連線。在spartan一n中，一個CLB包括2個Sllces，每個Sliees包括兩個LUT，兩個觸發(fā)器和相關(guān)邏輯。Slices可以看成是Spartan一n實現(xiàn)邏輯的最基本結(jié)構(gòu)。Altera的FLE習(xí)ACEX等芯片的結(jié)構(gòu)如圖2一3所示[30]。

在F比 X/ACEX中，一個LAB包括8個比(邏輯單元)，每個LE包括LUT，一個觸發(fā)器和相關(guān)邏輯。LE是FLE為IACEX芯片實現(xiàn)邏輯的最基本結(jié)如圖2一4所示。da語準(zhǔn)d日姐2d日幼3d日搖潤To「翻目丁偽政如如陀口叭價.改ToL人白L儀對l翻b七眺奎l日阮翻2偽如確與由科的減!國笑州3l翻沈側(cè)4LLL“出吻 吻糯糯糯糯糯糯糯糯糯 111逮如 如 如如C硯魷瀚幽 幽 幽幽幽幽幽幽莊莊莊莊莊莊莊 莊習(xí) nnnnnnnC如面的 的 的 PI 荊荊 (((里 里 里 里里 里 里 DOOO )))))))))))))))))))))))))))))))))一一，， rlrrrrrrrrrrrrrrrrrE以 以 CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCLR封 封}}}’ ’ }}}}}}}}}}}}}}}}}}}一 一一罕奮卜 卜卜卜 進進 進級 級 位位 位連 連 鏈鏈 鏈鏈 鏈 全 全 全局時鐘 鐘 C創(chuàng)抖次扭虎C昌.‘a(chǎn)白瑙“t圖2一4邏輯單元(LE)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖2.7并行處理機模型方式實現(xiàn)分子計算的并行處理機系統(tǒng)有以下優(yōu)點:得到問題的整個解集;代價小;得到精確解。從程序中讀入指令并進行指令譯碼，譯碼后將相應(yīng)的控制制各部分協(xié)調(diào)運行。計了自己的指令集，指令集中包括運算指令和控制指令兩減、乘法、邏輯、移位四類，控制指令包括讀數(shù)據(jù)存儲器、、輸出結(jié)果四類。具體如下所述，其中MDL--S(12:11)表示位的比特值，其余類似:指令:第一類為運算指令，指令最高位為O;第二類為控。指令長度15位。
【引證文獻】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 楊鞠華;一種新型的并行處理機的設(shè)計和算法[D];北京郵電大學(xué);2011年

本文編號：2886781