基于Power ISA指数对数估计值指令的设计

发布时间：2017-10-23 15:43

  本文关键词：基于Power ISA指数对数估计值指令的设计

  更多相关文章： 浮点单元 微处理器 IEEE 754标准 估计值 指数对数

【摘要】：随着计算机的普及,人们对计算机的性能要求越来越高。在现代微处理器中,浮点单元占有非常重要的地位,它在图像处理方面以及信号处理方面都起到非常关键的作用。同时,在数值运算方面,浮点数所能表示的范围更大,运算精度更高。浮点运算单元除了可以实现简单的乘加的运算之外,也要求实现三角函数、指数、方根等初等函数的运算。本文针对浮点单元中的指数对数估计值指令进行了设计与实现。浮点数操作需要遵循IEEE 754标准,同时需要兼顾指令集的要求。所以首先本文对IEEE 754标准进行了深入的探讨,同时对Power PC中的浮点单元进行了总结,结合指令集要求与IEEE 754标准确定了舍入方式,以及异常处理等方面,为进一步的研究打下了基础。指数对数估计值的实现算法有许多种,本文对适用于指数对数估计值的算法进行了研究与对比,算法包括函数逼近法、间接查表法、线性近似法、函数迭代法、数字循环法等算法等。并给出了指数对数的计算表达式。在比较了各种算法的速度、面积以及复杂度等方面后,得出了一种最适合本文设计的算法,该算法的速度较快,面积适中。在间接查表法中,较为适合进行指数对数运算的有Martin Stanley的算法与P.T.P.Tang的算法,本文通过对比Martin Stanley所提出的算法与P.T.P.Tang所提出的算法的优缺点,提出了一种多项式拟合与查找表相结合的算法,该算法的拟合多项式较为简单且查找表面积适中,并且在实现过程中不需要乘除等复杂的操作。最后,根据本文提出的算法进行仿真与验证,代码部分使用Matlab与Modelsim联合仿真,对结果正确性的验证采用指数递增与尾数随机相结合的验证方法,该方法可以确保尾数的索引位被遍历,验证了算法的正确性。最后使用Design Compiler进行综合。经过仿真与验证,本设计可以满足Power PC中浮点单元中指数与对数估计值的设计要求。
【关键词】：浮点单元 微处理器 IEEE 754标准 估计值 指数对数
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP332
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 符号对照表10-11
• 缩略语对照表11-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 课题研究背景14
• 1.2 浮点运算单元的研究现状与发展前景14-17
• 1.3 论文的研究内容及论文结构17-20
• 第二章 Power ISA中向量浮点单元分析20-30
• 2.1 Power PC中的向量浮点单元简介20-21
• 2.2 Power ISA中浮点数格式21-23
• 2.2.1 IEEE 754标准22
• 2.2.2 浮点数格式22-23
• 2.3 Power ISA中的向量寄存器单元23-25
• 2.3.1 向量寄存器VR（Vector Register）23-24
• 2.3.2 向量状态控制寄存器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浮点规则25-28
• 2.4.1 舍入方法25-26
• 2.4.2 浮点异常26-27
• 2.4.3 特殊值27-28
• 2.5 本章小结28-30
• 第三章 指数对数算法分析30-36
• 3.1 非迭代法30-32
• 3.1.1 直接查表法30-31
• 3.1.2 函数逼近法与间接查表法31-32
• 3.1.3 多项式拟合法32
• 3.2 函数迭代法32-34
• 3.3 数字循环算法34-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第四章 Power ISA中指数估计值指令的设计36-48
• 4.1 指数对数估计值指令36-37
• 4.2 算法的基本原理37-38
• 4.3 Power ISA中指数估计值的实现算法38-42
• 4.3.1 L值的确定39
• 4.3.2 具体实现39-42
• 4.4 计算查找表42-44
• 4.5 仿真与验证44-46
• 4.6 本章小结46-48
• 第五章 Power ISA中对数估计值指令的设计48-68
• 5.1 底数为2的对数估计值指令48-49
• 5.2 算法的基本原理49-50
• 5.3 Power ISA中对数估计值的实现算法50-54
• 5.4 计算查找表54-58
• 5.5 仿真与验证58-67
• 5.6 本章小结67-68
• 第六章 总结与展望68-70
• 6.1 总结68
• 6.2 展望68-70
• 参考文献70-72
• 致谢72-74
• 作者简介74-75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 牟胜梅;李兆刚;;一种面向FPGA的指/对数函数求值算法[J];计算机工程与应用;2011年33期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 陈芳园;浮点处理单元设计关键技术研究与实现[D];国防科学技术大学;2008年

2 潘宏亮;浮点指数类超越函数的运算算法研究与硬件实现[D];西北工业大学;2006年

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本文编号：1084139