基于微程序控制的浮点运算模型机的设计与实现

发布时间：2017-03-23 04:21

  本文关键词：基于微程序控制的浮点运算模型机的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着计算机的发展,浮点运算的高精度特性使其在计算机设计与发展中扮演越来越重要的角色,浮点运算由协处理器的身份到合成在处理器中其在处理器的份量逐步加重。浮点运算的运算性能和速度现已成为衡量CPU能力的重要衡量标准。本课题是基于研究浮点运算及模型机设计的方向上,实现并完成了微程序控制的浮点运算模型机。浮点运算模型机的设计是在定点运算模型机的基础上进行的扩展性研究设计。现有的模型机提供的是定点运算功能,模型机设计的基础是基于冯?诺依曼结构,即其将计算机划分为运算器模块、控制器模块、存储器模块及其他辅助模块进行设计实现。在浮点运算模型机设计过程中,首先依据浮点数标准IEEE754设计出切合本模型机的浮点数,并参照精简指令集设计出浮点运算模型机指令系统,其中指令系统是由3条面板指令和23条功能指令构成。整个浮点运算模型机的核心设计主要是浮点运算器的设计,在该设计中首先进行浮点运算流程设计并根据该流程将运算器的设计划分为对阶移位模块、尾数运算模块、结果处理模块。其中在结果处理模块中,主要进行的是运算结果的规格化,同时由于阶码及尾数的相关处理会导致数据的溢出,因此在该模块需要设计溢出状况的标志位的置位。浮点运算模型机是基于微程序控制的定点运算模型机上的研究设计,在辅助模块及指令系统需要相应的改进才能完成浮点运算整机的实现。浮点运算模型机是对定点运算模型机的功能的扩展和改进。与定点运算模型机相比,在运算器处理数据的范围有了很大的扩展,提高了运算处理数据精度。同时对开拓学生自主实验内容,对学习浮点运算具有实践意义。
【关键词】：模型机 指令系统 RISC 微程序 浮点运算
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP332.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 课题研究背景及现实意义10
• 1.2 国内外研究发展现状10-11
• 1.3 论文主要研究内容11-12
• 1.4 本文的组织结构12-14
• 第二章 浮点运算模型机的总体设计14-22
• 2.1 浮点运算模型机的总体概况14-15
• 2.1.1 浮点运算模型机总体模块设计14-15
• 2.1.2 模型机的总体逻辑布局15
• 2.2 浮点运算器模块的设计原理15-18
• 2.2.1 算术逻辑单元的工作原理15-17
• 2.2.2 浮点运算的设计原理17-18
• 2.3 开发工具的介绍18-21
• 2.3.1 FPGA相关概述18-19
• 2.3.2 FPGA的设计流程19-20
• 2.3.3 开发软件平台的相关简介20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第三章 浮点运算模型机基础模块的设计与实现22-38
• 3.1 浮点运算模块的总体结构设计22-23
• 3.2 定点运算模块的设计与实现23-25
• 3.2.1 定点运算器模块的设计原理23-24
• 3.2.2 定点运算器模块的设计实现24-25
• 3.3 对阶移位模块的设计与实现25-28
• 3.3.1 对阶模块的设计与调试25-26
• 3.3.2 移位模块的设计与调试26-28
• 3.4 加减操作模块的设计与实现28-31
• 3.4.1 数码转换模块的设计与调试28-30
• 3.4.2 溢出判断模块的设计与调试30-31
• 3.5 结果处理模块的设计与实现31-36
• 3.5.1 左规处理模块的设计与调试31-33
• 3.5.2 尾数舍入模块的设计与调试33-34
• 3.5.3 右规处理模块的设计与调试34-35
• 3.5.4 结果输出模块的设计与调试35-36
• 3.6 本章小结36-38
• 第四章 浮点运算模型机辅助模块设计与实现38-50
• 4.1 指令系统的设计与实现38-44
• 4.1.1 指令系统的设计原理38-41
• 4.1.2 指令集的设计实现41-43
• 4.1.3 微指令的设计实现43-44
• 4.2 控制器模块的设计与实现44-47
• 4.2.1 微程序控制器的设计原理45
• 4.2.2 微程序控制器的设计实现45-47
• 4.2.3 微指令工作方式设计与实现47
• 4.3 存储器模块的设计与实现47-48
• 4.4 本章小结48-50
• 第五章 浮点运算模型机的整机搭建与设计50-56
• 5.1 浮点运算模型机模块搭建与调试50-54
• 5.1.1 基础模块搭建与调试50-53
• 5.1.2 辅助模块搭建与调试53-54
• 5.2 浮点运算模型机整机搭建与调试54-55
• 5.3 本章小结55-56
• 第六章 结论56-58
• 参考文献58-62
• 附录A62-63
• 附录B63-64
• 附录C64-65
• 附录D65-68
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果68-70
• 致谢70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 李涛;李欣光;任赛赛;;基于FPGA的模型计算机设计与实现[J];南开大学学报(自然科学版);2012年04期

2 张晶;李佳妍;魏凤歧;;教学型CPU的设计与实现[J];现代计算机(专业版);2007年10期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 陈芳;八位RISC-CPU设计和实现[D];苏州大学;2006年

  本文关键词：基于微程序控制的浮点运算模型机的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：262937