高性能ALU优化设计研究

发布时间：2020-11-09 04:52

　　 ALU(算术逻辑单元)是微处理器中最重要的部件之一,其速度、功耗和面积对微处理器性能具有决定性的影响。研究和设计高速度、低功耗、小面积的算术逻辑单元具有重要的研究和应用意义。 本文对现有ALU结构和分类进行了研究分析,并对其中的移位器、核心加法器的实现算法进行了重点分析。在此基础上,得到了采用桶形移位器,组间跳跃进位、组内超前进位的加法器优化设计方案。分析表明,此方案能够有效地提高ALU的综合性能。 在优化设计方案的框架下,本文完成了加法器逻辑优化设计和网表级的电路优化设计。对加法器的算法公式进行了逻辑变换,有效地避免了高速运算器由于不必要的翻转带来的功耗损失;在晶体管级的优化设计上,对关键电路采用传输管电路设计,较为有效地减少了电路的晶体管数量。 本文还用HSPICE工具对所设计的电路进行了验证,相关结果表明,所设计的电路功能正确;ALU的性能参数为:关键路径延时为1.32ns,功耗为96.4mw,总共使用了4972个晶体管,达到了速度、功耗和面积的综合性能要求。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TP332.1
【部分图文】：

第二章 ALU 相关算法研究 （HA）是一个（2,2）计数器，一个半加器（Half Adder）电路有两两个输出（和 S 和进位输出 C），它可以用图 2.4 所示的半来描述。

从半加器的逻辑表达式可以看出：半加器不考虑来自低位的进位，仅仅计算两个输入数据位的和，如果有向高位的进位就输出进位。从结构和功能上可以说半加器是最为简单的加法器，它通常是和全加器组合起来实现较复杂的加法运算，单独使用的场合不多[22]。● 全加器（FA）全加器是一个（3,2）计数器。和半加器相比较而言，它的第三个输入位为进位输入，通常接受来自低位的进位信号。可以用图 2.6 的全加器表格及简单的符号

FA(+)CiCi-1Si0001 11 11000 000111 11111100 10 11 1图 2.6 全加器符号及功能表这个电路的最通常的表达式为：i i i1S A B C = ⊕ ⊕ 1( )i i i i i iC A B C A B = + ⊕ 从上述逻辑表达式可以看出，全加器可以有很多种电路结构实现方了全加器的一些电路结构。
【引证文献】

相关博士学位论文 前1条

1 谢元斌;异构多核网络安全处理器硬件优化技术研究[D];西安电子科技大学;2011年

相关硕士学位论文 前2条

1 董博辉;多核处理器高性能ALU单元设计研究[D];西安电子科技大学;2010年

2 纪金国;高性能定点DSP中ALU单元的研究与设计[D];江南大学;2013年

本文编号：2875917