基于分子计算的并行处理机设计与实现

发布时间：2020-11-16 23:22

　　 作为一种新型的计算方式,分子计算具有高度并行性,运算速度快,贮存容量大,能量消耗低,资源丰富。其算法直观有效,值得进一步研究。但由于分子计算对环境要求高,实际操作中精确度有限,实现困难,目前还没有投入实际运行的分子计算机。电子计算已经发展了几十年,精确度高,编程性好。 本文给出了一种基于分子计算的电子方式的并行处理机模型,使用Verilog HDL设计出了模型实例,已在FPGA平台上实现。这个模型在一定程度上结合了分子计算和电子计算的优点。 该模型包括控制器、并行存储处理器、I/O系统和存储器,重点实现了与传统计算机部件不同的控制器和并行存储处理器。控制器有自己的一套指令集,包括算术逻辑运算指令和基本的控制指令。并行存储处理器包括并行存储处理阵列、地址变换模块、数据并行输入模块和输出模块四个功能部件,其中并行存储处理阵列是整个并行存储处理器的核心。其他三个单元实现附属功能,用来提高输入输出效率。并行存储处理阵列借鉴分子计算的算法思想,采用大规模并行计算,存储与计算一体。地址变换模块和数据并行输入模块通过四值逻辑实现并行输入,输出模块使用了二分法。 本文的主要研究成果如下: 1.讨论了基于分子计算的电子方式的并行处理机模型。它是一个完整的计算机系统。 2.设计并实现了控制器和并行存储处理器。 3.对SAT问题和整数均分问题,参考分子计算的解题模型,在FPGA上分别实现了适合特定规模的SAT问题和整数均分问题的处理机实例,并进行了功能仿真。 4.对SAT问题和整数均分问题,在VC6.0环境下实现了针对较大规模问题的彩色图形显示系统,该系统模拟硬件处理系统的步骤,直观地展示了硬件执行过程。 基于分子计算的并行处理机模型具有分子计算并行度高、可以得到全部解集的优点,又有电子方式精确快速的优点,经仿真证明能够有效地解决一些难题,是在多项式时间内解决NP完全问题的一种尝试。
【学位单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TP332
【部分图文】：

劝inxspartan一n芯片内部结构Sllces结构图2-2X习加区Spartan一n内部结构spartan一n主要包括CLB、FO块、RAM块和可编程连线。在spartan一n中，一个CLB包括2个Sllces，每个Sliees包括两个LUT，两个触发器和相关逻辑。Slices可以看成是Spartan一n实现逻辑的最基本结构。Altera的FLE习ACEX等芯片的结构如图2一3所示[30]。

在F比 X/ACEX中，一个LAB包括8个比(逻辑单元)，每个LE包括LUT，一个触发器和相关逻辑。LE是FLE为IACEX芯片实现逻辑的最基本结如图2一4所示。da语准d日姐2d日幼3d日摇润To「翻目丁伪政如如陀口叭价.改ToL人白L仪对l翻b七眺奎l日阮翻2伪如确与由科的减!国笑州3l翻沈侧4LLL“出吻 吻糯糯糯糯糯糯糯糯糯 111逮如 如 如如C砚鱿瀚幽 幽 幽幽幽幽幽幽庄庄庄庄庄庄庄 庄习 nnnnnnnC如面的 的 的 PI 荆荆 (((里 里 里 里里 里 里 DOOO )))))))))))))))))))))))))))))))))一一，， rlrrrrrrrrrrrrrrrrrE以 以 CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCLR封 封}}}’ ’ }}}}}}}}}}}}}}}}}}}一 一一罕奋卜 卜卜卜 进进 进级 级 位位 位连 连 链链 链链 链 全 全 全局时钟 钟 C创抖次扭虎C昌.‘a白瑙“t图2一4逻辑单元(LE)内部结构

图2.7并行处理机模型方式实现分子计算的并行处理机系统有以下优点:得到问题的整个解集;代价小;得到精确解。从程序中读入指令并进行指令译码，译码后将相应的控制制各部分协调运行。计了自己的指令集，指令集中包括运算指令和控制指令两减、乘法、逻辑、移位四类，控制指令包括读数据存储器、、输出结果四类。具体如下所述，其中MDL--S(12:11)表示位的比特值，其余类似:指令:第一类为运算指令，指令最高位为O;第二类为控。指令长度15位。
【引证文献】

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1 杨鞠华;一种新型的并行处理机的设计和算法[D];北京邮电大学;2011年

本文编号：2886781