论文题目: 高性能通用处理器中浮点乘加部件的设计
论文类型: 硕士论文
论文专业: 计算机系统结构
作者: 梅小露
导师: 唐志敏
关键词: 乘加部件,前导预测,操作数前导预测,乘法旁路,加法旁路,双通路
文献来源: 中国科学院研究生院（计算技术研究所）
发表年度: 2005
论文摘要: 随着集成电路集成密度的持续提高和成本的不断降低,单一芯片内能够集成更多的器件,采用更复杂的结构,完成更强大的功能。浮点运算能力是考察一款通用处理器性能的重要指标之一。浮点乘加部件作为一种功能强大且用途广泛的运算部件,可以显著提高处理器的浮点运算能力。这一点已被多款商用的通用处理器所证明。因此,高性能通用处理器有必要增加浮点乘加部件。浮点乘加部件的优点包括:速度快,精度高,能够降低对总线带宽的需求,减少读写寄存器堆的压力,提高指令吞吐率等。此外,浮点乘加部件能够执行单独的乘法和加法指令,还能够在软件控制下进行除法、开根运算,实现基本函数功能。传统的浮点乘加部件采用“乘法-加法-规格化-舍入”的结构。与此不同,本文采用更为先进的浮点乘加部件结构,即“乘法-规格化-加法并舍入”,有效降低了延时,性能更为突出。缺点是付出了较大的面积代价。前导1预测(LOP)是浮点乘加部件设计的关键算法之一。浮点乘加部件需要实现3个操作数的前导1预测电路,传统的LOP算法不能直接处理3个操作数,通过间接方法实现又会增加关键路径延时并增大电路面积。针对这一局限,本文提出了三个操作数的前导1预测算法,进行了理论推导和实验比较,可以有效缩短前导1预测电路的延时并减少面积,从而缩短整个乘加部件的延时。通过浮点乘加部件执行乘加、乘法、加法的延时都是一样的,这可能会造成某些应用下乘加部件的性能反而不如乘法器和加法器的情况。乘法/加法旁路技术可以改变这种情况,将浮点乘加部件执行乘法/加法的时间有效降低,从而提高浮点乘加部件的总体浮点性能。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 浮点乘加部件概述
1.1 乘加部件的提出
1.2 采用浮点乘加部件的意义
1.2.1 浮点乘加部件的应用需求
1.2.2 浮点乘加部件的优点之一：速度快，精度高
1.2.3 浮点乘加部件的优点之二：实现浮点乘法和加法
1.2.4 浮点乘加部件的其他优点
1.2.5 浮点乘加部件通过软件实现除法、求余数、开根及基本函数功能
1.3 论文的基本架构
第二章 乘加部件的研究现状和使用情况
2.1 通用处理器领域
2.1.1 IBM 采用的乘加部件
2.1.2 Intel IA-64 架构采用的乘加部件
2.1.3 MIPS/SGI 采用的乘加部件
2.1.4 其他商用处理器的情况
2.2 DSP 领域的研究和发展现状
2.3 图形处理领域
2.4 小节
第三章 浮点乘加联合部件的设计结构及算法
3.1 以往设计结构的回顾
3.1.1 IEEE-754 标准对浮点操作的规定
3.1.2 IBM RS/6000 的浮点乘加部件结构
3.1.3 PowerPC 603e & 604e 处理器采用了改进的MAF
3.1.4 Lang 与Bruguera 提出缩短延时的浮点乘加部件设计结构
3.2 改进的浮点乘加部件的结构
3.2.1 乘法模块的设计
3.2.2 对齐移位
3.2.3 符号检测
3.2.4 指数差与规格化移位量之间的关系
3.2.5 加法和舍入
3.2.6 例外处理
3.3 小节
第四章 三操作数前导1 预测算法
4.1 浮点乘加部件中传统的前导1 预测算法
4.2 三操作数的前导1 预测算法
4.2.1 Case P≥0
4.2.2 Case P<0
4.3 实验结果
第五章 优化浮点乘加部件
5.1 降低浮点乘法和浮点加法的延时
5.1.1 浮点乘法旁路
5.1.2 浮点加法旁路
5.2 基于标准单元的优化
5.3 小节
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 进一步的工作
参考文献
致 谢
作者简历
发布时间: 2006-12-26
参考文献
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