单、双、扩展精度自适应浮点乘、除和开方运算单元实现

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1、华北电力大学(北京)硕士学位论文单、双、扩展精度自适应浮点乘、除和开方运算单元的实现姓名：王重阳申请学位级别：硕士专业：计算机科学与技术；计算机系统结构指导教师：夏宏201103摘要在当代的处理器设计中，通常使用专用部件来进行浮点计算，即浮点运算单元(FPU)。高精度计算、图形加速、数字信号处理等应用对浮点处理的要求越来越高，因此，FPU也成为当代微处理器中一个重要组成部分。由于集成电路技术的发展，芯片的集成密度大大提高，浮点运算能力成为继频率后评价CPU性能的又一重要指标。浮点运算能力的高低不仅决定了

2、该CPU的性能，而且决定了该CPU的应用领域，如何提高FPU的性能旱已成为一个重要的研究课题。本文从浮点格式标准出发，分析了浮点乘、除和开方的运算原理和计算公式，并在深入研究了基于牛顿迭代的Goldschmidt算法之后，设计并实现了高速浮点除法和开方运算单元，并成功的将浮点乘法运算融入其中，实现了乘法器的复用。本文所设计单元，支持单、双、扩三种浮点精度格式，除法运算分别需要15、19、23个周期，开方运算分别需要19、26、34个周期，乘法运算无论何种精度均只需5周期。在功能上，该单元可以完成浮点乘、

3、除和开方等多种运算。在硬件实现上，该单元采用ASIC的全定制电路设计方法，使用smicO．13微米的单元库进行仿真验证，最终主频可以达到380MHZ。关键词：浮点乘法；浮点除法：浮点开方；GoldsctllIlidt；FPUAbs仃actAbstractFPU(FloatingPointUnit)iscommoIllyusedasthededicatedcomponentinthedesi印ofmodemprocessors．Sincetheapplicationsofhi曲precision，伊aph

4、icsaccelerationanddigitalsi朗alprocessingproposehigllrequirerIlentsonfloatingpointprocessing，FPUhaSbecomeanimportantcomponentofmodemmicroprocessor．Astheinte伊atedcircuitteclmologyisdeVelopingrapidly，andtheintegrationdellsityhasbeenimproVed伊eatly，noatingpoi

5、ntperf．0mancebecomesakeyindicatorineValuatingCPU如rtherto仔equencies．Theperf．0manceoftheFPUdetenninesnotonlytheperfonnanceofCPU，butalsotheapplicationfieldsofCPU．’11lerefore，thestudyonhowtoimpr0Vethepe棚anceofFPUhaLsbecomeasignificantsubject．Thispaperanalyze

6、stheoperationprinciplesandthef-onIlulaofnoatingpointmultiplication，diVisionandsquareroot．ARerade印stlldyoftheGoldschmidta190rithmbasedonNeWtonIteration，thispaperdesi舯s觚dimplemelltsthehi曲一speednoatingpointdivision觚dsquarerootoperationunit，inte黟atingthefloa

7、tingpointmultiplicationoperationintoitsuccessmlly'thisachieVesinnlultiplexingthemultiplier．TheunitisadaptiVewithsingle，doubleorextendedprecision，孤dcompletestheoperationsoffloatingpointmultiplication，diVision觚dsquareroot．Illthehardw盯eimpl锄entation，theASIC

8、m11．customcirCuitdesi髓methodistakcn姐dasimuIationiscompletedusingSMIC0．13pmlibra阱111ercSultshowsthatthefinalf沁qu锄cyc弛reachto380MHZ．Keywords：F10ating-Point；Division；SquareRoot；Goldscl蚰idt；FPUⅡ华北电力火学硕’I：学位论文1．1课题背景及意义第l章绪论自从1