[毕业论文] 浮点运算单元的设计与实现 [复制链接]

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毕业论文-浮点运算单元的设计与实现，共84页，33892字，附外文翻译

中文摘要

浮点数是按计算机中科学计数法所表达的数，浮点数运算是各种多媒体运

算中的主要部分，浮点运算单元是各种处理器中决定性能的重要单元。本论文

介绍在综合论文训练期间设计和实现一个 32 位浮点运算单元的课题研究情况。

该浮点运算单元与 IEEE 754 浮点数标准兼容，支持加法、乘法、除法、平方根、

浮点整数转换等基本的 32 位单精度浮点运算。前端算法设计采用了先进的乘加

结构计算乘法和加法(A+B×C)，在数据通道中融入了非规格化数的并行处理，为

了减小主加法器的宽度，先做规格化移位，再进行有效位数宽度的主加法，并

进行了舍入操作。综合结果表明乘加单元的延时较先前的设计有显著降低。整

个乘加单元采用了三级流水线，使得计算吞吐量较无流水线结构有明显提高；

对于除法和平方根计算，在采用了以 4 为基的 SRT 迭代算法，并针对不同的中

间结果表示方式选择了非规格化数的处理办法和舍入策略后，迭代周期得到控

制，算法效率大大提高。在用 Verilog HDL 语言设计了原型后，进行模拟验证，

然后采用了 0.18μm CMOS 单元库进行综合实现，并对整体原型的进行了布局布

线。后模拟的结果表明，整个设计达到了预期的目标。

关键词：浮点运算单元，乘加结构，非规格化数处理，舍入操作

目录

中文摘要........ I

ABSTRACT .II

目录... III

第 一 章

引言 .....1

浮点运算单元应用背景 ........1

浮点运算单元评价指标 ........1

本设计流程与设计概述 ........2

第 二 章

浮点运算规范概述 .4

浮点数的存储格式 ......4

舍入(ROUNDING) 5

特殊数与特殊运算 ......6

异常 EXCEPTION.8

根据规范制定的内部数据结构 ......9

第 三 章

乘加结构的设计 ...10

传统浮点乘法与加法运算 ..10

乘加单元流水线结构描述 ..11

舍入策略 21

乘加单元综合结果 ....26

第 四 章

除法 ...28

SRT 除法迭代算法 ....28

除法单元的结构设计 29

除法单元的舍入策略 31

第 五 章

平方根 .........33

平方根算法 ......33

平方根模块的结构 ....34

舍入策略 37

第 六 章

测试和验证 .38

模拟测试 38

形式验证 41

第 七 章

第 八 章

综合与布局布线结果 .....43

总结 ...46

设计小结 46

设计展望 46

参考文献......48

致谢........50

声明........50

附录一 文献翻译译文....51

附录二 文献翻译原文....68

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