前導(dǎo)零預(yù)測邏輯的設(shè)計(jì)與應(yīng)用.pdf

1、一直以來，浮點(diǎn)運(yùn)算能力對于微處理器性能的評估至關(guān)重要。隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，高性能的浮點(diǎn)乘加部件(Multiply-Add-Fused, MAF)和加法器在浮點(diǎn)運(yùn)算單元的設(shè)計(jì)上，有著很高的地位。前導(dǎo)零預(yù)測器(LeadingZero Anticipation, LZA)并行于加法器工作，用于直接計(jì)算出浮點(diǎn)加法結(jié)果中首個(gè)1的位置，并通過前導(dǎo)零檢測器(LeadingZerosDetector, LZD)得到前導(dǎo)零數(shù)目。其對IEEE-754

2、算術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的浮點(diǎn)運(yùn)算的規(guī)格化操作階段進(jìn)行了優(yōu)化，是高性能加法電路和乘加電路中的關(guān)鍵部分。前導(dǎo)零預(yù)測器從預(yù)測結(jié)果的精確度上大致可分為兩種，一種是精確預(yù)測，一種是一位誤差預(yù)測。本文對前導(dǎo)零預(yù)測的算法與電路實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)兩種不同結(jié)構(gòu)的精確前導(dǎo)零預(yù)測器，并對三操作數(shù)前導(dǎo)零預(yù)測器進(jìn)行電路實(shí)現(xiàn)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對基本的前導(dǎo)零預(yù)測算法進(jìn)行介紹，描述了經(jīng)典的前導(dǎo)零預(yù)測器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對加法結(jié)果中首1位置的預(yù)測。并結(jié)合乘加

3、器結(jié)構(gòu)，描述了前導(dǎo)零預(yù)測邏輯在傳統(tǒng)乘加器中的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用。但由于預(yù)測數(shù)位后序列碼型的不同情況，會導(dǎo)致1位預(yù)測誤差的產(chǎn)生，因此該預(yù)測器為非精確預(yù)測。⑵對精確前導(dǎo)零預(yù)測的算法進(jìn)行研究，主要探討了并行糾錯和基于進(jìn)位信號糾錯兩種前導(dǎo)零糾錯算法。并行糾錯算法在對預(yù)測出的首1位置序列進(jìn)行檢測的同時(shí)，通過編碼樹電路每兩位檢測得到出錯碼型，最終得到糾錯信號，對規(guī)格化數(shù)目進(jìn)行修正?；谶M(jìn)位信號糾錯利用加法器中對應(yīng)預(yù)測的結(jié)果中首個(gè)1位置的進(jìn)位信號，對是否出現(xiàn)

4、預(yù)測誤差進(jìn)行判斷。同時(shí)，還描述了三操作數(shù)前導(dǎo)零預(yù)測算法。⑶實(shí)現(xiàn)了計(jì)算序列中前導(dǎo)零數(shù)目的前導(dǎo)零檢測器，其主要應(yīng)用于對首1位置預(yù)測序列的檢測。并分別基于并行糾錯前導(dǎo)零算法與進(jìn)位糾錯前導(dǎo)零算法，實(shí)現(xiàn)兩種不同結(jié)構(gòu)的精確前導(dǎo)零預(yù)測器電路。對于并行糾錯前導(dǎo)零預(yù)測器結(jié)構(gòu)，整個(gè)電路并行于加法器執(zhí)行，減小了電路延遲，提升了電路性能。對于進(jìn)位糾錯的前導(dǎo)零預(yù)測器結(jié)構(gòu)，利用加法器中的進(jìn)位信號使整個(gè)電路邏輯簡單，整體的電路面積較小。之后，根據(jù)三操作數(shù)前導(dǎo)零預(yù)測算