浮點(diǎn)數(shù)系統(tǒng)與對數(shù)數(shù)值系統(tǒng)處理器的比較研究.pdf

1、在當(dāng)前很多高速的實時應(yīng)用領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)運(yùn)算速率已經(jīng)達(dá)到了每秒鐘十億次運(yùn)算甚至更高，而這種苛刻的要求往往超出了現(xiàn)有處理器的運(yùn)算能力，這樣就對處理器的速度以及運(yùn)算精度提出了更高的要求：而解決此問題的方法之一就是選擇一個合適的數(shù)值處理系統(tǒng)。微處理器要達(dá)到高性能，其浮點(diǎn)處理能力是一個重要的方面。近年來，浮點(diǎn)數(shù)在高精度數(shù)字計算中被普遍使用，并且隨著數(shù)字信號處理和圖像處理等精度、實時性要求高的需求增長，其應(yīng)用范圍也越來越廣。IEEE-754浮點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)是

2、目前使用最廣泛的浮點(diǎn)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了符合該標(biāo)準(zhǔn)所需的浮點(diǎn)數(shù)的格式、精度、算術(shù)操作以及舍入、異常處理等。浮點(diǎn)數(shù)可以同時提供大范圍和高精度的數(shù)據(jù)，但它的運(yùn)算過程十分復(fù)雜，有時候無法滿足要求快速運(yùn)算的實時系統(tǒng)。而在對數(shù)數(shù)值系統(tǒng)(Logarithmic Number System，LNS)中，乘法和除法分別被轉(zhuǎn)換成為加法以及減法運(yùn)算，開方和冪運(yùn)算也被分別轉(zhuǎn)化成除法以及乘法運(yùn)算。這樣便可大大簡化復(fù)雜運(yùn)算，提高運(yùn)算效率。所以LNS比較適用于乘除法(

3、或開方以及冪運(yùn)算)所占比例較大的應(yīng)用環(huán)境中，如：濾波器。除此之外，應(yīng)用對數(shù)數(shù)值系統(tǒng)對于降低系統(tǒng)的功耗有著非常明顯的作用。 本文首先介紹了國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，并對浮點(diǎn)數(shù)處理單元進(jìn)行了分析，主要包括浮點(diǎn)加法、浮點(diǎn)乘法、浮點(diǎn)除法以及開平方算法的常用硬件實現(xiàn)方法；然后給出了純對數(shù)數(shù)值系統(tǒng)中的相關(guān)運(yùn)算以及兩種數(shù)值之間的轉(zhuǎn)換方法和具體實現(xiàn)；最后，從速度、精度、功耗等方面對兩種數(shù)值系統(tǒng)進(jìn)行了分析比較，從而給出了每種系統(tǒng)適用的場合，