Специализированный процессор для умножения мантисс двух чисел с плавающей запятой

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Хабаровский Государственный Технический Университет

Кафедра ВТ

Курсовой проект

по дисциплине Схемотехника

тема: Специализированный процессор для умножения мантисс.

      Выполнил: студент группы                                                    ВМ-51 Лазебник В.Н.

Проверил:  доцент                                                Милютин В.М.

г. Хабаровск

1998 г.

1.Введение

Широкое применение специализированных процессоров характерно в настоящее время для самых разнообразных систем обработке информации, начиная от микропроцессорных систем и заканчивая высокопроизводительными многопроцессорными вычислительными комплексами. Во всех таких случаях спецпроцессоры, будучи ориентированы на решение определённого класса задач, позволяют добиться максимальной производительности в рамках используемой элементарной технологической базы. Их применение, например в качестве математического сопроцессора в ЭВМ семейства IBM, намного повысило быстродействие этих систем за счёт освобождения основного процессора от выполнения рутинных математических вычислений. Кроме того спецпроцессоры применяются и в традиционных областях - системах управления, работающих в реальном масштабе времени. Специализированные процессоры служат для решения узкого круга задач. Они применяются в качестве автономных вычислителей, контроллеров и т.д.

Специализированные процессоры реализуются в  трех видах:

1.  Программные специализированные процессоры.

2.  Микропрограммные специализированные процессоры.

3.Аппаратные специализированные процессоры.

Остановимся на аппаратных процессорах.

Их достоинства:

1) Высокая степень параллельности за счёт введения дополнительного оборудования.

2) Минимальное количество пересылок между регистрами и ОЗУ.

3) Максимальное быстродействие.

Недостатки аппаратных процессоров:

1) Отсутствие гибкости, присущей программным средствам («Жесткая логика»).

2) Ощутимое увеличение габаритов при усложнении процессора.

В настоящее время эти три типа процессора в чистом виде встречаются редко, чаще применяется какая-либо их комбинация.

Выбор типа специализированного процессора связан с методами, алгоритмами вычислений и структурой организации основного процесса.

В данном курсовом проекте рассмотрен пример аппаратного специализирован-ного процессора для табличного умножения мантисс двух чисел с плавающей запятой.

2.Постановка задачи.

Необходимо разработать специализированный процессор для выполнения операции табличного умножения мантисс чисел с плавающей запятой.

-  система счисления – шестнадцатиричная;

-   критерий оптимизации-быстродействие;

-  разрядность мантиссы – 24 разряда.

При проектировании в базовой части схемы применять следующие типы логики:

-  улучшенная микромощная ТТЛШ серии 1533 в пластиковом корпусе;

-  в обоснованных случаях – любые другие типы логики.

Проектируемый процессор оптимизировать по быстродействию, используя средства:

-  улучшение структуры устройства;

-  применение в узких местах микросхем повышенного быстродействия.

Предусмотреть установку схемы в исходное состояние при включении и сбое по питанию.

Предусмотреть фильтр цепей питания.

В разработке применить кварцевый генератор.

Выработать рекомендации по следующим свойствам процессора:

-  размеры и характер размещения проводников, размещение фильтрующих конденсаторов в пределах платы;

-  расположение микросхем по отношению к охлаждающему потоку воздуха;

рекомендации по обеспечению тепловых режимов.

3.Краткий обзор существующих методов и описание алгоритма функционирования процессора.

Табличное умножение чисел представляет собой ни что иное как умножение чисел «в столбик», т.е. существует 4 варианта табличного умножения-это умножение:

·  младших разрядов множителя на младшие разряды множимого;

·  младших разрядов множителя на старшие разряды множимого;

·  старших разрядов множителя на младшие разряды множимого;

·  старших разрядов множителя на на старшие разряды множимого.

Принципиальных различий в реализации вышеперечисленных способов умножения нет. Она(реализация)будет отличаться лишь способом загрузки регистров множимого и множителя и направлением сдвига в этих регистрах.

Данный процессор использует способ умножения старшего разряда множителя на младший разряд множимого. Причем умножение разрядов происходит только тогда, когда сумма номеров перемножаемых разрядов не меньше 4-х. Таким образом не производится умножение разрядов сомножителей, заведомо дающих ту часть результата которая создает переполнение заданной разрядной сетки и кото-рую впоследствии все равно пришлось бы отбросить.Это позволяет повысить быстродействие процессора. Так как вычисления производятся в шестнадцатирич-ной системе, то 24-х разрядная мантисса разбивается на 6 тетрад, старшая тетрада отводится под знак (0000-положительная мантисса, 0001-отрицательная), поэтому все сдвиги (множимого и множителя) производятся сразу на 4 разряда.

Умножение происходит по следующему алгоритму:

Старший разряд (5-я тетрада) множителя поочередно умножается на каждый разряд (тетраду) множимого начиная с 1-го, каждое следующее частичное произведение сдвинуто относительно предыдущего на 1 разряд (тетраду) и просуммированы.

Затем следующий разряд (4-я тетрада) множителя поочередно умножается на каждый разряд (тетраду) множимого, но уже начиная со 2-го.