用于浮點(diǎn)加法器的舍入預(yù)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種可以改進(jìn)加法器性能的用于浮點(diǎn)加法器的舍入預(yù)測(cè)方法。利用該方法實(shí)現(xiàn)的舍入預(yù)測(cè)單元同加法器的尾數(shù)加法器并行工作，產(chǎn)生包含舍入信息的規(guī)格化移位控制信號(hào)和尾數(shù)調(diào)整控制信號(hào)。后序單元利用規(guī)格化移位控制信號(hào)對(duì)尾數(shù)和與指數(shù)進(jìn)行調(diào)整，可以得到包含舍入進(jìn)位信息的規(guī)格化結(jié)果；再利用尾數(shù)調(diào)整控制信號(hào)對(duì)移位后的尾數(shù)進(jìn)行調(diào)整，即可得到加法器最終結(jié)果。因此，采用此種預(yù)測(cè)單元的加法器，成功的將“符號(hào)確定”和“舍入”操作歸入“規(guī)格化”操作中，減少加法器中的兩級(jí)“消耗時(shí)間”的操作。該單元的面積以及關(guān)鍵路徑延遲并不隨著其所處理的操作數(shù)精度的增大而增加，因此它特別適用于高精度的加法器以及通過(guò)超大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)。
【專利說(shuō)明】用于浮點(diǎn)加法器的舍入預(yù)測(cè)方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及一種舍入預(yù)測(cè)方法，具體涉及一種用于浮點(diǎn)加法器的舍入預(yù)測(cè)方法?！尽颈尘凹夹g(shù)】】
[0002]文獻(xiàn)“G.Dimitrakopoulos, K.Galanopoulos, C.Mavrokefal idis, D.Nikolos, Low-power leading-zero counting and anticipation logic for high-speedfloating point units, Very Large Scale Integration (VLSI)Systems, IEEETransactions on, July2008, Volumel6, Issue7, pp.837-850.” 所涉及的前導(dǎo) 0、I 預(yù)測(cè)單兀是當(dāng)今廣泛用于提高浮點(diǎn)加法器性能的計(jì)算單元。使用該單元的浮點(diǎn)加法器，在實(shí)現(xiàn)在計(jì)算尾數(shù)加法的同時(shí)，不必等待尾數(shù)加法的計(jì)算結(jié)果，直接通過(guò)對(duì)兩個(gè)操作數(shù)尾數(shù)值的處理來(lái)預(yù)測(cè)前導(dǎo)O、I的個(gè)數(shù)，從而將前導(dǎo)O、I檢查延時(shí)從浮點(diǎn)加法器的關(guān)鍵路徑延時(shí)中移除。即將“規(guī)格化”步驟中的部分操作與尾數(shù)加法并行處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)浮點(diǎn)加法器整體性能的提升。
[0003]文獻(xiàn)“Jun Xu, Hong Wang, Desynchronize A Legacy Floating-Point AdderWith Operand-Dependant Delay Elements, Circuits and Systems (ISCAS), IEEEInternational Symposium on, 2011, pp.1427-1430.” 為我們介紹了一種雙路浮點(diǎn)加法算法。采用此種算法的浮點(diǎn)加法器，其數(shù)據(jù)通路被分成“CLOSE”和“FAR”兩條，每一條通路的關(guān)鍵路徑上都只包含一個(gè)復(fù)雜的右移對(duì)位移位單元或者左移規(guī)格化移位單元。加法器根據(jù)兩個(gè)浮點(diǎn)數(shù)的不同情況在兩個(gè)通路的結(jié)果中進(jìn)行選擇，并計(jì)算出浮點(diǎn)加法的最終結(jié)果。
[0004]不難看出，以上兩種流行的對(duì)浮點(diǎn)加法器算法的改進(jìn)方法中，都是采用了附加計(jì)算單元，通過(guò)并行計(jì)算來(lái)縮短浮點(diǎn)加法器的關(guān)鍵路徑延時(shí)，但是其計(jì)算過(guò)程非常復(fù)雜，而且隨著計(jì)算精度的提升，其單元面積，功耗，延遲都存在顯著增大。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]本發(fā)明提供了一種在計(jì)算尾數(shù)加法的同時(shí)，對(duì)尾數(shù)和進(jìn)行規(guī)格化移位以及相應(yīng)的指數(shù)調(diào)整操作進(jìn)行預(yù)測(cè)的舍入預(yù)測(cè)方法。該方法不僅考慮前導(dǎo)0、1在規(guī)格化操作過(guò)程中的移出，還考慮舍入對(duì)尾數(shù)和及指數(shù)的影響，且其預(yù)測(cè)過(guò)程不依賴加法器輸出。利用本發(fā)明所提供的舍入預(yù)測(cè)方法所產(chǎn)生的結(jié)果對(duì)浮點(diǎn)加法器的尾數(shù)和進(jìn)行規(guī)格化處理，可直接得到完成舍入的最終規(guī)格化結(jié)果。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]用于浮點(diǎn)加法器的舍入預(yù)測(cè)方法，舍入預(yù)測(cè)單元同加法器的尾數(shù)加法器并行工作，產(chǎn)生包含舍入進(jìn)位信息的規(guī)格化移位控制信號(hào)和尾數(shù)調(diào)整控制信號(hào)，利用規(guī)格化移位控制信號(hào)對(duì)尾數(shù)和與指數(shù)進(jìn)行調(diào)整，得到包含舍入進(jìn)位信息的規(guī)格化結(jié)果，利用尾數(shù)調(diào)整控制信號(hào)對(duì)移位后的尾數(shù)進(jìn)行調(diào)整，得到加法器的最終結(jié)果。
[0008]所述預(yù)測(cè)方法包括:(I)求取尾數(shù)高位進(jìn)位；(2)根據(jù)尾數(shù)高位進(jìn)位進(jìn)行舍入進(jìn)位預(yù)測(cè)；(3)根據(jù)步驟(I)和步驟(2)的結(jié)果產(chǎn)生和構(gòu)造包含舍入進(jìn)位信息的規(guī)格化移位控制信號(hào)和尾數(shù)調(diào)整控制信號(hào)。[0009]尾數(shù)高位進(jìn)位采用并行與遞推算法相結(jié)合的方法求取，具體為:
[0010]利用并行算法求得c [M-1]和c[M_4]，其余尾數(shù)高位進(jìn)位由c[M_l]和c[M_4]遞推得到，這里已知，z[0]=0Hc[M]=g[0]?l:c[M-l]，類似的，c[M-2]，c[M-3]，由 c[M-4]遞推得到，則可計(jì)算c[M-2]，c[M-3]分別為:
[0011 ] C [M-3] =g [3] ?1: (c [M-4] Mt [3])
[0012]c[M-2]=c_[M-2]?l: (c [M-4]Mt [3]Mt [4])
[0013]其中c_[M_2]為加速c[M_2]所構(gòu)造的中間結(jié)果。
[0014]所述步驟(2)舍入進(jìn)位預(yù)測(cè)的方法為:(2.1)首先根據(jù)尾數(shù)高位進(jìn)位判斷結(jié)果符號(hào)sgn ; (2.2)確定舍入進(jìn)位選擇信號(hào)，使之分別對(duì)應(yīng)結(jié)果為正和結(jié)果為負(fù)的情形；(2.3)根據(jù)結(jié)果符號(hào)sgn以及舍入進(jìn)位選擇信號(hào)從舍入進(jìn)位值中選出舍入進(jìn)位序列cr [O:1]，同理，根據(jù)結(jié)果符號(hào)sgn以及舍入進(jìn)位選擇信號(hào)選擇尾數(shù)高位進(jìn)位cx ; (2.4)根據(jù)步驟(2.3)選擇的尾數(shù)高位進(jìn)位cx的值判斷是否考慮由舍入帶來(lái)的低位進(jìn)位cfr對(duì)結(jié)果的影響；(2.5)判斷舍入進(jìn)位是否可以傳遞到高位以影響結(jié)果。
[0015]步驟(2.1)中，根據(jù)式sgn=sgn_l?~c[M]:a[N]判斷結(jié)果符號(hào)sgn,其中，sgn_l標(biāo)記兩個(gè)操作數(shù)是否異號(hào)，a [N]為指數(shù)較大操作數(shù)符號(hào)位。
[0016]步驟(2.2)中，確定舍入進(jìn)位選擇信號(hào)的方法為:
[0017]對(duì)同號(hào)的兩個(gè)操作數(shù),可直接求出舍入位選擇信號(hào)c_slctp[0]和c_slctn[0]:c_slctp [O] =sgn_lnor (~rmc [I])，c_slctn [O] =sgn_lnor (~rmc [0])；
[0018]當(dāng)兩個(gè)操作數(shù)異號(hào)時(shí)，分別求得舍入位選擇信號(hào)c_slctp [1:3]和c_slctn[l:3]:
[0019]
【權(quán)利要求】
1.用于浮點(diǎn)加法器的舍入預(yù)測(cè)方法，其特征在于:舍入預(yù)測(cè)單元同加法器的尾數(shù)加法器并行工作，產(chǎn)生包含舍入進(jìn)位信息的規(guī)格化移位控制信號(hào)和尾數(shù)調(diào)整控制信號(hào)，利用規(guī)格化移位控制信號(hào)對(duì)尾數(shù)和與指數(shù)進(jìn)行調(diào)整，得到包含舍入進(jìn)位信息的規(guī)格化結(jié)果，利用尾數(shù)調(diào)整控制信號(hào)對(duì)移位后的尾數(shù)進(jìn)行調(diào)整，得到加法器的最終結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的用于浮點(diǎn)加法器的舍入預(yù)測(cè)方法，其特征在于:所述預(yù)測(cè)方法包括:(I)求取尾數(shù)高位進(jìn)位；(2 )根據(jù)尾數(shù)高位進(jìn)位進(jìn)行舍入進(jìn)位預(yù)測(cè)；(3 )根據(jù)步驟(I)和步驟(2)的結(jié)果產(chǎn)生和構(gòu)造包含舍入進(jìn)位信息的規(guī)格化移位控制信號(hào)和尾數(shù)調(diào)整控制信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的用于浮點(diǎn)加法器的舍入預(yù)測(cè)方法，其特征在于:尾數(shù)高位進(jìn)位采用并行與遞推算法相結(jié)合的方法求取，具體為: 利用并行算法求得c [M-1]和c[M-4]，其余尾數(shù)高位進(jìn)位由c[M-l]和c[M-4]遞推得至Li，這里已知，ζ[0]=0,則:c[M]=g[0]?1:c[M-1] 類似的，c [M-2]，c [M-3]，由c [M-4]遞推得到，則可計(jì)算c [M-2]，c [M-3]分別為: c [M-3] =g [3] ?1: (c [M-4] Mt [3]) c [M-2] =c_ [M-2] ?1: (c [M-4] Mt [3] Mt [4]) 其中c_[M-2]為加速c[M-2]所構(gòu)造的中間結(jié)果。
4.如權(quán)利要求2所述的用于浮點(diǎn)加法器的舍入預(yù)測(cè)方法，其特征在于:所述步驟(2)舍入進(jìn)位預(yù)測(cè)的方法為:(2.1)首先根據(jù)尾數(shù)高位進(jìn)位判斷結(jié)果符號(hào)sgn ；(2.2)確定舍入進(jìn)位選擇信號(hào)，使之分別對(duì)應(yīng)結(jié)果為正和結(jié)果為負(fù)的情形；(2.3)根據(jù)結(jié)果符號(hào)sgn以及舍入進(jìn)位選擇信號(hào)從舍入進(jìn)位值中選出舍入進(jìn)位序列cr [O:1]，同理，根據(jù)結(jié)果符號(hào)sgn以及舍入進(jìn)位選擇信號(hào)選擇尾數(shù)高位進(jìn)位cx ; (2.4)根據(jù)步驟(2.3)選擇的尾數(shù)高位進(jìn)位ex的值判斷是否考慮由舍入帶來(lái)的低位進(jìn)位cfr對(duì)結(jié)果的影響；(2.5)判斷舍入進(jìn)位是否可以傳遞到高位以影響結(jié)果。
5.如權(quán)利要求4所述的用于浮點(diǎn)加法器的舍入預(yù)測(cè)方法，其特征在于:步驟(2.1)中，根據(jù)式sgn=sgn_l?-c[M]:a[N]判斷結(jié)果符號(hào)sgn,其中，sgn_l標(biāo)記兩個(gè)操作數(shù)是否異號(hào)，a[N]為指數(shù)較大操作數(shù)符號(hào)位。
6.如權(quán)利要求4所述的用于浮點(diǎn)加法器的舍入預(yù)測(cè)方法，其特征在于:步驟(2.2)中，確定舍入進(jìn)位選擇信號(hào)的方法為: 對(duì)同號(hào)的兩個(gè)操作數(shù)，可直接求出舍入位選擇信號(hào)c_slctp[0]和c_slctn[0],使之分別對(duì)應(yīng)結(jié)果為正和結(jié)果為負(fù)的情形:c_slctp[O]=sgn_lnor(-rmc[I])c_slctn[O]=sgn_lnor(-rmc[O]) 當(dāng)兩個(gè)操作數(shù)異號(hào)時(shí)，分別求得舍入位選擇信號(hào)c_Slctp[l:3]和c_slctn[l:3]:
7.如權(quán)利要求4所述的用于浮點(diǎn)加法器的舍入預(yù)測(cè)方法，其特征在于:由舍入帶來(lái)的低位進(jìn)位:cfr=cx?cr[0]:cr[l],其中:
8.如權(quán)利要求4所述的用于浮點(diǎn)加法器的舍入預(yù)測(cè)方法，其特征在于:步驟(2.5)的具體方法為:舍入進(jìn)位是否可以傳遞到最高位以改變尾數(shù)高位進(jìn)位值，由信號(hào)cth表征:cth=tx&&cr[l],其中，tx為預(yù)測(cè)信號(hào)，具體為:
9.如權(quán)利要求2所述的用于浮點(diǎn)加法器的舍入預(yù)測(cè)方法，其特征在于:步驟(3)中控制信號(hào)的產(chǎn)生和構(gòu)造按照以下步驟進(jìn)行: (3.1)規(guī)格化控制字段 構(gòu)造二進(jìn)制字符串l0ut[M+l:0]作為規(guī)格化控制字段，使之由一個(gè)1和M+1個(gè)0組成，其中1的位置為尾數(shù)和在規(guī)格化移位當(dāng)中需要移動(dòng)到最高有效位的那個(gè)數(shù)位，例如，當(dāng)1ut[0] =1時(shí)，尾數(shù)和所有有效位全部移動(dòng)到規(guī)格化尾數(shù)結(jié)果的有效位之外，它左邊“0”的個(gè)數(shù)減去1，即為指數(shù)應(yīng)該減少的值；當(dāng)其左邊沒(méi)有0時(shí)，即l0ut[M+l]=l時(shí)，指數(shù)應(yīng)該加1 ; 兩個(gè)操作數(shù)異號(hào)時(shí)，當(dāng)存在舍入進(jìn)位時(shí)，在求取異號(hào)兩操作數(shù)規(guī)格化控制字段時(shí)需考慮舍入對(duì)前導(dǎo)0、1預(yù)測(cè)結(jié)果糾錯(cuò)信號(hào)e-c的影響，得到異號(hào)尾數(shù)規(guī)格化控制糾錯(cuò)信號(hào)rr-d，于是異號(hào)時(shí)，尾數(shù)規(guī)格化控制序列l(wèi)ns[M+l:0]可以定義為:
1ns[M+1:0]=rr-d?{1,0}: {0,1} 當(dāng)兩個(gè)操作數(shù)同號(hào)時(shí)，尾數(shù)規(guī)格化需考慮是否需要右移1位:同號(hào)情況下的尾數(shù)規(guī)格化控制糾錯(cuò)信號(hào)rr-s可由結(jié)果符號(hào)sgn，尾數(shù)高位進(jìn)位c[M]、c[M-l]以及考慮舍入進(jìn)位的修正信號(hào)rr求得，則同號(hào)時(shí)，尾數(shù)規(guī)格化控制序列l(wèi)ss[l:0]可以定義為:
1ss [1: 0] =rr-s? {1, 0}: {0, 1} 這里1ss只針對(duì)兩個(gè)操作數(shù)同號(hào)的情況，所以它是同號(hào)尾數(shù)規(guī)格化控制序列的高兩位，而其余位置填0即可，則尾數(shù)規(guī)格化控制序列l(wèi)0ut[M+l:0]可求得:l0ut[M+1:0]=sgn-l?lns:{lss, M’ b0}(3.2)尾數(shù)調(diào)整控制字段 若舍入進(jìn)位為I，則是在尾數(shù)進(jìn)行規(guī)格化移位之后，在其最低位上進(jìn)行加I操作以實(shí)現(xiàn)舍入。
10.如權(quán)利要求9所述的用于浮點(diǎn)加法器的舍入預(yù)測(cè)方法，其特征在于:步驟(3.2)的實(shí)現(xiàn)方法為:構(gòu)造二進(jìn)制字符串丨81[1-1:0]，使移位后的尾數(shù)與丨81%-1:0]按位異或便可得到尾數(shù)舍入后的最終結(jié)果；構(gòu)造tr[M:0]，使之對(duì)應(yīng){T，grs}移入有效位后低位的值；使用c_s從{T，grs}選出tr的值；另外舍入移位情況還與尾數(shù)規(guī)格化控制信號(hào)rr有關(guān)，則trx [M-1:0]可由下式計(jì)算:

【文檔編號(hào)】G06F7/57GK103455305SQ201310379718
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月27日
【發(fā)明者】邵志標(biāo), 李凌浩 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)