Τεχνικές Βελτιστοποίησης Σύνθετων Αριθμητικών Συστημάτων

Τσουμάνης, Κωνσταντίνος; Tsoumanis, Konstantinos

dc.contributor.author	Τσουμάνης, Κωνσταντίνος	el
dc.contributor.author	Tsoumanis, Konstantinos	en
dc.date.accessioned	2016-09-16T07:11:52Z
dc.date.available	2016-09-16T07:11:52Z
dc.date.issued	2016-09-16
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/43552
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.2217
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Arithmetic techniques	en
dc.subject	Αριθμητικές μέθοδοι	el
dc.subject	Βελτιστοποίηση σχεδίασης	el
dc.subject	Αύξηση απόδοσης	el
dc.subject	Μονοπάτι δεδομένων	el
dc.subject	Συγχωνευμένες αριθμητικές πράξεις	el
dc.subject	Design optimization	en
dc.subject	Performance increase	en
dc.subject	Datapath	en
dc.subject	Fused arithmetic operations	en
dc.title	Τεχνικές Βελτιστοποίησης Σύνθετων Αριθμητικών Συστημάτων	el
dc.contributor.department	Εργαστήριο Μικροϋπολογιστών και Ψηφιακών Συστημάτων	el
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	Computer engineering	en
heal.classification	Hardware	en
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh85029495
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh85058890
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-06-22
heal.abstract	Τα σύγχρονα ενσωματωμένα συστήματα στοχεύουν σε υψηλών προδιαγραφών πεδία εφαρμογών, οι οποίες απαιτούν αποδοτικές υλοποιήσεις για υπολογιστικά απαιτητικές συναρτήσεις Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήματος (ΨΕΣ). Η απόδοση των συστημάτων ΨΕΣ επηρεάζεται εγγενώς από σχεδιαστικές αποφάσεις που αφορούν στην εσωτερική αρχιτεκτονική των αριθμητικών μονάδων που ενσωματώνουν. Συγχρόνως, η στοχευμένη ανάπτυξη αρχιτεκτονικών υλικού για την επιτάχυνση της εκτέλεσης εφαρμογών εξειδικευμένων πεδίων προσφέρει ένα βαθμό ετερογένειας, η οποία έχει αποδειχθεί ότι βελτιώνει την απόδοση και ελαττώνει την κατανάλωση ενέργειας. Ωστόσο, κατά τη σχεδίαση του μονοπατιού δεδομένων ενός επιταχυντή, οι αποφάσεις που λαμβάνονται επηρεάζουν σε μεγάλο βαθμό τόσο την απόδοση όσο και την αποτελεσματικότητά του. Στην παρούσα διατριβή αναπτύσσονται ορισμένες τεχνικές βελτίωσης της απόδοσης υπολογιστικών μονοπατιών δεδομένων για τη συμβατική αριθμητική αναπαράσταση συμπληρώματος ως προς 2 και για ορισμένες εναλλακτικές αριθμητικές αναπαραστάσεις, π.χ., Σωσίματος - Κρατουμένου, Αριθμητικά Συστήματα Υπολοίπων. Στοχεύοντας στη βελτιστοποίηση της σχεδίασης των μονάδων Άθροισης - Πολλαπλασιασμού (ΑΠ), παρουσιάζουμε μία βελτιωμένη τεχνική απευθείας μετασχηματισμού του αθροίσματος δύο αριθμών στη Modified Booth (MB) μορφή του συγχωνεύοντας τον αθροιστή και τη μονάδα ΜΒ κωδικοποίησης του πολλαπλασιαστή σε ένα και μοναδικό δομικό στοιχείο του μονοπατιού δεδομένων. Συνεπώς, ο αθροιστής της συμβατικής σχεδίασης ΑΠ εξαλείφεται και η διαδικασία μετασχηματισμού γίνεται ανεξάρτητη από το μήκος λέξης των εισόδων. Στη συνέχεια, υιοθετούμε μία αρχιτεκτονική υψηλής απόδοσης για τη σύνθεση ευέλικτων επιταχυντών υλικού, η οποία συνδυάζει τεχνικές βελτιστοποίησης τόσο από το υψηλότερο αρχιτεκτονικό όσο και από το χαμηλότερο αριθμητικό επίπεδο σχεδίασης περιλαμβάνοντας ομοιόμορφες και ευέλικτες υπολογιστικές μονάδες. Παρουσιάζουμε μία βελτιωμένη υπολογιστική μονάδα διεξάγοντας τους υπολογισμούς σε αριθμητική Σωσίματος - Κρατουμένου (ΣΚ) και διά μέσου των πράξεων πολλαπλασιασμού δίχως να απαιτούνται χρονοβόρες μετατροπές από την αναπαράσταση ΣΚ στην αντίστοιχη συμπληρώματος ως προς 2. Τα Αριθμητικά Συστήματα Υπολοίπων αποτελούν μία ελπιδοφόρα εναλλακτική τεχνική υλοποίησης αριθμητικών συστημάτων με στόχο την αύξηση της απόδοσης υπολογιστικά εντατικών εφαρμογών ΨΕΣ. Με στόχο την αύξηση της απόδοσης της λειτουργίας ΑΠ υπολοίπου 2^n+-1, εστιάζουμε στη βελτιστοποίηση της σχεδίασής της. Επιπλέον, επειδή οι αλυσιδωτές αριθμητικές λειτουργίες κυριαρχούν σε εφαρμογές ΨΕΣ και απαιτούν σημαντικούς πόρους του συστήματος για την εκτέλεσή τους, η διατήρηση των ενδιάμεσων αποτελεσμάτων σε μία πλεονάζουσα αναπαράσταση είναι μία ευρέως διαδεδομένη τεχνική για την επιτάχυνση και αποδοτικότερη εκτέλεση των αλυσιδωτών αριθμητικών λειτουργιών λόγω της εξάλειψης των ενδιάμεσων αθροίσεων. Χρησιμοποιώντας μία ειδική πλεονάζουσα αναπαράσταση υπολοίπου 2^n+1 σχεδιάζουμε μονάδες άθροισης / πολλαπλασιασμού υπολοίπου 2^n+1 με έναν ή δύο όρους στην αναπαράσταση αυτή στοχεύοντας στην ανάπτυξη μίας συστηματικής μεθοδολογίας για τη χρησιμοποίηση των προαναφερόμενων αριθμητικών μονάδων υπολοίπου 2^n+1. Τέλος, λαμβάνοντας υπόψη ότι εφαρμογές ΨΕΣ και πολυμέσων διεξάγουν μεγάλο αριθμό πολλαπλασιασμών με συντελεστές που δε μεταβάλλονται όσο εκτελείται μία εφαρμογή, διερευνούμε μία μη-πλεονάζουσα αναπαράσταση με προσημασμένα ψηφία και βάση το 4 και χρησιμοποιούμε την προτεινόμενη αναπαράσταση προκειμένου να διερευνήσουμε ένα σχέδιο προ-κωδικοποιημένου πολλαπλασιαστή προ-κωδικοποιώντας τους σταθερούς συντελεστές και αποθηκεύοντάς τους σε μία μνήμη τύπου ROM σε μία συμπυκνωμένη μορφή.	el
heal.sponsor	Ειδικός Λογαριασμός Κονδυλίων Έρευνας, Ε.Μ.Π.	el
heal.advisorName	Πεκμεστζή, Κιαμάλ	el
heal.committeeMemberName	Πεκμεστζή, Κιαμάλ	el
heal.committeeMemberName	Σούντρης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Οικονομάκος, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Ευσταθίου, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Γκιζόπουλος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Ρεϊσης, Διονύσιος	el
heal.committeeMemberName	Βέργος, Χαρίδημος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Εργαστήριο Μικροϋπολογιστών και Ψηφιακών Συστημάτων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	185 σ.
heal.fullTextAvailability	true