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OPTIMIZED REVERSIBLE ARITHMETIC LOGIC UNITS
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作者 Payman Moallem Maryam Ehsanpour +1 位作者 Ali Bolhasani Mehrdad Montazeri 《Journal of Electronics(China)》 2014年第5期394-405,共12页
Arithmetic Logic Unit(ALU) as one of the main parts of any computing hardware plays an important role in digital computers. In quantum computers which can be realized by reversible logics and circuits, reversible ALUs... Arithmetic Logic Unit(ALU) as one of the main parts of any computing hardware plays an important role in digital computers. In quantum computers which can be realized by reversible logics and circuits, reversible ALUs should be designed. In this paper, we proposed three different designs for reversible 1-bit ALUs using our proposed 3×3 and 4×4 reversible gates called MEB3 and MEB4(Moallem Ehsanpour Bolhasani) gates, respectively. The first proposed reversible ALU consists of six logical operations. The second proposed ALU consists of eight operations, two arithmetic, and six logical operations. And finally, the third proposed ALU consists of sixteen operations, four arithmetic operations, and twelve logical operations. Our proposed ALUs can be used to construct efficient quantum computers in nanotechnology, because the proposed designs are better than the existing designs in terms of quantum cost, constant input, reversible gates used, hardware complexity, and functions generated. 展开更多
关键词 Reversible arithmetic logic unit(alu) Full Adder(FA) Control unit Reversible logic gates
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Fin Field Effect Transistor with Active 4-Bit Arithmetic Operations in 22 nm Technology
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作者 S.Senthilmurugan K.Gunaseelan 《Intelligent Automation & Soft Computing》 SCIE 2023年第2期1323-1336,共14页
A design of a high-speed multi-core processor with compact size is a trending approach in the Integrated Circuits(ICs)fabrication industries.Because whenever device size comes down into narrow,designers facing many po... A design of a high-speed multi-core processor with compact size is a trending approach in the Integrated Circuits(ICs)fabrication industries.Because whenever device size comes down into narrow,designers facing many power den-sity issues should be reduced by scaling threshold voltage and supply voltage.Initially,Complementary Metal Oxide Semiconductor(CMOS)technology sup-ports power saving up to 32 nm gate length,but further scaling causes short severe channel effects such as threshold voltage swing,mobility degradation,and more leakage power(less than 32)at gate length.Hence,it directly affects the arithmetic logic unit(ALU),which suffers a significant power density of the scaled multi-core architecture.Therefore,it losses reliability features to get overheating and increased temperature.This paper presents a novel power mini-mization technique for active 4-bit ALU operations using Fin Field Effect Tran-sistor(FinFET)at 22 nm technology.Based on this,a diode is directly connected to the load transistor,and it is active only at the saturation region as a function.Thereby,the access transistor can cutoff of the leakage current,and sleep transis-tors control theflow of leakage current corresponding to each instant ALU opera-tion.The combination of transistors(access and sleep)reduces the leakage current from micro to nano-ampere.Further,the power minimization is achieved by con-necting the number of transistors(6T and 10T)of the FinFET structure to ALU with 22 nm technology.For simulation concerns,a Tanner(T-Spice)with 22 nm technology implements the proposed design,which reduces threshold vol-tage swing,supply power,leakage current,gate length delay,etc.As a result,it is quite suitable for the ALU architecture of a high-speed multi-core processor. 展开更多
关键词 FinFET(22 nm)technology diode connection arithmetic logic unit reduce threshold voltage swing gate length delay leakage power
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High performance rapid single-flux-quantum bit-slice arithmetic logic unit
3
作者 Jing Ren Pei-Yao Qu +4 位作者 Jia-Hong Yang Xiang-Yu Zheng Hui Zhang Jie Ren Guang-Ming Tang 《Superconductivity》 2024年第3期73-79,共7页
Two optimization technologies, namely, bypass and carry-control optimization, were demonstrated for enhancing the performance of a bit-slice Arithmetic Logic Unit (ALU) in 2n-bit Rapid Single-Flux-Quantum (RSFQ) micro... Two optimization technologies, namely, bypass and carry-control optimization, were demonstrated for enhancing the performance of a bit-slice Arithmetic Logic Unit (ALU) in 2n-bit Rapid Single-Flux-Quantum (RSFQ) microprocessors. These technologies can not only shorten the calculation time but also solve data hazards. Among them, the proposed bypass technology is applicable to any 2n-bit ALU, whether it is bit-serial, bit-slice or bit-parallel. The high performance bit-slice ALU was implemented using the 6 kA/cm^(2) Nb/AlOx/Nb junction fabrication process from Superconducting Electronics Facility of Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology. It consists of 1693 Josephson junctions with an area of 2.46 0.81 mm^(2). All ALU operations of the MIPS32 instruction set are implemented, including two extended instructions, i.e., addition with carry (ADDC) and subtraction with borrow (SUBB). All the ALU operations were successfully obtained in SFQ testing based on OCTOPUX and the measured DC bias current margin can reach 86% - 104%. The ALU achieves a 100 utilization rate, regardless of carry/borrow read-after-write correlations between instructions. 展开更多
关键词 High performance Rapid Single-Flux-Quantum(RSFQ) arithmetic logic unit(alu) Optimization technologies Superconducting integrated circuits
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X-DSP ALU与移位部件的设计与实现 被引量:1
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作者 彭元喜 邹佳骏 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2010年第7期1978-1982,共5页
针对DSP CPU的算术运算逻辑单元(ALU)与移位部件在性能、功耗与面积上面临的挑战,研究了X型DSP的CPU体系结构,在对X型DSP ALU部件和移位器部件相关指令进行归类分析的基础上,设计实现了ALU部件和移位器部件。采用Design Compiler综合工... 针对DSP CPU的算术运算逻辑单元(ALU)与移位部件在性能、功耗与面积上面临的挑战,研究了X型DSP的CPU体系结构,在对X型DSP ALU部件和移位器部件相关指令进行归类分析的基础上,设计实现了ALU部件和移位器部件。采用Design Compiler综合工具,基于SMIC公司0.13μm CMOS工艺库对ALU移位部件进行了逻辑综合,电路功耗共为4.2821 mW,电路面积为71042.9804μm2,工作频率达到250 MHz。 展开更多
关键词 数字信号处理器 算术运算逻辑单元 桶形移位器 核心加法器 验证
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Graph Clustering Algorithm for RT Level ALU Technology Mapping
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作者 周海峰 林争辉 曹炜 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第11期1162-1167,共6页
Register transfer level mapping (RTLM) algorithm for technology mapping at RT level is presented,which supports current design methodologies using high level design and design reuse.The mapping rules implement a sou... Register transfer level mapping (RTLM) algorithm for technology mapping at RT level is presented,which supports current design methodologies using high level design and design reuse.The mapping rules implement a source ALU using target ALU.The source ALUs and the target ALUs are all represented by the general ALUs and the mapping rules are applied in the algorithm.The mapping rules are described in a table fashion.The graph clustering algorithm is a branch and bound algorithm based on the graph formulation of the mapping algorithm.The mapping algorithm suits well mapping of regularly structured data path.Comparisons are made between the experimental results generated by 1 greedy algorithm and graphclustering algorithm,showing the feasibility of presented algorithm. 展开更多
关键词 high level synthesis technology mapping register transfer level arithmetic logic units graphclustering algorithm
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基于规则的寄存器传输级ALU工艺映射算法的研究
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作者 周海峰 林争辉 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2002年第4期289-291,305,共4页
提出寄存器传输级工艺映射 (RTLM)算法 ,该算法支持使用高层次综合和设计再利用的现代VLSI设计方法学 ,允许复杂的RT级组件 ,尤其是算术逻辑单元 (ALU)在设计中重用 .该映射算法使用目标ALU组件来实现源ALU组件 ,映射规则通过表格的方... 提出寄存器传输级工艺映射 (RTLM)算法 ,该算法支持使用高层次综合和设计再利用的现代VLSI设计方法学 ,允许复杂的RT级组件 ,尤其是算术逻辑单元 (ALU)在设计中重用 .该映射算法使用目标ALU组件来实现源ALU组件 ,映射规则通过表格的方式给出 .此算法对于规则结构的数据通路特别有效 .应用k阶贪婪算法的实验结果表明 ,RTLM在高层次综合中对数据通路组件再利用是一种有效的方法 . 展开更多
关键词 高层次综合 寄存器传输级 算术逻辑单元 贪婪算法 工艺映射算法 超大规模集成电路
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基于OpenMP与VALU硬件加速的表面积分方程矩量法混合并行求解技术 被引量:2
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作者 刘金波 何芒 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期50-55,共6页
研究在共享内存式计算机架构下,基于OpenMP及矢量算术逻辑单元(VALU)硬件加速的表面积分方程矩量法的混合并行求解技术.讨论了矩量法并行程序设计中的关键问题,并分析了影响并行计算的主要因素.针对一些典型散射目标,给出了由混合并行... 研究在共享内存式计算机架构下,基于OpenMP及矢量算术逻辑单元(VALU)硬件加速的表面积分方程矩量法的混合并行求解技术.讨论了矩量法并行程序设计中的关键问题,并分析了影响并行计算的主要因素.针对一些典型散射目标,给出了由混合并行程序得到的雷达散射截面数值结果.通过对计算数据的对比分析,指出负载平衡及内存读取连续性是影响混合并行效率的关键问题所在. 展开更多
关键词 OPENMP 矢量算术逻辑单元(Valu) 表面积分方程 矩量法 内存延迟
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用VHDL语言实现ALU的算术运算单元
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作者 李飞 尹飞 +1 位作者 刘兴成 陈兴文 《大连民族学院学报》 CAS 2002年第3期9-11,共3页
介绍了利用可编程逻辑器件实现高速8位ALU的算术运算单元的设计方法,并且给出了算术运算单元的顶层原理图和用VHDL语言编写其子模块的程序.
关键词 算术逻辑存储单元 VHDL语言 CPLD
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一种基于ALU单元的时间冗余模型检错技术
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作者 尹立群 袁国顺 《微电子学与计算机》 CSCD 北大核心 2009年第2期140-143,共4页
为了提高系统的可靠性,提出了一种以时间冗余模型为基础,针对ALU电路的失效检错方法,称之为操作数反向重计算机制(简称REIO).相对传统的时间冗余检错方法RESO,本方法检错速度更快且面积更小.对于一个含有32×32位乘法器的ALU单元,采... 为了提高系统的可靠性,提出了一种以时间冗余模型为基础,针对ALU电路的失效检错方法,称之为操作数反向重计算机制(简称REIO).相对传统的时间冗余检错方法RESO,本方法检错速度更快且面积更小.对于一个含有32×32位乘法器的ALU单元,采用REIO算法相对于RESO算法,面积减少了10%左右. 展开更多
关键词 冗余设计 算术逻辑运算单元 时间冗余 错误检测
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一种基于ALU单元的改进的三模冗余结构设计
10
作者 尹立群 袁国顺 《电子器件》 CAS 2008年第6期1936-1938,1942,共4页
对于传统的三模冗余结构(TMR),当其中两个模块发生失效时可能出现功能相同的情况,造成三模冗余失效。为了解决这一问题,针对ALU模块的结构特点提出了对操作数编码的方法到达三个模块差异化的效果,采用此方法后能100%的消除TMR同功能失... 对于传统的三模冗余结构(TMR),当其中两个模块发生失效时可能出现功能相同的情况,造成三模冗余失效。为了解决这一问题,针对ALU模块的结构特点提出了对操作数编码的方法到达三个模块差异化的效果,采用此方法后能100%的消除TMR同功能失效的问题,同时此方法相对于模块的差异化设计成本更低,效果更明显。 展开更多
关键词 集成电路设计 三模冗余设计 操作数循环移位及取反容错 同部件失效问题 算术逻辑运算单元 差异化设计
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兼容MCS-96指令集的ALU设计
11
作者 梁圃 王道富 毛志刚 《微处理机》 2008年第2期15-18,共4页
设计了一款能够完全兼容MCS-96系列单片机指令集的ALU。在设计中使用了经过逻辑简化的运算单元和改进的T型进位链,有效缩短了关键路径的延迟。采用硬件资源共享的策略进行运算单元和移位单元的结构组织设计,在不增加指令执行周期的前提... 设计了一款能够完全兼容MCS-96系列单片机指令集的ALU。在设计中使用了经过逻辑简化的运算单元和改进的T型进位链,有效缩短了关键路径的延迟。采用硬件资源共享的策略进行运算单元和移位单元的结构组织设计,在不增加指令执行周期的前提下,最大限度地减小了电路面积。 展开更多
关键词 算术逻辑单元 运算单元 逻辑简化 T型进位链 移位单元 资源共享
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一种基于ALU运算单元的译码分配电路设计
12
作者 王媛 孙立宏 胡孔阳 《中国集成电路》 2022年第1期60-64,共5页
本文介绍了一种基于ALU运算单元的译码器分配电路硬件设计,利用verilog硬件描述语言实现整体设计,并利用仿真编译工具对硬件功能进行验证。该译码分配电路实现了对ALU指令行进行逻辑解析,译成各个控制字,控制ALU指令的执行。
关键词 alu运算单元 译码 分配
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FPGA动态重构技术在算术逻辑单元中的应用 被引量:7
13
作者 尚丽娜 徐新民 《电子器件》 CAS 2007年第3期1091-1094,共4页
基于Virtex2-Pro ML310开发环境,使用基于模块(Module-based)的部分动态可重构方式,实现了动态重构技术在算术逻辑单元中的运用.实验数据结果表明使用普通方法需要下载的文件大小是使用部分动态重构方法的5.82倍,部分动态重构以较小容... 基于Virtex2-Pro ML310开发环境,使用基于模块(Module-based)的部分动态可重构方式,实现了动态重构技术在算术逻辑单元中的运用.实验数据结果表明使用普通方法需要下载的文件大小是使用部分动态重构方法的5.82倍,部分动态重构以较小容量的硬件资源,实现了较大的时序系统整体功能,减小了算术逻辑单元的面积,增加了电路的下载速度并且提高了硬件利用率. 展开更多
关键词 FPGA 部分重构 动态重构 alu 总线宏
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逻辑平衡与高速数字电路 被引量:1
14
作者 周昔平 高德远 樊晓桠 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2002年第21期25-28,共4页
在设计者进行系统和电路级设计时,时常会将要实现的逻辑功能或操作较为平均地分配到时序中的各个阶段,称之为逻辑平衡设计。该论文引用了逻辑平衡的方法,将其运用在高速数字部件设计中,以常用运算单元如计数器,有限状态机和乘法器的高... 在设计者进行系统和电路级设计时,时常会将要实现的逻辑功能或操作较为平均地分配到时序中的各个阶段,称之为逻辑平衡设计。该论文引用了逻辑平衡的方法,将其运用在高速数字部件设计中,以常用运算单元如计数器,有限状态机和乘法器的高性能设计方案为例,分析了逻辑平衡在高速集成电路设计中的应用;并分析了逻辑平衡的方法在减小电路面积,提高电路的性价比和降低电路功耗中的作用。 展开更多
关键词 逻辑平衡 高速数字电路 运算单元 设计
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4个加数的并行加法器及扩展接口的研究 被引量:2
15
作者 刘杰 易茂祥 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2009年第11期1683-1686,共4页
算术逻辑运算单元(ALU)决定着中央处理器(CPU)的性能,而加法器又决定着ALU的性能。为了提高CPU的性能,文章提出了一种4个加数的并行加法器及其接口扩展的研究方案,论述了所提新型加法器的工作原理和过程,同时描述了接口扩充思想;最后,采... 算术逻辑运算单元(ALU)决定着中央处理器(CPU)的性能,而加法器又决定着ALU的性能。为了提高CPU的性能,文章提出了一种4个加数的并行加法器及其接口扩展的研究方案,论述了所提新型加法器的工作原理和过程,同时描述了接口扩充思想;最后,采用MAX+PLUSⅡ对设计电路进行了模拟验证,实验结果说明了所提加法器的设计合理性。 展开更多
关键词 算术逻辑运算单元 加法器 超前进位加法器
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6加数并行加法器及扩展接口的研究 被引量:1
16
作者 刘杰 易茂祥 《微电子学与计算机》 CSCD 北大核心 2009年第12期27-30,共4页
提出了一种6个加数的并行加法器及其接口扩展的研究方案.论述了所提新型加法器的工作原理和过程,同时描述了接口扩充思想.最后,采用MAX+PLUSⅡ对设计电路进行了模拟验证.实验结果说明了所提加法器的设计合理性,也证明了该加法器对6个加... 提出了一种6个加数的并行加法器及其接口扩展的研究方案.论述了所提新型加法器的工作原理和过程,同时描述了接口扩充思想.最后,采用MAX+PLUSⅡ对设计电路进行了模拟验证.实验结果说明了所提加法器的设计合理性,也证明了该加法器对6个加数的计算比采用串行累加更快. 展开更多
关键词 算术逻辑运算单元 加法器 超前进位加法器
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高性能数字信号处理器的设计 被引量:2
17
作者 严伟 龚幼民 《微处理机》 2004年第4期10-15,共6页
本文完成了 1 6位的数字信号处理器的设计 ,该数字信号处理器设计了针对信号处理的指令与体系结构 ,指令数为 88条 ,综合后数字信号处理器的内核单元数为 1 2 799。十六位定点数字信号处理器为单发射系统 ,采用了多数据和地址总线设计 ... 本文完成了 1 6位的数字信号处理器的设计 ,该数字信号处理器设计了针对信号处理的指令与体系结构 ,指令数为 88条 ,综合后数字信号处理器的内核单元数为 1 2 799。十六位定点数字信号处理器为单发射系统 ,采用了多数据和地址总线设计 ,使四级流水在流水线的四个周期保持正常的数据流动 ,分散的寄存器形式结构 ,使多数指令在一周期内得到完成。数字信号处理器包含了中央算术逻辑单元、乘法器单元、移位器单元、排序器单元、辅助寄存器单元、中断单元的设计。在中央算术逻辑单元中 ,完成加 /减运算以及逻辑运算 ,在进位链中采用了选择进位链 ,对数据溢出采用了饱和处理的方法 ;在乘法器单元中采用 BOOTH算法和先进进位加法器相结合的单元设计 ;在排序器设计中 ,按照中断、指令第二指令字、累加器、堆栈等不同的程序排序源设计不同的通路 ,并按照 ZLVC的条件 ,设计了条件转移指令 ;在辅助寄存器单元选择一条与正向进位相反方向的进位来实现 FFT算法位反序要求 ;在中断单元中 ,采用二级中断 ,大堆栈保存地址 ,流水“冲刷”技术。 展开更多
关键词 数字信号处理器 中断 流水线 中央算术逻辑单元
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基于现场可编程门阵列的RISC处理器设计 被引量:1
18
作者 东野长磊 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2011年第11期242-244,共3页
基于现场可编程门阵列(FPGA)平台,设计嵌入式精简指令集计算机(RISC)中央处理器(CPU)。参考无内部互锁流水级微处理器(MIPS)指令集制定原则设计CPU指令集,通过分析指令处理过程构建嵌入式CPU的5级流水线,结合数据前推技术和软件编译方... 基于现场可编程门阵列(FPGA)平台,设计嵌入式精简指令集计算机(RISC)中央处理器(CPU)。参考无内部互锁流水级微处理器(MIPS)指令集制定原则设计CPU指令集,通过分析指令处理过程构建嵌入式CPU的5级流水线,结合数据前推技术和软件编译方法解决流水线相关性问题,并实现CPU的算术逻辑单元、控制单元、指令cache等关键模块设计。验证结果表明,该嵌入式RISC CPU的速度和稳定性均达到设计要求。 展开更多
关键词 现场可编程门阵列 精简指令集计算机处理器 流水线相关性 算术逻辑单元
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一种简易MCU的加法器设计方法 被引量:1
19
作者 张恒 江猛 《信息与电子工程》 2011年第4期507-509,514,共4页
算术逻辑部件(ALU)是整个微控制单元(MCU)运算的核心,相当于人类的大脑。ALU的运算性能直接影响整个MCU运行的效率。一般简易MCU的内核只需进行加、减、逻辑运算等,不涉及到乘除,针对此特点设计了一种简易的加法电路,并在FPGA下进行仿... 算术逻辑部件(ALU)是整个微控制单元(MCU)运算的核心,相当于人类的大脑。ALU的运算性能直接影响整个MCU运行的效率。一般简易MCU的内核只需进行加、减、逻辑运算等,不涉及到乘除,针对此特点设计了一种简易的加法电路,并在FPGA下进行仿真验证,仿真结果达到了设计要求,该ALU部分能根据不同的使能信号实现加、减、逻辑与或非以及数据传输功能。 展开更多
关键词 微控制单元 算术逻辑部件 全加器 进位电路
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一种具有逻辑仿真功能的MCAI软件设计与实现
20
作者 王化兰 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2001年第18期148-149,161,共3页
文章主要介绍了自行研制的具有逻辑仿真功能的计算机组成原理实验多媒体CAI软件的设计思想,并从软件的总体设计、性能特点和设计技巧三个方面进行了阐述。
关键词 计算机组成原理 逻辑仿真 MCAI 教学软件
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