Microprocesador para el cálculo de la transformada rápida de Fourier ( CEMISID-FFT) - Andrade P. Liliana L. - Díaz M. Omar A. - Erazo P. Amilcar J. - Fuguet.

Presentación del tema: "Microprocesador para el cálculo de la transformada rápida de Fourier ( CEMISID-FFT) - Andrade P. Liliana L. - Díaz M. Omar A. - Erazo P. Amilcar J. - Fuguet."— Transcripción de la presentación:

1 Microprocesador para el cálculo de la transformada rápida de Fourier ( CEMISID-FFT) - Andrade P. Liliana L. - Díaz M. Omar A. - Erazo P. Amilcar J. - Fuguet T. Cesar A. - Gamboa Q. Samantha M. - Márquez V. Pedro A. - Pérez A. Jesús A. - Sánchez M. Typson A. - Miguel R. Peña T.

2 INTRODUCCIÓN  Paralelismo CEMISID-FFT Envío simultáneo de instruccionesSegmentación

3 Sistemas de procesamiento según Flynn  SISD CEMISID-FFT Flujo único de instrucciones y de datos

4 Sistemas de procesamiento según Flynn  MISD CEMISID-FFT Flujo múltiple de instrucciones y flujo único de datos

5 Sistemas de procesamiento según Flynn  MIMD CEMISID-FFT Flujo múltiple de instrucciones y de datos

6 Sistemas de procesamiento según Flynn  SIMD CEMISID-FFT Flujo único de instrucciones y flujo múltiple de datos

7 PROCESADOR VECTORIAL  Definición  Características - Cálculos independientes - Las instrucciones indican gran cantidad de trabajo - Los accesos a memoria son con patrones fijos - Se eliminan las acciones de control sobre el encauce - ¿Desventaja? CEMISID-FFT

8 PROCESADOR VECTORIAL  Arquitectura CEMISID-FFT Arquitectura memoria - memoria

9 PROCESADOR VECTORIAL CEMISID-FFT Arquitectura registro - registro

10 PROCESADOR VECTORIAL  Aplicaciones - Procesamiento multimedia - Procesamiento de señales digitales - Tratamiento de algoritmos evolutivos - Redes de comunicaciones - Criptografía - Ingeniería CEMISID-FFT

11 HERRAMIENTA ALLIANCE “Diseño en VLSI mediante VHDL”  Especificación de comportamiento  Síntesis CEMISID-FFT Bloques funcionales interconectados

12 HERRAMIENTA ALLIANCE “Diseño en VLSI mediante VHDL”  Colocación y enrutamiento CEMISID-FFT

13 FABRICACIÓN DEL CHIP CEMISID-FFT

14 ARQUITECTURA DEL PROCESADOR CEMISID-FFT

15 ARQUITECTURA DEL PROCESADOR CEMISID-FFT  Encauce

16 ARQUITECTURA DEL PROCESADOR CEMISID-FFT  Repertorio y Formato de Instrucciones (ISA) - Instrucciones con registros vectoriales

17 ARQUITECTURA DEL PROCESADOR CEMISID-FFT  Repertorio y Formato de Instrucciones (ISA) - Instrucciones con constantes

18 ARQUITECTURA DEL PROCESADOR CEMISID-FFT  Repertorio y Formato de Instrucciones (ISA) - Instrucciones de carga y almacenamiento en memoria

19 ARQUITECTURA DEL PROCESADOR CEMISID-FFT  Repertorio y Formato de Instrucciones (ISA) - Instrucción FFT

20 ARQUITECTURA DEL PROCESADOR CEMISID-FFT  Transformada Discreta de Fourier - Definición: Que en representación matricial corresponde con:

21 ARQUITECTURA DEL PROCESADOR CEMISID-FFT Y por simplificaciones matemáticas puede plantearse:

22 ARQUITECTURA DEL PROCESADOR CEMISID-FFT  Aplicaciones de la DFT - Procesamiento digital de señales - Resolución de ecuaciones diferenciales parciales - Multiplicación polinomial - Multiplicación de enteros grandes - Compresión de datos - Análisis espectral

23 DESCRIPCIÓN DE COMPONENTES CEMISID-FFT

24 DESCRIPCIÓN DE LA UNIDAD ARITMÉTICA - LÓGICA  Definición  Tipos de datos manejadosA=0001  Encauce CEMISID-FFT

25  Encauce CEMISID-FFT ADD 0000 0000 ADD 0000 0001 ADD 0000 0010 0000 0001 0010 0000 00010000

26  Operaciones - Lógicas: andv, orv, xorv, notv - Aritméticas: addsv, addv, subsv, subv, mulsv - De carga y almacenamiento: load, store CEMISID-FFT

27  Vista tope y puertos CEMISID-FFT Z_o C_o OVF_o N_o ALU_o C_i ALU_OP_i A_i B_i CLK MEM_ADDR_i MEM_RW_i A L U

28  Arquitectura interna CEMISID-FFT Unidad lógica Sumador/ Restador Sumador/ Restador Multiplicador Memoria de Datos mux2to1 mux4to1 Lógica de banderas A_i B_i ALU_OP_i ALU_o C_i MEM_ADDR_i MEM_RW_i Z_o C_o OVF_o N_o CLK 00 01 10 11 0 1 (1) (3 to 2)

29 UNIDAD LÓGICA  Definición  Puertos y vista tope CEMISID-FFT LU A_i B_i CLKALU_OP_i LU_o

30  Organización interna CEMISID-FFT

31  Componente mLU CEMISID-FFT

32 SUMADOR - RESTADOR  Vista tope y puertos CEMISID-FFT

33  Organización interna CEMISID-FFT

34 MULTIPLICADOR CEMISID-FFT  Vista tope y puertos Multiplicador encauzado Multiplicador encauzado X Y CLK Z

35  Organización interna CEMISID-FFT

36 MEMORIA DE DATOS  Puntos a exponer CEMISID-FFT

37 DESCRIPCIÓN DEL ARCHIVO DE REGISTROS VECTORIALES  Vista tope y puertos CEMISID-FFT

38 Operación de lectura CEMISID-FFT

39 Operación de escritura CEMISID-FFT

40 DESCRIPCIÓN DE LA MEMORIA DE INSTRUCCIONES  Puntos a exponer CEMISID-FFT

41 DESCRIPCIÓN DE LA UNIDAD DE DEPENDENCIA  Diseño de la entidad CEMISID-FFT CURR_INST_i HAZARD_o hazards_unit NEXT_INST_i Próxima instrucción Instrucción actual Indicación de dependencia

42 DESCRIPCIÓN DE LA UNIDAD DE DEPENDENCIA  Formato de instrucciones CEMISID-FFT Operacion Registro Destino Registro Fuente A Registro Fuente B Operacion Registro Destino Registro Fuente A Constante FFT Registro Fuente y Destino (Reales) Registro Fuente y Destino (Imag) LOAD Registro Destino Dirección en memoria STORE Registro Fuente Dirección en memoria 0 1234567891011 Inst. con Reg. Vectoriales Inst. con Constantes FFT Inst. Con Memoria

43 DESCRIPCIÓN DE LA UNIDAD DE DEPENDENCIA  Dependencia:  Dependencia de primer nivel  Procesador encauzado  Necesidad de esperar para que los datos sean congruentes CEMISID-FFT ADDR1R2R3 ADDR4R1R5 I1: I2:

44 DESCRIPCIÓN DE LA UNIDAD DE DEPENDENCIA  Tipos de comparaciones entre direcciones de registros CEMISID-FFT RVCteFFTLS RV1213 Cte1213 FFT4546 L1213 S NEXT_INST_i CURR_INST_i

45 DESCRIPCIÓN DE LA UNIDAD DE DEPENDENCIA  Tipos de comparaciones entre registros CEMISID-FFT RVCteFFTLS RV1213 Cte1213 FFT4546 L1213 S NEXT_INST_i CURR_INST_i Operacion Registro Destino Registro Fuente A Registro Fuente B Operacion Registro Destino Registro Fuente A Registro Fuente B 0 1234567891011 RV:

46 DESCRIPCIÓN DE LA UNIDAD DE DEPENDENCIA  Tipos de comparaciones entre registros CEMISID-FFT RVCteFFTLS RV1213 Cte1213 FFT4546 L1213 S NEXT_INST_i CURR_INST_i Operacion Registro Destino Registro Fuente A Registro Fuente B Operacion Registro Destino Registro Fuente A Constante 0 1234567891011 RV: Cte:

47 DESCRIPCIÓN DE LA UNIDAD DE DEPENDENCIA  Tipos de comparaciones entre registros CEMISID-FFT RVCteFFTLS RV1213 Cte1213 FFT4546 L1213 S NEXT_INST_i CURR_INST_i Operacion Registro Destino Registro Fuente A Registro Fuente B STORE Registro Fuente Dirección en memoria 0 1234567891011 RV: S:

48 DESCRIPCIÓN DE LA UNIDAD DE DEPENDENCIA  Tipos de comparaciones entre registros CEMISID-FFT RVCteFFTLS RV1213 Cte1213 FFT4546 L1213 S NEXT_INST_i CURR_INST_i Operacion Registro Destino A Registro Destino B Operacion Registro Destino Registro Fuente A Registro Fuente B 0 1234567891011 FFT: S:

49 DESCRIPCIÓN DE LA UNIDAD DE DEPENDENCIA  Tipos de comparaciones entre registros CEMISID-FFT RVCteFFTLS RV1213 Cte1213 FFT4546 L1213 S NEXT_INST_i CURR_INST_i FFT Registro Destino A Registro Destino B Operacion Registro Destino Registro Fuente A Constante 0 1234567891011 FFT: S:

50 DESCRIPCIÓN DE LA UNIDAD DE DEPENDENCIA  Tipos de comparaciones entre registros CEMISID-FFT RVCteFFTLS RV1213 Cte1213 FFT4546 L1213 S NEXT_INST_i CURR_INST_i FFT Registro Destino A Registro Destino B STORE Registro Fuente Direccide memoria 0 1234567891011 FFT: S:

51 DESCRIPCIÓN DE LA UNIDAD DE DEPENDENCIA  Tipos de comparaciones entre registros CEMISID-FFT RVCteFFTLS RV1213 Cte1213 FFT4546 L1213 S NEXT_INST_i CURR_INST_i Cuando la siguiente instrucción es LOAD no hay dependencia ya que no se utiliza registros como operandos Cuando la instrucción actual es STORE no importa que operación venga luego ya que el valor del registro fuente ya está en memoria

52 DESCRIPCIÓN DE LA UNIDAD DE DEPENDENCIA  Diseño CEMISID-FFT OperacionRegistro OperacionRegistro 0 1234567891011 NEXT_INST_i CURR_INST_i

53 DESCRIPCIÓN DE LA UNIDAD DE DEPENDENCIA  Diseño de comportamiento CEMISID-FFT Equal [4-5][4-5] Equal [4-5][6-7] Equal [4-5][8-9] Unidad de selección de dependencia Hazard Unidad Comparadora Equal [6-7][4-5] Equal [6-7] [6-7] Equal [6-7] [8-9] Equal [8-9][4-5] Equal [8-9] [6-7] Equal [8-9] [8-9] NEXT_INST_i CURR_INST_i

54 DESCRIPCIÓN DE LA UNIDAD DE DEPENDENCIA  Diseño de comportamiento  Unidad comparadora CEMISID-FFT Equal [4-5] [4-5] Equal [4-5] [6-7] Equal [4-5][8-9] Curr_Inst Next_Inst Comparador 2 bits Comparador 2 bits Comparador 2 bits

55 DESCRIPCIÓN DE LA UNIDAD DE DEPENDENCIA  Diseño de comportamiento  Unidad de selección de dependencia CEMISID-FFT Curr_Operation Next_Operation Equal [4-5][4-5] Equal [4-5][6-7] Equal [4-5][8-9] Unidad de selección de dependencia Hazard Equal [6-7][4-5] Equal [6-7] [6-7] Equal [6-7] [8-9] Equal [8-9][4-5] Equal [8-9] [6-7] Equal [8-9] [8-9]

56 DESCRIPCIÓN DE LOS REGISTROS DE ENCAUCE  Puntos a exponer CEMISID-FFT

57 DESCRIPCIÓN DE LA UNIDAD DE CONTROL  Vista tope y puertos CEMISID-FFT

58  Organización interna

59 CEMISID-FFT  FFT FSM  Hazard FSM

60 CEMISID-FFT  Organización interna

61 SIMULACIÓN DE COMPORTAMIENTO  Puntos a exponer CEMISID-FFT

62 EMULACIÓN EN FPGA  Puntos a exponer CEMISID-FFT

63 CONCLUSIONES  Puntos a exponer CEMISID-FFT

64 Ahora el CEMISID - FFT está listo para fabricarse tal como cualquier otro procesador comercial CEMISID-FFT from-sand-to-silicon-the-making-of-a-chip