Procesador Matematico De Punto Flotante

DISEÑO DE UN COPROCESADOR MATEMÁTICO DE PUNTO FLOTANTE
Instituto Politécnico Nacional
Escuela Superior de Ingenieria Mecánica y Eléctrica
Maestria en Ciencias de Ingeniería en Microelectrónica
México, Distrito Federal
Mayo de 2012
Ing. Alberto Méndez Jiménez
ing.albertomj@gmail.com

Resumen —Una Unidad de Punto Flotante
(Floating Point Unit en inglés) o, más
comúnmente conocido como coprocesadormatemático, es un componente de la CPU
especializado en las operaciones de punto
flotante. Las operaciones básicas que toda
FPU puede realizar son las aritméticas (suma
y multiplicación), si bien algunos sistemas
más complejos son capaces también de
realizar
cálculos
trigonométricos
o
exponenciales. El objetivo de este articulo, es
mostrar los avances que se tienen del
proyecto de tesis que serádesarrollado para
hacer un coprocesador matemático utilizando
VHDL, así su implementación en cualquier
FPGA usándolo como una aplicación o
periférico para el soft-processor Xilinx
MicroBlaze por medio de la utilización de la
Herramienta EDK del paquete de desarrollo
ISE 12.1 de Xilinx.
Palabras Clave —Coprocesador, Unidad de
Punto Flotante, VHDL, FPGA, FPU, ALU,
soft-processor , Xilinx, ISE DesignSuite,
EDK, Microblaze.

internamente sólo en formato real, por lo que
cualquier carga en los registros de coprocesador
provocará que dicho valor sea convertido a punto
flotante. Sus registros están estructurados en forma de
pila y se accede a ellos por el número de entrada que
ocupan en la pila.
El coprocesador puede obtener y escribir datos en
memoria de los siguientes tipos.
Words, 16 bits = 2bytes, (DD) definen enteros con
signo (-32768 a +32767).
Dwords, 32 bits = 4 bytes, (DD) definen enteros con
signo (-2.147.483.648 a +2.147.483.647), y valores
de punto flotante con precisión simple.
Qwords, 64 bits = 8 bytes, (DQ) definen valores en el
formato de punto flotante de doble precisión.
80 bits = 10 bytes, (DT) definen cantidades en el
formato de punto flotante con precisión plena(full
precision)

2 DISEÑO DEL SISTEMA
2.1 Descripción General

1 INTRODUCCIÓN.
1.1 Coprocesador:
Es un microprocesador de un ordenador utilizado
como suplemento de las funciones del procesador
principal (CPU)

Fig 1.1 Tipos de Coprocesadores

1.2. Coprocesador Matemático
El coprocesador matemático es un componente
electrónico, que esta diseñado para que funcione en
paralelo con el microprocesador. Elconjunto de
instrucciones
incluye
muchas
operaciones
extremadamente potentes para la operación de los
datos en punto flotante. El coprocesador trabaja

Fig 2.1 Estructura de un coprocesador matemático.

El coprocesador matemático posee básicamente una
unidad de control y una unidad de ejecución que
posee 8 registros de punto flotante que pueden
almacenar 80 bits y están organizados como una pilaLIFO.
Cada registro se nombra como ST0, ST1,
ST2,…,ST7 . ST0 se refiere siempre al valor en el
tope de la pila y todos aquellos valores nuevos se
añaden al tope. Al cargar el primer registro (ST0) con
un dato se produce automáticamente un
desplazamiento de los datos contenidos en los otros
registros. Así, si se escribe en ST0 un dato que se

encuentra en memoria (instrucción FLD -> load),entonces el dato que está en ST0 se transfiere a ST1
dejando disponible ST0, el dato que est· en ST1 se
transfiere a ST2, el de ST2 a ST3, etc., y se pierde el
dato en ST7.
De igual manera, cada vez que se extrae de la pila a
la memoria, siempre se hace desde el tope. Los
cálculos en general, se hacen sobre el elemento 1 y
luego se desplazan hacia arriba (pop) , de manera que
el ST1 pasa a estar en ST0lo que quiere decir que el
cálculo siempre quedará en el tope.
El coprocesador y el procesador se comunican
directamente haciendo uso de las instrucciones
propias del primero. Para distinguir dichas
instrucciones, en general se les coloca una F delante
de cada una de ellas.



2. Descripción de los módulos
2.1 Descripción del módulo del coprocesador

La Fig. 2.1 muestra la entidad del proyecto a...