The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.20
no.2
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pp.187-193
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2020
Floating point arithmetic in microprocessor is the computation of addition, subtraction, multiplication, and division of floating point data to improve accuracy. In general, when designing a processor, floating point instructions are often excluded because of its complexity and only integer instructions are provided. However, in order to carry out the computations for not only engineering and technical operations but also artificial intelligence and neural networks that are in the spotlight today, floating point operations must be included. In this paper, we design a 32-bit ARMv4 family of processors with floating-point arithmetic instructions using VHDL and verify with ModelSim. As a result, ARM's floating point instructions are successfully executed.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.21
no.6
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pp.1083-1091
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2017
This paper describes a design of cryptographic processor supporting 224-bit elliptic curves over prime field defined by NIST. Scalar point multiplication that is a core arithmetic function in elliptic curve cryptography(ECC) was implemented by adopting the modified Montgomery ladder algorithm. In order to eliminate division operations that have high computational complexity, projective coordinate was used to implement point addition and point doubling operations, which uses addition, subtraction, multiplication and squaring operations over GF(p). The final result of the scalar point multiplication is converted to affine coordinate and the inverse operation is implemented using Fermat's little theorem. The ECC processor was verified by FPGA implementation using Virtex5 device. The ECC processor synthesized using a 0.18 um CMOS cell library occupies 2.7-Kbit RAM and 27,739 gate equivalents (GEs), and the estimated maximum clock frequency is 71 MHz. One scalar point multiplication takes 1,326,985 clock cycles resulting in the computation time of 18.7 msec at the maximum clock frequency.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.48
no.10
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pp.82-90
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2011
Because of the development of Smart phone devices, the demands of high performance FPU(Floating-point Unit) becomes increasing. Therefore, we propose the high-speed single-/double-precision FPU design that includes an elementary add/sub unit and improved multiplier and compare and convert units. The most commonly used add/sub unit is optimized by the parallel rounding unit. The matrix operation is used in complex calculation something like a graphic calculation. We designed the Multiply-Add Fused(MAF) instead of multiplier to calculate the matrix more quickly. The branch instruction that is decided by the compare operation is very frequently used in various programs. We bypassed the result of the compare operation before all the pipeline processes ended to decrease the total execution time. And we included additional convert operations that are added in IEEE754-2008 standard. To verify our RTL designs, we chose four hundred thousand test vectors by weighted random method and simulated each unit. The FPU that was synthesized by Samsung's 45-nm low-power process satisfied the 600-MHz operation frequency. And we confirm a reduction in area by comparing the improved FPU with the existing FPU.
The Transactions of the Korea Information Processing Society
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v.7
no.1
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pp.252-265
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2000
In this thesis, the analysis of data processing method and the amount of computation in the whole geometry processing is conducted step by step. Floating-point ALU design is based on the characteristics of geometry processing operation. The performance of the devised ALU fitting with the geometry processing operation is analyzed by simulation after the description of the proposed ALU and geometry processor. The ALU designed in the paper can perform three types of floating-point operation simultaneously-addition/subtraction, multiplication, division. As a result, the 23.5% of improvement is achieved by that floating-point ALU for the whole geometry processing and in the floating-point division and square root operation, there is another 23% of performance gain with adding area-performance efficient SRT divisor.
Proceedings of the Korean Information Science Society Conference
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2007.10b
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pp.198-201
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2007
본 논문에서는 변형된 Newton-Raphson 알고리즘과 LUT(Look Up Table)를 사용하는 역제곱근 연산기를 제안한다. Newton-Raphson 부동소수점 역수 알고리즘은 일정한 횟수의 곱셈을 반복하여 역수 제곱근을 계산하는 방식이다. 변형된 Newton-Raphson 알고리즘은 하드웨어 구현에 적합하도록 변환되었으며, LUT는 오차를 줄이기 위해 개선되었다. 제안된 연산기는 LUT의 크기를 최소화하고, 순환적인 구조가 아닌 2-stage pipeline 구조를 가진다. 또한 IEEE-754 부동소수점 표준을 기초로 하는 24-bit 데이터 형식을 사용해 면적과 속도 향상에 유리하여 휴대용 기기의 멀티미디어 분야의 응용에 적합하다. 본 역제곱근 연산기는 소수점 이하 8-bit의 정확도를 가지며 VHDL을 이용하여 설계되었다. 그 크기는 $0.18{\mu}m$ CMOS 공정에서 약 4,000 gate의 크기를 보였으며 150MHz에서 동작이 가능하다.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.12
no.3
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pp.547-554
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2008
In this paper, two-stage pipelined floating-point multiplier (FP-MUL) is designed. The FP-MUL processor supports single precision multiplication for 3D graphic APIs, such as OpenGL and Direct3D and has area-efficient and low-latency architecture via saturated arithmetic, area-efficient sticky-bit generator, and flagged prefix adder. The FP-MUL has about 4-ns delay time under $0.13{\mu}m$ CMOS standard cell library and consists of about 7,500 gates. Because its maximum performance is about 250 MFLOPS, it can be applicable to mobile 3D graphics application.
Kim, Myeong Hwm;Oh, Min Seok;Lee, Kwang Yeob;Kim, Won Jong;Cho, Han Jin
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.42
no.10
s.340
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pp.55-64
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2005
In this paper, we designed floating point units to accelate real-time 3D Graphics for Geometry processing. Designed floating point units support IEEE-754 single precision format and we confirmed 100 MHz performance of floating point add/mul unit, 120 MHz performance of floating point NR inverse division unit, 200 MHz performance of floating point power unit, 120 MHz performance of floating point inverse square root unit at Xilinx-vertex2. Also, using floating point units, designed Geometry processor and confirmed 3D Graphics data processing.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.50
no.3
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pp.50-58
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2013
In this paper, parallel decimal fixed-point multiplier which uses the limited range of Singed-Digit number encoding and the reduction step is proposed. The partial products are generated without carry propagation delay by encoding a multiplicand and a multiplier to the limited range of SD number. With the limited range of SD number, the proposed multiplier can improve the partial product reduction step by increasing the number of possible operands for multi-operand SD addition. In order to estimate the proposed parallel decimal multiplier, synthesis is implemented using Design Compiler with SMIC 180nm CMOS technology library. Synthesis results show that the delay of proposed parallel decimal multiplier is reduced by 4.3% and the area by 5.3%, compared to the existing SD parallel decimal multiplier. Despite of the slightly increased delay and area of partial product generation step, the total delay and area are reduced since the partial product reduction step takes the most proportion.
In this paper it is discussed how children develop their logical reasoning beyond difficulties in the process of making sense of division with decimals in the classroom setting. When we consider the gap between mathematics at elementary and secondary levels, and given the logical nature of mathematics at the latter levels, it can be seen as important that the aspects of children's logical development in the upper grades in elementary school should be clarified. This study focuses on the teaching and learning of division with decimals in a 5th grade classroom, because it is well known to be difficult for children to understand the meaning of division with decimals. It is suggested that children begin to conceive division as the relationship between the equivalent expressions at the hypothetical-deductive level detached from the concrete one, and that children's explanation based on a reversibility of reciprocity are effective in overcoming the difficulties related to division with decimals. It enables children to conceive multiplication and division as a system of operations.
Multiplication problems for the 7th curriculum focus on functional realms featuring the memorization and application of the multiplication table, exposing learners only to additive thinking characterized by simple counting and drawing. A diversity of research has yet to be conducted for the transition to multiplicative thinking that highlights the capability to solve problems by using multiplication and division in the expanded number scope like 'prime numbers', 'fractional numbers', and 'ratio/rates' and to describe accurately how they solved. This research was designed to develop and utilize teaching-learning materials for the transition of fifth graders' additive thinking to advanced multiplicative one and to analyze the application results in order to identify validity in material development. The following conclusions were made. First, the development and application of teaching-learning materials for multiplicative thinking cultivation facilitated the transition from additive thinking featuring simple counting and drawing to multiplicative thinking characterized by multiplication and accurate description in a more complicated and expanded number scope. Second, the development of materials featuring 'basic'-'intermediate'-'in-depth' courses by activity enabled learners to benefit from learning by level and expansion in number scope. Third, the use of topics and materials closely connected to daily lives stimulated learners' curiosity, helping them concentrate more on given problems. Fourth, communication between teachers and students or among learners themselves was promoted by continuously encouraging them to explain and by reviewing their documents identifying rules or patterns.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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