Posit tabanlı aritmetik biriminin tasarımı, FPGA tabanlı donanım gerçekleştirilmesi ve gerçek zamanlı performans analizi
Design of a posit-based arithmetic unit, FPGA-based hardware implementation, and real-time performance analysis
- Tez No: 958853
- Danışmanlar: PROF. DR. TEVHİT KARACALI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Atatürk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 120
Özet
Amaç: Bu çalışmanın amacı, Posit sayı gösteriminin potansiyelini ortaya koymak için toplama/çıkarma, çarpma ve bölme işlemlerini gerçekleştiren parametrik Posit Aritmetik Birimini (Posit Arithmetic Unit, PAU) tasarlamak, FPGA üzerinde gerçekleştirmek ve bu birimi IEEE754 Kayan Noktalı Aritmetik Birimiyle (Floating-Point Arithmetic Unit, PAU) gerçek zamanlı uygulamalarda hız ve doğruluk açısından karşılaştırmaktır. Yöntem: Çalışmada öncelikle her bir aritmetik işlem için VHDL tabanlı donanım mimarileri tasarlanmış, ardından bu birimler birleştirilerek tam işlevsel bir Posit aritmetik birimi elde edilmiştir. Geliştirilen birimin fonksiyonel doğrulaması AMD Vivado 2019.1 yazılımında 32-bit uzunluğu için gerçekleştirilmiş, ardından AMD Zynq-7000 FPGA üzerinde sentezlenmiştir. Posit aritmetik biriminin gerçek zamanlı performansını değerlendirmek amacıyla, hız ve doğruluk ölçütlerine dayalı çeşitli uygulamalar seçilerek karşılaştırmalı analizler gerçekleştirilmiştir. Bulgular: Sentez analizleri sonucunda, Posit bölme biriminin en yüksek kaynak tüketimi ve gecikme süresine, Posit çarpıcı biriminin ise en düşük kaynak tüketimi ve gecikme süresine sahip olduğu gözlemlenmiştir. Gerçek zamanlı uygulamalarda IEEE754 kayan noktalı aritmetik birimi, Posit aritmetik birimine göre 1,37 kat ile 2,15 kat arası daha hızlı çalışırken; doğrulukta ise Posit aritmetik birimi, IEEE754 kayan noktalı aritmetik birimine kıyasla 6,88 ile 7,67 kat daha düşük hata oranı sağlamıştır. Sonuç: Elde edilen sonuçlar, Posit tabanlı aritmetik birimin doğruluk açısından IEEE754 standardına kıyasla önemli avantajlar sunduğunu ancak hız gerektiren uygulamalarda performans dezavantajı yaşadığını göstermektedir. Bu durum uygulama özelinde doğruluk ve hız gereksinimlerine göre Posit aritmetik biriminin tercih edilebileceğini ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
Purpose: The aim of this study is to design a parametric Posit Arithmetic Unit (PAU) that performs addition/subtraction, multiplication and division operations, to demonstrate the potential of Posit number representation, implement it on FPGA and to compare this unit with IEEE754 Floating-Point Arithmetic Unit (PAU) in terms of speed and accuracy in real-time applications. Method: In this study, VHDL-based hardware architectures are first designed for each arithmetic operation, and these units are then integrated into a fully functional Posit arithmetic unit. Functional verification of the developed unit is performed in AMD Vivado 2019.1 software for 32-bit length and then synthesized on AMD Zynq-7000 FPGA. A set of benchmark applications based on speed and accuracy metrics are selected and comparative analyses are performed to evaluate the real-time performance of the Posit arithmetic unit. Findings: As a result of the synthesis analysis, it is observed that the Posit division unit has the highest resource consumption and latency, while the Posit multiplier unit has the lowest resource consumption and latency. In real-time applications, the floating-point arithmetic unit operates 1,37 to 2,15 times faster than the Posit arithmetic unit in certain scenarios. On the other hand, in accuracy analyses, the Posit arithmetic unit provides 6,88 to 7,67 times lower error rates compared to the floating-point arithmetic unit. Results: The obtained results show that the Posit-based arithmetic unit offers significant advantages in terms of accuracy compared to the IEEE754 standard, however, it shows that it has a performance disadvantage in applications that require speed. This indicates that the Posit arithmetic unit can be a suitable choice depending on the specific accuracy and speed requirements of the application.
Benzer Tezler
- Web tabanlı öğretimin hemşirelik öğrencilerinin aritmetik ve ilaç dozu hesaplama becerilerine etkisinin incelenmesi
Effects of web-based instruction on nursing students? arithmetical and drug dosages calculation skills
ARZU KARABAĞ AYDIN
Doktora
Türkçe
2013
HemşirelikHacettepe ÜniversitesiHemşirelik Esasları Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LEYLA DİNÇ
- Efficient hardware implementations for lattice-based cryptography primitives
Kafes-tabanlı kriptografi öğeleri için verimli donanım uygulamaları
AHMET CAN MERT
Doktora
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ERDİNÇ ÖZTÜRK
- Argümantasyon tabanlı bilim öğrenme yaklaşımının 7. sınıf öğrencilerin bilimsel epistemolojik inançlarına ve 21.yüzyıl becerilerine etkisi
The effect of argumentation based science learning approach to 7th grade students 'scientific epistemological beliefs and 21st century skills
HAYDAR KORKMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Eğitim ve ÖğretimMuğla Sıtkı Koçman Üniversitesiİlköğretim Eğitimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYLİN ÇAM
- Proje tabanlı öğrenme yaklaşımına dayalı fen bilgisi öğretiminin akademik başarı ve tutuma etkisi
The effect of teaching science based on project based learning approach to the academic success and attitude
SIDIKA NAZAN ÇAKALLIOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Eğitim ve ÖğretimÇukurova Üniversitesiİlköğretim Bölümü
YRD. DOÇ. DR. NURİ EMRAHOĞLU
- Argümantasyon tabanlı öğretimin ortaokul öğrencilerinin hesaplamalı düşünme beceri düzeylerine ve problem çözme alışkanlıklarına etkisi
Effects of argumentation-based teaching on secondary school students' computational thinking skill levels and problem-solving habits
PINAR ÇELİK ARSLAN
Doktora
Türkçe
2021
Eğitim ve ÖğretimBalıkesir ÜniversitesiOrtaöğretim Fen ve Matematik Alanları Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜLYA GÜR