عنوان پایان‌نامه
بهره گیری از محاسبات غیر قطعی در پیاده سازی بهینه و تحمل پذیر اشکال سامانه های پردازش تصویر
- رشته تحصیلی
- مهندسی کامپیوتر-معماری کامپیوتر
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2456
- تاریخ دفاع
- ۳۱ خرداد ۱۳۹۳
- دانشجو
- محمدحسن نجفی
- استاد راهنما
- مصطفی ارسالی صالحی نسب
- چکیده
- روند کنونی ساخت مدارات دیجیتال به سمت کمتر شدن سایز ترانزیستورها تا ابعادی در مقیاس نانو و در نتیجه بالا رفتن احتمال خرابی در مدار، به طرز روزافزایی طراحان سیستم‌های دیجیتال را به حرکت به سمت جایگزینی محاسبات قطعی مرسوم با محاسبات غیرقطعی تشویق نموده است. با افزایش تقاضای محاسبات غیرقطعی، نیاز به پیاده‌سازی معماری‌های غیرقطعی تحمل‌پذیر در برابر اشکال با مساحت سخت‌افزاری کمتر و تاخیر قابل قبول بیش از گذشته احساس می‌شود. یکی از واحدهای رایج در پیاده سازی معماری‌های غیرقطعی واحد تولید دنباله‌های غیرقطعی است که پیاده‌سازی مناسب آن تاثیر بسیار زیادی بر دقت محاسبات انجام شده درسیستم غیرقطعی خواهد داشت. در این تحقیق، در گام نخست، یک کاوش فضای حالت گسترده بر اساس یکی از مهم‌ترین بخش‌های معماری یک سیستم غیرقطعی یعنی مولد اعداد تصادفی مورد نیاز در واحد تولید دنباله‌های غیرقطعی انجام خواهد شد. ما رایج‌ترین مولد اعداد تصادفی موجود یعنی شیفت رجیستر با بازخورد خطی را انتخاب نموده، بهترین پیکربندی‌های متناظر با طول‌های متفاوت دنباله‌های غیرقطعی مورد نیاز در حوزه‌های کاربردی متفاوت محاسبات غیرقطعی را به منظور کمک به طراحان سختافزار در طراحی و پیاده‌سازی معماری‌های دقیق و مطمئن غیرقطعی، پیدا می‌کنیم. در ادامه پیاده‌سازی نوینی بر مبنای محاسبات غیرقطعی برای الگوریتم آستانه‌گذاری Sauvola که یکی از بهترین الگوریتم‌های باینری‌سازی محلی برای تصاویر گرفته شده از متن‌ها، اسناد و کتاب‌ها بوده ولی از پیچیدگی محاسباتی زیاد و نیز حساسیت بالا به نویز رنج می‌برد ارائه خواهد شد. نتایج شبیه‌سازی‌ها از پیاده‌سازی‌های انجام شده نشان می دهد که پیاده‌سازی غیرقطعی این الگوریتم تاخیر محاسباتی تا حدود 40 برابر کمتر و مساحت تا 500 برابر کوچکتر، قابلیت تحمل اشکالی بسیار بیشتر و میزان مصرف توان و انرژی به مراتب کمتری در مقایسه با پیاده‌سازی مرسوم قطعی این الگوریـتم دارد. کلید واژه‌ها : محاسبات غیرقطعی، مولد اعداد تصادفی، شیفت رجیستر با بازخورد خطی، آستانه‌گذاری تصویر، تحمل‌پذیری در برابر اشکال.
- Abstract
- Current trend of digital circuits to shrink transistor size to nano-scale dimensions, increasingly has encouraged digital system designers to move toward replacing conventional deterministic computations with stochastic and more reliable computing. By increasing demands of stochastic computing, the need of implementing more reliable stochastic architectures with acceptable hardware area and latency have been emerged much more than before. At first, this dissertation presents a comprehensive design space exploration based on one of the most important parts of stochastic system architectures, the random number generator needed in the stochastic number generator unit. We select the most common random number generator, linear feedback shift register (LFSR), and find the best LFSR configurations corresponding to different stochastic bit stream lengths required in different applications, to help designers in building more reliable stochastic architectures. After that, we present a stochastic implementation of the Sauvola image thresholding algorithm- one of the best local image binarization methods for binarization of degraded document images- that is a computational intensive algorithm and sensitive to the noise from the internal computational circuits. Our experimental results show that the stochastic implementation of Sauvola needs much less time and area and can tolerant more faults, while consumes less power in comparison with its conventional implementation. Keywords: Stochastic computing, Random number generator, Linear feedback shift register, Image thresholding, Fault tolerant
