浮動小数点ユニットとは

浮動小数点ユニットは、浮動小数点算術演算を実行するコンピュータープロセッサの機能ブロックです。 頭字語FPUでも知られているように、浮動小数点ユニットは物理的に分離されたコプロセッサーでもあります。 FPUは通常、他のプロセッサと同じアドレッシングモードを介してデータにアクセスし、通常は独自のレジスタを備えています。 プロセッサは、FPUを使用して、三角関数、対数関数、および基本的な浮動小数点演算関数を計算します。 また、FPUを使用して、いくつかの整数および浮動小数点データ型の数値をロード、保存、および比較します。

多くのプロセッサには、浮動小数点ユニットが含まれていません。 たとえば、1980年代後半以前にIntel CorporationとMotorola Incorporatedによって製造されたマイクロプロセッサのほとんどには、マイクロプロセッサが含まれていません。 多くの縮小命令セットコンピューティング（RISC）プロセッサと組み込みコントローラにも1つはありません。 これらのチップには、基本的な整数演算とビット単位の論理関数を実行するための算術論理演算ユニット（ALU）が含まれています。 ただし、浮動小数点演算は、外部コプロセッサーまたはソフトウェアライブラリによって処理されます。

ほとんどのプロセッサとソフトウェアシステムは、浮動小数点演算用の米国電気電子技術者協会（IEEE）標準を実装しています。 IEEE-754標準は1985年に最初にリリースされ、2008年に拡張されて追加のデータ型が含まれるようになりました。 いくつかの整数および浮動小数点データ型を定義し、それぞれ独自の精度、表現、数値範囲を持ちます。 また、多くの算術演算、ゼロ除算などの例外の丸めおよび処理の方法も定義します。 計算が浮動小数点ユニットで実行されるかどうかに関係なく、IEEE浮動小数点標準は同じ結果を保証します。

加算、減算、乗算、除算に加えて、浮動小数点ユニットは他の多くの操作を実行できます。 多くの場合、スケーリング、平方根、対数計算が含まれます。 通常、正弦、余弦、および部分正接の三角関数も提供されます。 整数および浮動小数点数をFPUと比較し、ある精度から別の精度に変換できます。 また、どちらの方向にも丸めて、プロセッサのメインメモリに直接保存することもできます。

グラフィックスプロセッサのFPUには、3次元オブジェクトの回転またはアニメーションに共通の頻繁に繰り返される機能が含まれる場合があります。 多くの組み込みコントローラーは、デジタル信号処理（DSP）用に最適化されたプロセッサーで設計されています。 これらはオーディオおよび通信アプリケーションで使用でき、FPUを含むことができます。FPUは、たとえば高速フーリエ変換（FFT）に適しています。 暗号化プロセッサには、多くの場合、数学を多用する暗号化アルゴリズムの高速計算用のFPUが含まれています。 一般的なマルチコアプロセッサには、通常のプロセッサコアごとに1つの浮動小数点ユニットが含まれることもあります。