Co to jest jednostka zmiennoprzecinkowa?
Jednostka zmiennoprzecinkowa to funkcjonalny blok procesora komputerowego, który wykonuje operacje arytmetyczne na liczbach zmiennoprzecinkowych. Jednostka zmiennoprzecinkowa, znana również pod skrótowym układem FPU, może być również fizycznie oddzielnym koprocesorem. FPU zwykle uzyskuje dostęp do danych za pośrednictwem tych samych trybów adresowania co reszta procesora i generalnie zawiera własne rejestry. Procesor wykorzystuje FPU do obliczenia funkcji trygonometrycznych, logarytmicznych i podstawowych zmiennoprzecinkowych funkcji arytmetycznych. Wykorzystuje również FPU do ładowania, przechowywania i porównywania liczb w kilku typach danych liczb całkowitych i zmiennoprzecinkowych.
Wiele procesorów nie zawiera jednostki zmiennoprzecinkowej. Większość mikroprocesorów produkowanych przez Intel Corporation i Motorola Incorporated przed końcem lat 80. nie ma na przykład jednego. Wiele procesorów i kontrolerów osadzonych o ograniczonym zestawie instrukcji (RISC) również nie ma takiego. Chipy te zawierają jednostkę arytmetyczną (ALU) do wykonywania podstawowych funkcji arytmetycznych na liczbach całkowitych i logiki bitowej. Jednak matematyka zmiennoprzecinkowa jest obsługiwana przez zewnętrzny koprocesor lub bibliotekę oprogramowania.
Większość procesorów i systemów oprogramowania implementuje standard Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) dla operacji zmiennoprzecinkowych. Standard IEEE-754 został po raz pierwszy wydany w 1985 r. I rozszerzony w 2008 r. O dodatkowe typy danych. Definiuje kilka typów danych liczb całkowitych i zmiennoprzecinkowych, każdy z własną precyzją, reprezentacją i zakresem liczbowym. Definiuje także wiele operacji arytmetycznych, metod zaokrąglania i obsługi wyjątków, takich jak dzielenie przez zero. Niezależnie od tego, czy matematyka jest wykonywana przez jednostkę zmiennoprzecinkową, czy nie, standard zmiennoprzecinkowy IEEE gwarantuje identyczne wyniki.
Oprócz dodawania, odejmowania, mnożenia i dzielenia, jednostka zmiennoprzecinkowa może wykonywać wiele innych operacji. Często obejmują one skalowanie, pierwiastek kwadratowy i obliczenia logarytmiczne. Zazwyczaj są również dostarczane funkcje trygonometryczne sinus, cosinus i częściowa styczna. Liczby całkowite i zmiennoprzecinkowe można porównać z FPU i przekonwertować z jednej precyzji na drugą. Można je również zaokrąglać w dowolnym kierunku i zapisywać bezpośrednio w głównej pamięci procesora.
FPU procesora graficznego może zawierać często powtarzane funkcje wspólne dla trójwymiarowego obrotu obiektu lub animacji. Wiele wbudowanych kontrolerów zaprojektowano z procesorami zoptymalizowanymi do cyfrowego przetwarzania sygnałów (DSP). Mogą być używane w aplikacjach audio i komunikacyjnych i mogą zawierać FPU, które są dobre na przykład w szybkich transformacjach Fouriera (FFT). Procesory kryptograficzne często zawierają FPU do szybkiego obliczania algorytmów szyfrujących obciążających matematykę. Ogólne procesory wielordzeniowe mogą również zawierać jedną jednostkę zmiennoprzecinkową dla każdego regularnego rdzenia procesora.