DE68921083T2

DE68921083T2 - Operationsschaltung für auf die Fliesskommadarstellung basierenden Operanden.

Info

Publication number: DE68921083T2
Application number: DE68921083T
Authority: DE
Inventors: Hiromasa Takahashi
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-03-11
Filing date: 1989-03-10
Publication date: 1995-09-28
Anticipated expiration: 2009-03-11
Also published as: EP0332215A3; KR890015120A; DE68921083D1; EP0332215A2; KR920003493B1; JPH01232423A; EP0332215B1; JP2695178B2; US4977534A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine auf Fließkommadarstellung basierende Operationsschaltung.
Systeme mit Festkommadarstellung erlauben in der Regel nicht die Darstellung extrem großer Zahlen, weil der von ihnen repräsentierte Zahlenbereich beschränkt ist. Außerdem verarbeiten solche Systeme mit Festkommadarstellung in den meisten Fällen nur ganze Zahlen. Man muß deshalb ein anderes Darstellungssystem vorsehen, das für die Darstellung realer Zahlen verwendet wird, die für Operationen auf wissenschaftlich-technischem Gebiet benötigt werden. Hierfür wurde ein System mit Fließkommadarstellung vorgeschlagen, in dem zwei als "Exponent" und "Mantisse" bezeichnete Zahlen kombiniert sind.
Die allgemeine Darstellung einer Zahl mit Fließkomma lautet folgendermaßen:
(1) (-1)s m Re.
Hierin bezeichnet "R" die Radix oder Basis und "s" das Vorzeichen. Bei positivem Vorzeichen ist "s" = 0, bei negativem Vorzeichen ist "s" = 1. Mit "m" und "e" sind die Mantisse bzw. der Exponent bezeichnet. Das System mit Fließkommadarstellung ist so aufgebaut, daß die Darstellung nach Gleichung (1) und die Festkommadarstellung kombiniert werden. Es sei erwähnt, daß die Länge effektiver Zahlen von der Länge der Matisse abhängt. Wenn Zahlen mit hoher Genauigkeit dargestellt werden sollen, benutzt man deshalb ein System, bei dem der Mantissenteil eine größere Länge aufweist.
Im Vergleich zu Operationen mit ganzen Zahlen liefert die Operation mit Fließkomma einen großen Dynamikbereich und hohe Genauigkeit. Insbesondere zeichnet sich als neuerer Trend die Forderung nach hoher Operationsgeschwindigkeit ab, mit der Anforderungen für diverse Operationen auf hohem Niveau befriedigt werden können.
Eine herkömmliche Fließkomma-Operationsschaltung zur Bearbeitung von zwei Eingangs- Operanden enthält Wähler, einen Exponenten-Komparator, einen Schieber, eine Arithmetik- und Logik-Einheit (im folgenden kurz als ALU bezeichnet) und einen Komplementbilder. Alle Eingangs-Operanden laufen ausnahmslos durch den Exponenten-Komparator, den Schieber, die ALU und den Komplementbilder. Es zeigt sich jedoch, daß es Fälle gibt, in denen einige der Operanden nicht alle diese Komponenten durchlaufen müssen. Die Verzögerung, die in dem Schieber und dem Komplementbilder auftritt, ist etwa ebenso groß wie die von der ALU verursachte Verzögerung. Von diesem Standpunkt aus betrachtet existiert eine Verzögerung bei der Signalverarbeitung in der herkömmlichen Fließkomma-Operationsschaltung, die die Geschwindigkeit bei der Fließkomma-Rechnung beeinträchtigt.
Es ist deshalb ein allgemeines Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Operationsschaltung anzugeben, die auf dem System mit Fließkommadarstellung basiert und die die oben erwähnten Nachteile vermeidet.
Ein spezielleres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Operationsschaltung auf der Basis des Systems mit Fließkommadarstellung anzugeben, die eine höhere Geschwindigkeit bei der Fließkomma-Rechnung ermöglicht
Die Ziele der vorliegenden Erfindung können durch eine Operationsschaltung zur Verarbeitung zweier Eingangszahlen erreicht werden, die in einem System mit Fließkommadarstellung jeweils mit einem Vorzeichen, einem Exponenten und einer Mantisse repräsentiert werden,
wobei die Schaltung aufweist:
eine Vergleichereinrichtung zum Vergleichen der Werte der Exponenten der beiden Eingangzahlen miteinander und zum Bestimmen der für die Mantisse einer der beiden Eingangzahlen erforderlichen Verschiebungszahl sowie zur Erzeugung eines Vergleichsergebnisses, das das Größenverhältnis zwischen den Werten der Exponenten der beiden Eingangzahlen angibt,
eine Auswahleinrichtung zur selektiven Ausgabe der Mantissen der beiden Eingangzahlen auf der Basis des von der Vergleichereinrichtung gelieferten Vergleichsergebnisses,
eine Verschiebungseinrichtung mit einem Schieber und einer ersten Überbrückungsleitung zum Verschieben der von der Auswahleinrichtung gelieferten Mantisse mit dem kleineren Wert um die durch die Vergleichereinrichtung bestimmte Verschiebungszahl, wenn die Werte der Exponenten der beiden Eingangzahlenen sich voneinander unterscheiden, bzw. zur Ausgabe einer der Mantissen der beiden Eingangzahlen über die erste Überbrückungsleitung, wenn die Werte der Exponenten der beiden Eingangzahlen identisch sind,
eine Operationseinrichtung zur Erzeugung eines Operationsergebnisses durch die Ausführung einer vorbestimmten Operation zwischen der von der Verschiebungseinrichtung gelieferten Mantisse und der von der Auswahleinrichtung gelieferten anderen Mantisse,
und eine eine Einrichtung zur Bildung des Zweier-Komplements und eine zweite Überbrückungsleitung aufweisende Komplementärwert-Berechnungseinrichtung für die Ausgabe des Operationsergebnisses über die Einrichtung zur Bildung des Zweier-Komplements, wenn die Werte beider Exponenten identisch sind bzw. für die Ausgabe des Operationsergebnisses über die zweite Überbrückungsleitung, wenn die Werte der beiden Exponenten sich voneinander unterscheiden, und damit zur Ausgabe des endgültigen Operationsergebnises.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung deutlich, bei der auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird.
Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer herkömmlichen Operationsschaltung auf der Basis des Systems mit Fließkommadarstellung,
Fig. 2A und 2B zeigen Darstellungen zur Erläuterung der Fließkommadarstellungsformate nach der Norm IEEE 754-1985,
Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 4 zeigt das Blockschaltbild eines in der Schaltung von Fig. 3 verwendeten Vorzeichendiskriminators.
Zur Erleichterung des Verständnisses der vorliegenden Erfindung sei zunächst eine herkömmliche Operationsschaltung für die Fließkommarechnung beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel für bekannte Operationsschaltungen für Fließkommarechnung, die eine Operation für zwei Eingangszahlen A und B ausführen, die jeweils einen Wert mit 2 als Basis (Radix) besitzen (Eingangsoperanden A und B). Wenn die Mantisse des Eingangsoperanden A mit Am, sein Exponent mit Ae, die Mantisse des Eingangsoperanden B mit Bm und sein Exponent mit Be bezeichnet werden, lassen sich die Eingangsoperanden A und B mathematisch folgendermaßen beschreiben:
(2) A = Am 2Ae
(3) B = Bm 2Be
Die Mantissen und Exponenten jedes der Eingangsoperanden A und B müssen getrennt arithmetischen und logischen Operation unterzogen werden. Wenn die Eingangsoperanden A und B an die dargestellte Operationsschaltung angelegt werden, werden die Exponenten Ae und Be der Eingangsoperanden A und B einem Exponentenkomparator 1 und ihre Mantissen Am und Bm jedem der Wähler 1 und 2 zugeführt. Der Exponentenkomparator 1 vergleicht die Werte Ae und Be. In Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis wählt der Wähler 3 die Mantisse mit dem kleineren Wert aus, die dann einem Schieber 4 zugeführt wird. Der Schieber 4 verschiebt diese Mantisse derart, daß die Werte der beiden Exponenten identisch werden. Der Eingangsoperant mit der größeren Mantisse wird von dem Wähler 2 ausgewählt und dann so, wie er ist, einer ALU 5 zugeführt. Die ALU 5 unterzieht den ihr von dem Wähler 2 zugeführten Eingangsoperanden und den von dem Schieber 4 zugeführten verschobenen Eingangsoperanden einer arithmetischen und logischen Operation.
Falls das Operationsergebnis negativ ist (Subtraktion in den meisten Fällen), wird die Ausgangsgröße der ALU 5 in Form des Zweier-Komplements dargestellt. Hierzu dient eine Einrichtung 6 zur Bildung des Zweier-Komplements, die die Zweier-Komplement-Darstellung in die allgemeine Darstellung (das Format nach der IEEE 754-1985-Norm umwandelt. IEEE ist die Abkürzung für Institute of Electrical and Electronics Engineers). Falls erforderlich, folgt auf die Einrichtung 6 eine Schaltung zur Normierung und Rundung.
Die zur Zeit weit verbreiteten binären Fließkomma-Normen wurden von der IEEE, DEC, IBM und MIL-Std-1750A vorgeschlagen. In jeder dieser Normen werden Fließkomma-Daten einfacher Genauigkeit mit einer Wortlänge von 32 Bit dargestellt. Zusätzlich unterstützt jede Norm Fließkomma-Daten mit doppelter Genauigkeit. Einige der Normen unterstützen andere Datenformate, wie z.B. einfache Genauigkeit in dem ausgedehnten Format und doppelte Genauigkeit in dem ausgedehnten Format.
Eine Arbeitsgruppe der IEEE schlägt die in "ANSI/IEEE Std 754-1985" angegebene Spezifikation als leistungsfähigen Standard für die Verwendung mit extrem flexibler Fließkomma- Software vor. Dieser Vorschlag findet breite Unterstützung und dürfte die Basis für den größten Teil der in Zukunft produzierten Hardware werden.
Die Operationsschaltung von Fig. 1 besitzt jedoch die oben erwähnten Nachteile, die sich daraus ergeben, daß alle Eingangsoperanden ohne Ausnahme durch den Exponentenkomparator 1, den Schieber 4, die ALU 5 und den Komplementbilder 6 laufen. Dadurch wird die Datenverarbeitung verzögert. D.h., einige Operanden müssen nicht notwendigerweise durch alle Teile der Operationsschaltung laufen. Der kritischste Pfad, der die größte Verzögerung verursacht, ist der Pfad, der aus dem Exponentenkomparator 1, dem Schieber 4, der ALU 5 und dem Komplementbilder 6 besteht. Der Schieber 4 und der Komplementbilder 6 verursachen etwa die gleiche Verzögerung wie die ALU 5.
Bevor ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben wird, sei im folgenden das Format der Fließkommadarstellung nach dem IEEE-Standard erläutert.
Fig. 2A zeigt die in dem IEEE-Standard definierte Darstellung mit einfacher Genauigkeit. Wie aus Fig. 2A hervorgeht, besteht das Fließkommaformat mit einfacher Genauigkeit aus dem Vorzeichen (1 Bit), dem Exponenten (acht Bit) und der Mantisse (23 Bits). Die Gesamtbitzahl des Fließkommaformats mit einfacher Genauigkeit besteht aus 32 Bit. Wie Fig. 2B zeigt, besteht das Fließkommaformat mit doppelter Genauigkeit aus 64 Bit, nämlich dem Vorzeichen (1 Bit), dem Exponenten (11 Bit) und der Mantisse (52 Bit). Die Mantisse jedes Formats ist als 1,xxxxxxx (x ist eine beliebige Zahl, und die Zahl der "1" ist ein verborgenes Bit). Der Exponent ist ein "vorgespannter" Exponent und gibt stets positive Werte an.
Anhand von Fig. 1 werde die allgemeine Prozedur der Fließkommarechnung beschrieben. In dem ersten Schritt der Prozedur werden der Exponent Ae des Eingangsoperanden A und der Exponent Be des Eingangsoperanden Be in dem Exponentenkomparator 1 miteinander verglichen, und es wird die Anzahl von Verschiebungen festgestellt, die notwendig ist, um die Exponentenwerte miteinander in Übereinstimmung zu bringen. In einem zweiten Schritt führt der Schieber 4 eine Verschiebung durch. Es sei nun angenommen, daß die Eingangsoperanden A und B folgende Werte haben:
A: Mantissenteil Am: 1,1xxxxxxxxx,
Exponententeil Ae: 0011
B: Mantissenteil Bm: 1,1xxxxxxxxx,
Exponententeil Be: 0001
In diesem Fall wird der Eingangsoperand B folgendermaßen verschoben:
A: 1,1xxxxxxxxx exp 11
B: +)0,011xxxxxxxxx exp 11
In dem dritten Schritt führt die ALU 5 eine arithmetische und logische Operation aus.
Bei der Addition werden der Eingangsoperand A und der verschobene Eingangsoperand B einfach addiert. Wenn die Mantisse des verschobenen Eingangsoperanden B mit Bms bezeichnet wird, ist die Mantisse Cm des Additionsergebnisses
(4) Cm = Am Bms
Die Subtraktion (die die Addition von negativen Zahlen beinhaltet) geschieht folgendermaßen:
(5) Am - Bm T Am + (2 - Bms) = Am + ( + LBS'1')
(6) 2 + (Am - Bms) = Am + + LBS'1') für für (Am - Bm) ≥ 0,
(7) Mc = Dm - 2.
In Gleichung (6) bedeutet LSB das niedrigstwertige Bit.
Der vierte Schritt ist die Bildung des Zweier-Komplements durch den Komplementbilder 6. Wenn das Ergebnis der Subtraktion negativ ist, wird es als Zweier-Komplement ausgegeben. Um das Ergebnis in das IEEE-Standardformat zu bringen, wird deshalb das Zweiter- Komplement gebildet.
(8) Für Am < Bm, Bms - Am = Cm
erhält man aus Gleichung (6)
(9) 2 - Cm = 2 - (Bms - Am) = Dm
(10) Cm = 2 - Dm = +LBS'1'.
Die vorliegende Erfindung führt speziell bei Subtraktionen zu einer Verbesserung. Sie läßt sich folgendermaßen zusammenfassen: Wenn sich die Werte der Exponenten zweier Eingangsoperanden voneinander unterscheiden, wird die Mantisse mit dem kleineren Absolutwert dem Schieber zugeführt, und die verschobene Mantisse des Eingangsoperanden wird zusammen mit der anderen Mantisse, die nicht verzögert ist, der ALU zugeführt. Deshalb ist die Ausgangsgröße der ALU stets positiv und kann an dem Komplementbilder vorbeigeführt werden. Wenn hingegen die Werte der Exponenten beider Eingangsoperanden miteinander übereinstimmen, werden beide Mantissen an dem Schieber vorbeigeführt und direkt der ALU zugeführt. Die Ausgangsgröße der ALU wird stets dem Komplementbilder zugeführt. Dies zeigt, daß einer der Schieber und der Komplementbilder 15 umgangen werden kann mit der Folge, daß die Gesamtverzögerungszeit extrem verringert wird.
Anhand von Fig. 3 und 4 werde ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. In Fig. 3 enthält die Operationsschaltung des Ausführungsbeispiels einen Exponentenkomparator 10, Wähler 11, 12 einen Schieber 13, eine ALU 14 und eine Einrichtung zur Bildung des Zweierkomplements. Ihre Funktionen entsprechen den Funktionen der korrespondierenden Komonenten von Fig. 1.
Bei dem Ausführungsbeispiel sind zusätzlich Überbrückungsleitungen 13a, 15a ein Vorzeichendiskriminator 16 und Wähler 17 und 18 vorgesehen. Dem Vorzeichendiskriminator 16 werden die Vorzeichen der Eingangsoperanden A und B, das Vergleichsergebnis aus dem Exponentendiskriminator 10 sowie das Vorzeichen der Ausgangsgröße der ALU 14 zugeführt. Der Vorzeichendiskriminator 16 entscheidet über das Vorzeichen des endgültigen Rechenergebnisses, das über einen Ausgang Tout ausgegeben wird. Dies geschieht auf der Basis des Ergebnisses eines Vergleichs der von dem Exponentenkomparator 10 gelieferten Größe und des Vorzeichens des Rechenergebnisses bezüglich der Matisse, das von der ALU 14 geliefert wird. Der Vorzeichendiskriminator 16 sei im folgenden näher beschrieben. Er bildet zusammen mit dem Exponentenkomparator 10 eine Vergleicherschaltung, in der die Werte beider Exponenten miteinander verglichen werden und unter Benutzung des Vergleichsergebnisses die Anzahl der Verschiebungen (einschließlich einer Null-Verschiebung) für eine der Mantissen bestimmt wird.
Die Eingangsoperanden A und B werden den Wählern 11 und 12 zugeführt. Der Wähler 12 wird von dem Exponentenkomparator 10 so gesteuert, daß er immer denjenigen der beiden Eingangsoperanden A und B auswählt, dessen Exponent den kleineren Wert hat. Der Wähler 11 wird durch den Exponentenkomparator 10 so gesteuert, daß er stets denjenigen der beiden Eingangsoperanden A und B auswählt, dessen Exponent den größeren Wert hat.
Der Wähler 17 ist zwischen dem Schieber 13 und der ALU 14 angeordnet und wird mit der Mantisse beaufschlagt, die ihm von dem Wähler 12 über die Überbrückungsleitung 13a zugeführt wird, und der Mantisse, die von dem Schieber 13 zugeführt wird. Auf der Basis der Zahl der Verschiebungen, die von dem Exponentenkomparator 10 geliefert wird, wählt der Wähler 17 eines der beiden Eingangssignale aus, das dann der ALU 14 zugeführt wird. Wenn die Anzahl der Verschiebungen gleich Null ist, wählt der Wähler 17 die Überbrückungsleitung 13a aus, und das Ausgangssignal des Wählers 12 gelangt direkt zu der ALU 14. Wenn die Anzahl der Verschiebungen hingegen nicht gleich Null ist, wählt der Wähler 17 das Ausgangssignal des Schiebers 13 aus. Das heißt, die Überbrückungsleitung 13a ist dem Schieber 13 zugeordnet.
Der Wähler 18 wählt entweder das von der ALU 14 über die Überbrückungsleitung 15a gelieferte Rechenergebnis oder das Ausgangssignal der Einrichtung 15 zur Bildung des Zweierkomplements aus. Der Wähler 18 wird durch die Anzahl der Verschiebungen gesteuert, die ihm von dem Exponentenkomparator 10 zugeführt wird. Wenn die Anzahl der Verschiebungen gleich Null ist, wählt der Wähler 18 das Ausgangssignal der Einrichtung 15 zur Bildung des Zweierkomplements aus. Wenn die Zahl der Verschiebungen von Null abweicht, wählt der Wähler das von der ALU 14 gelieferte Rechenergebnis aus. Das heißt, die Überbrückungsleitung 15a ist der Einrichtung 15 zur Bildung des Zweierkomplements zugeordnet.
Anhand von Fig. 4 sei ein Beispiel für die Struktur des Vorzeichendiskriminators 16 beschrieben. Gemäß Fig. 4 besteht der Vorzeichendiskriminator 16 aus fünf Wählern (SEL1 bis SEL5) 16-1, 16-2, 16-3, 16-4 und 16-5. Den beiden Wählern 16-1 und 16-3 werden die Vorzeichendaten A und B zugeführt. Die Wähler 16-1 und 16-3 werden von dem Vergleichsergebnis CMPe gesteuert, das der Exponentenkomparator 10 liefert. Das Vergleichsergebnis CMPe wird durch einen Zwei-Bit-Kode nach der folgenden Tabelle dargestellt. Tabelle 1 Vergleichsergebnis
Der Wähler 16-1 wählt in Abhängigkeit von den Werten des Vergleichsergebnisses CMPe eine der beiden Vorzeichendaten As und Bs aus, wie dies in der folgenden Tabelle 2 dargestellt ist, in der CS1 die ausgewählten Vorzeichendaten bezeichnet. Tabelle 2 (SEL1)
Der Wähler 16-3 wählt in Abhängigkeit von den Werten des Vergleichsergebnisses CMPe eine der beiden Vorzeichendaten As und Bs aus, wie dies in der folgenden Tabelle 3 dargestellt ist, in der CS2 die ausgewählten Vorzeichendaten bezeichnet. Tabelle 3 (SEL3)
Das ausgewählte Signal CS1 wird dem Wähler 16-2 zugeführt, das ausgewählte Signal CS2 dem Wähler 16-4. Den Wählern 16-2 und 16-4 werden außerdem das Vergleichsergebnis CMPe und die Vorzeichendaten ALUS aus der ALU 14 zugeführt.
Der Wähler 16-2 wählt in Abhängigkeit von den Werten des Vergleichsergebnisses CMPe eines der beiden Eingangssignale aus, wie dies in Tabelle 4 angegeben ist, worin DS1 die ausgewählten Vorzeichendaten bedeutet. Tabelle 4 (SEL2)
Der Wähler 16-4 wählt in Abhängigkeit von den Werten des Vergleichsergebnisses CMPe eines der beiden Eingangssignale aus, wie dies in Tabelle 5 angegeben ist, worin DS2 die ausgewählten Vorzeichendaten bedeutet. Tabelle 5 (SEL4)
Dem Wähler 16-5 werden die Signale DS1 und DS2 zugeführt, von denen er in Abhängigkeit von dem Wert eines Befehlskodes CMD, der die von der ALU 14 auszuführende Rechenart festlegt, eines von ihnen aus. Wenn der Befehlskode CMD gleich "0" ist, ist die ausgewählte Rechenart eine Addition, wenn der Befehlskode CMD gleich "1" ist, ist die ausgewählte Rechenart eine Subtraktion.
Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen den Werten des Befehlskodes CMD und der davon abhängigen ausgewählten Signale. Tabelle 6 (SEL5) Vorzeichen
Im folgenden sei die Funktion des Ausführungsbeispiels beschrieben. Beim Rechnen auf der Basis des Systems mit Fließkommadarstellung ist die Bildung des Zweierkomplements in der Regel nur dann erforderlich, wenn das Ausgangssignal der ALU 14 negativ ist. Dies ist auf die Subtraktion (einschließlich der Addition von negativen Zahlen) beschränkt. Deshalb wird die Funktion der Vorrichtung hauptsächlich für die Subtraktion beschrieben.
Wenn die Werte der Exponenten der Eingangsoperanden A und B sich voneinander unterscheiden (Ae ≠ Be), ermittelt der Exponentenkomparator 10 das Größenverhältnis zwischen den Werten der Exponenten. Der Exponentenkomparator 10 liefert an den Schieber 14 die Anzahl der Verschiebungen, die von der Größendifferenz zwischen den Werten der Exponenten abhängt, und liefert das Vergleichsergebnis CMPe an die Wähler 11 und 12. In Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis CMPe wählt der Wähler 12 die Mantisse des Eingangsoperanden mit dem kleineren Exponentenwert (im obigen Beispiel des Eingangsoperanden B). Die ausgewählte Matisse wird einerseits dem Schieber 13 und andererseits über die Überbrückungsleitung 13a dem Wähler 17 zugeführt. Der Schieber 13 verschiebt die ausgewählte Mantisse um die Zahl von Verschiebungen, die ihm der Exponentenkomperatar 10 zuführt, und gibt die verschobene Mantisse an den Wähler 17 aus. Wenn Ae ≠ Be Ausgangssignal des Wählers 11 durchgeführt. Das Ergebnis der Subtraktion ist stets positiv. Deshalb wird das Subtraktionsergebnis direkt über den Wähler 18 ausgegeben.
Die Subtraktion wird also in der Weise durchgeführt, daß der Eingangsoperand, dessen Exponent den kleineren Absolutwert hat, von dem anderen Eingangsoperanden abgezogen wird, dessen Exponent den größeren Absolutwert hat. Auf diese Weise erhält man stets ein positives Subtraktionsergebnis, für das die Einrichtung 15 zur Bildung des Zweierkomplements nicht benötigt wird. Dies führt zu einer Verkürzung der Verarbeitungszeit. Da die Wähler 17 und 18 einfache Schalter sind, ist ihre Betätigung sehr viel schneller als diejenige des Schiebers 14 und der Einrichtung 15 zur Bildung des Zweierkomplements. Das Vorzeichen des an dem Ausgang Tout zur Verfügung stehenden Rechenergebnisses wird von dem Vorzeichendiskriminator 16 geliefert. Im vorliegenden Fall wird das Vorzeichen des Eingangsoperanden B von dem Wähler 16-3 ausgewählt und das Vorzeichen CS2 von dem Wähler 16-4. Der Befehlskode ist "1" (Subtraktion). Deshalb wählt der Wähler 16-5 das Vorzeichen DS2 aus. Dieses ist im vorliegenden Fall das invertierte Vorzeichen des Eingangsoperanden B.
Falls Ae = Be ist, kann das Größenverhältnis zwischen den Eingangsoperanden A und B erst dann diskriminiert werden, wenn die Mantissen der Eingangsoperanden untersucht sind. Außerdem ist es in diesem Fall wahrscheinlich, daß das Subtraktionsergebnis negativ ist. Wenn das Subtraktionsergebnis negativ ist, muß die Einrichtung 15 zur Bildung des Zweierkomplements das Ausgangssignal der ALU 14 einer Zweikomplement-Bildung unterziehen. Da andererseits die Werte der Exponenten miteinander übereinstimmen, braucht die Mantisse von dem Schieber 13 nicht verschoben zu werden. Das heißt der Verschiebungsprozeß kann entfallen, wodurch der Prozeß beschleunigt wird.
Wenn die Werte der Exponenten übereinstimmen, wird den Wählern 17 und 18 mitgeteilt, daß die Anzahl der Verschiebungen gleich Null ist. Der Wähler 17 wählt dann das über die Überbrückungsleitung 13a zugeführte Ausgangssignal aus. Die ALU 14 führt die Subtraktion dann zwischen den Ausgangssignalen der Wähler 11 und 17 durch. Das Ausgangssignal der ALU 14 kann negativ sein. Das Vorzeichen ALUS des Ausgangssignals der ALU 14 wird dem Vorzeichendiskriminator 14 zugeführt, und der Wähler 18 wählt ohne Rücksicht auf das Vorzeichen ALUS des Ausgangssignals der ALU 14 stets das Ausgangssignal der Einrichtung 15 zur Bildung des Zweierkomplements aus. Das Ausgangssignal der Einrichtung 15 zur Bildung des Zweierkomplements wird dann von dem Wähler 18 ausgewählt und an dem Ausgang Tout ausgegeben.
Wenn Ae = Be ist, ist das Vergleichsergebnis CMPe gleich Null. Deshalb sind die Signale CS1 und CS2 (Fig. 3) gleich Null. Die Wähler 16-2 und 16-4 wählen das Vorzeichen ALUS des Ausgangssignals der ALU 14 aus. Der Wähler 16-5 wählt dann das Vorzeichen ALUS aus und führt es der nachfolgenden Stufe zu.
Da das Ausgangssignal der ALU 14 nicht über die Einrichtung 15 zur Bildung des Zweierkomplements läuft, wird eine entsprechende Verzögerung vermieden.
Gemäß vorliegender Erfindung wird ohne Ausnahme bei der Rechenoperation entweder der Schieber 13 oder die Einrichtung 15 zur Bildung des Zweierkomplements ausgelassen Obwohl die Größe der Verzögerung von der Schaltungskonfiguration abhängt, läßt sich sagen, daß im Vergleich zu der herkömmlichen Schaltungskonfiguration eine Reduzierung der Gesamtverzögerung von etwa 20 - 30% erreicht werden kann. Außerdem läßt sich die vorliegenden Erfindung durch wenig zusätzliche Hardware realisieren und bringt deshalb einen erheblichen praktischen Nutzen.
Der Ausgang Tout kann mit einer Schaltung zur Normierung und weiteren Rundung verbunden sein. Wenn der Eingangsoperand A oder B eine durch das IEEE definierte nichtnormierte Zahl ist, in der alle Ziffern des Exponenten gleich Null sind, können die Eingangsoperanden A und B in der gleichen Weise verarbeitet werden wie für den Fall, daß A = B ist.

Claims

1. Operationsschaltung zur Verarbeitung zweier Eingangzahlen (A, B), von denen jede in einem System mit Fließkommadarstellung durch ein Vorzeichen, einen Exponenten (Ae, Be) und eine Mantisse (Am, Bm) repräsentiert wird, gekennzeichnet durch

eine Vergleichereinrichtung (10, 16) zum Vergleichen der Werte der Exponenten (Ae, Be) der beiden Eingangzahlen (A, B) miteinander und zum Bestimmen der für die Mantisse einer der beiden Eingangzahlen erforderlichen Verschiebungszahl sowie zur Erzeugung eines Vergleichsergebnisses (CMPe), das das Größenverhältnis zwischen den Werten der Exponenten der beiden Eingangzahlen angibt,

eine Auswahleinrichtung (11, 12) zur selektiven Ausgabe der Mantissen der beiden Eingangzahlen (A, B) auf der Basis des von der Vergleichereinrichtung (10, 16) gelieferten Vergleichsergebnisses,

eine Verschiebungseinrichtung (13, 13a, 17) mit einem Schieber (13) und einer ersten Überbrückungsleitung (13a) zum Verschieben der von der Auswahleinrichtung gelieferten Mantisse mit dem kleineren Wert um die durch die Vergleichereinrichtung (10, 16) bestimmte Verschiebungszahl, wenn die Werte der Exponenten der beiden Eingangzahlenen sich voneinander unterscheiden, bzw. zur Ausgabe einer der Mantissen der beiden Eingangzahlen über die erste Überbrückungsleitung (13a), wenn die Werte der Exponenten der beiden Eingangzahlen identisch sind,

eine Operationseinrichtung (14) zur Erzeugung eines Operationsergebnisses durch die Ausführung einer vorbestimmten Operation zwischen der von der Verschiebungseinrichtung (13, 13a, 17) gelieferten Mantisse und der von der Auswahleinrichtung (11, 12) gelieferten anderen Mantisse,

und eine eine Einrichtung (15) zur Bildung des Zweier-Komplements und eine zweite Überbrückungsleitung (15a) aufweisende Komplementärwert-Berechnungseinrichtung (15, 15a, 18) für die Ausgabe des Operationsergebnisses über die Einrichtung (15) zur Bildung des Zweier- Komplements, wenn die Werte beider Exponenten identisch sind bzw. für die Ausgabe des Operationsergebnisses über die zweite Überbrückungsleitung (15a), wenn die Werte der beiden Exponenten sich voneinander unterscheiden, und damit zur Ausgabe des endgültigen Operationsergebnises.

2. Operationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichereinrichtung (10, 16) einen Vorzeichen-Diskriminator (16) zum Bestimmen des Vorzeichens des von der Einrichtung (15, 15a, 18) zur Bildung des Zweier-Komplements gelieferten endgültigen Operationsergebnisses auf der Basis der Vorzeichen der beiden Eingangzahlen (A, B), des Vergleichsergebnisses (CMPe), des Vorzeichens des von der Operationseinrichtung (14) gelieferten Operationsergebnisses und des Typs der von der Operationseinrichtung (14) ausgeführten vorbestimmten Operation.

3. Operationsschaltung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebungseinrichtung (13, 13a, 17) einen Wähler (17) mit einem ersten und einem zweiten Eingang und einem Ausgang aufweist, wobei der erste und der zweite Eingang mit dem Schieber (13) bzw. der ersten Überbrückungsleitung (13a) und der Ausgang des Wählers (17) mit der Operationseinrichtung (14) verbunden sind, und daß der Wähler (17) durch die von der Vergleichereinrichtung (10, 16) gelieferte Verschiebungszahl gesteuert wird.

4. Operationsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Komplementärwert-Berechnungseinrichtung (15, 15a, 18) einen Wähler (18) mit einem ersten und einem zweiten Eingang und einem Ausgang aufweist, wobei der erste und der zweite Eingang mit der Einrichtung (15) zur Bildung des Zweier-Komplements bzw. mit der zweiten Überbrückungsleitung (15a) und der Ausgang mit einem Ausgangsanschluß (Tout) verbunden sind, über der das endgültige Operationsergebnis ausgegeben wird, und daß der Wähler (18) durch die von der Vergleichereinrichtung (10, 16) gelieferte Verschiebungszahl gesteuert wird.

5. Operationsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wähler (17) die erste Überbrückungsleitung (13a) auswählt, wenn die von der Vergleichereinrichtung (10, 16) gelieferte Verschiebungszahl gleich Null ist.

6. Operationsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wähler (18) die Einrichtung (15) zur Bildung des Zweier-Komplements auswählt, wenn die von der Vergleichereinrichtung (10, 16) gelieferte Verschiebungszahl gleich Null ist.

7. Operationsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Vorzeichen-Diskriminator (16) einen ersten bis fünften Wähler (16-1 bis 16-5) mit jeweils einem ersten und einem zweiten Eingang und einem Ausgang aufweist, wobei der erste bis vierte Wähler (16-1 bis 16-4) durch das Vergleichsergebnis (CMPe) und der fünfte Wähler (16- 5) auf der Basis des Typs der vorbestimmten Operation gesteuert werden,

daß der erste und der zweite Eingang des ersten und dritten Wählers (16-1, 16-3) mit den Vorzeichen der Eingangzahlen (A, B) beauf schlagt werden, die Ausgänge des ersten und dritten Wählers mit den ersten Eingängen des zweiten bzw. vierten Wählers (16-2, 164) verbunden sind und deren zweite Eingänge mit dem Vorzeichen des Operationsergebnisses beaufschlagt werden,

und daß der erste und der zweite Eingang des fünften Wählers (16-5) mit den Ausgängen des zweiten bzw. vierten Wählers (16-2, 16-4) verbunden sind und das Vorzeichen des endgültigen Operationsergebnisses über den Ausgang des fünften Wählers (16-5) ausgegeben wird.

8. Operationsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahleinrichtung (11, 12) einen ersten und einen zweiten Wähler (11, 12) mit jeweils einem ersten und einem zweiten Eingang und einem Ausgang aufweist, daß dem ersten und dem zweiten Eingang sowohl des ersten als auch des zweiten Wählers (11, 12) die erste bzw. die zweite Eingangzahl (A, B) zugeführt wird und daß der Ausgang des ersten Wählers (11) mit der Operationseinrichtung (14) und der Ausgang des zweiten Wählers (12) mit dem Schieber (13) und der ersten Überbrückungsleitung (13a) verbunden ist.

9. Operationsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wähler (12) durch die Vergleichereinrichtung (10, 16) so gesteuert wird, daß er stets die Mantisse mit dem kleineren Wert auswählt.

10. Operationsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Operation eine Subtraktion ist.