JP4461135B2 - 演算回路及び演算方法並びに情報処理装置 - Google Patents
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Description
現された演算オペランドを入力し、該浮動小数点形式における仮数部に第1のデータ幅を有する第1の演算結果を出力する第1の演算器と、前記演算オペランドを入力し、前記浮動小数点形式における仮数部に前記第1のデータ幅よりも小さい第2のデータ幅を有する第2の演算結果を出力する第2の演算器と、前記第1の演算結果と前記第2の演算結果の仮数部について、それぞれの所定ビットから前記第2のデータ幅について比較を行う比較回路と、を有する。
図1は、本発明の実施例に係る浮動小数点演算回路100の概要を説明する図である。
図1に示す浮動小数点演算回路100は、第1の演算結果を出力する第1の演算器101と、第2の演算結果を出力する第2の演算器102と、第1の演算結果と第2の演算結果とについて所定ビット幅だけ比較する比較回路103と、を備える。
比較回路103は、第1の演算結果と第2の演算結果とについて第2のデータ幅だけ比較し、比較結果を出力する。
旨ではない。例えば、単精度浮動小数点演算回路等についても本発明は適用可能なのは当然である。
図2は、本発明の第1の実施例に係る第1の演算器101の具体的な構成例を示す図である。
デコーダ213は、符号部(S1、S2)と引算器202の出力値の符号と加算器201の出力値の符号とから符号部SIGNを計算する。
なお、第2の演算器102には、第1の演算器101と同様に、第1及び第2の演算オペランドが入力されるが、仮数部は上位4ビットのみを使用する。図3の説明では、符号部S1(1ビット幅)と指数部E1(11ビット幅)と仮数部f1(4ビット幅)とで構成される第1の演算オペランドと、符号部S2(1ビット幅)と指数部E2(11ビット幅)と仮数部f2(4ビット幅)とで構成される第2の演算オペランドを入力データとする。
以上の処理によって、第1の演算オペランドと第2の演算オペランドとの加算処理が行われ、第2の演算結果が算出される。本実施例では、デコーダ213、切替器207およ
び変換器303の出力値を、それぞれ第2の符号部、第2の指数部および第2の仮数部として使用する。
図4(a)は、略一致検出器304に入力されるAとBとがLSB以外全く同じ場合を示している。例えば、Aが”11110”、Bが”11111”のような場合である。A及びBの排他的論理和をとると、その演算結果Cは、LSB以外が全て”0”(0の連続)となり、LSBのみ”1”となる。
が一致したビット位置では”0”(0の連続)となり、一致しないビット位置では”1”(1の連続)となる。
図5は、本発明の第1の実施例に係る比較回路103の入力部の構成例を示す図である。A0〜Anは、ビット幅がnである場合の第1の仮数部の各ビットを示し、B0〜Bnは、ビット幅がnである場合の第2の仮数部の各ビットを示している。なお、本実施例の場合には、n=4とすればよい。
論理積演算器601と602の出力O10とO32は、論理積演算器605に入力される。論理積演算器605は、出力O30を出力する。同様に、論理積演算器603と604の出力O54とO76は、論理積演算器606に入力される。論理積演算器606は、出力O74を出力する。
また、論理和演算器611と612の出力Z10とZ32は、論理積演算器615に入力される。論理積演算器615は、出力Z30を出力する。同様に、論理和演算器613と614の出力Z54とZ76は、論理積演算器616に入力される。論理積演算器616は、出力Z74を出力する
したがって、出力Znmはmビット目からnビット目までが”0”であることを示す。そして、以上の処理から、X0〜X7における”0”の連続と”1”の連続が求められる。
その結果、比較回路103の出力(0または1)から、比較回路103に入力される第1及び第2の仮数部の誤差が1LSBの範囲である略一致か否かを判定することが可能となる。
図7は、本発明の第2の実施例に係る第1の演算器101の具体的な構成例を示す図である。
なお、第1の実施例と同様に、第2の演算器102には、第1及び第2の演算オペランドが入力されるが、仮数部は上位4ビットのみを使用する。図8の説明では、符号部S1(1ビット幅)と指数部E1(11ビット幅)と仮数部f1(4ビット幅)とで構成される第1の演算オペランドと、符号部S2(1ビット幅)と指数部E2(11ビット幅)と仮数部f2(4ビット幅)とで構成される第2の演算オペランドを入力データとする。
a*(1−Δa)*b*(1−Δb) = a*b*(1−Δa−Δb+Δa*Δb)
今、第1及び第2の仮数部が4ビットであるとすると、Δa、Δbは1/32より小さい値となる。しかし、乗算結果の誤差(Δa+Δb−Δa*Δb)は、1/16より小さい値となるが加算結果の誤差のように1/32より小さい値とならない。そこで、本実施例に係る略一致検出器802では、2LSBの誤差を許容する比較を行う略一致検出器を使用する。なお、具体的な構成例は、図5及び図6で説明したので省略する。
一般に、加算器やシフタの回路量は、ビット幅をNとすると、およそ
したがって、第1の実施例においては、仮数部が52ビットの場合は、浮動小数点演算回路100全体の10%以下の回路量で第2の演算器102及び比較回路103を実現することができる。
なお、仮数部は省略された1.0を補うと1.0以上2.0未満である。そこで、仮数部の値を1.0とみなして第1及び第2の符号部と第1及び第2の指数部についてのみ比較を行うようにすれば、エラーを検出する精度は低下するが、例えば、加算器301や乗算器801が不要となるため必要となるハードウェアを更に減少させることができる。
図9に示すグラフは、2次方程式:Y=X*X−3*X+2のグラフである。以下、反復収束計算であるNewton Lapson法を用いてこの2次元方程式の解を求める場合について説明する。
dY/dX=2*X−3であるので、X=0におけるYの傾きY’(0)=−3、Y(0)=2となる。この時、X=X−Y(0)/Y’(0)から次のXの値を求めるとX=2/3となる。同様に、X=2/3における傾きY’(2/3)=−5/3、Y(2/3)=4/9となる。次のXの値はX=14/15となるので、同様に、Y’(14/15)=−17/15、Y(14/15)=16/225となる。その次のXの値はX=254/255となる。この時、正しい解X=1との誤差は、0.4%程度に減少する。
recovery method for the same”
2.H.Ando,Y.Yoshida,A.Inoue,I.Sugiyama,T.Asakawa,K.Morita,T.Muta,T.Motokurumada,S.Okada,H.Yamashita,Y.Satsukawa,A.Konmoto,R.Yamashita,H.Sugiyama,”A 1.3−GHz fifth−generation SPARC64 microprocessor”,Solid−State Circuits,IEEE Journal,Vlume38,11.11.2003,1896−1905
図10に示す浮動小数点演算回路1000は、演算回路の実行に必要な状態を保持するプロセッサ・ステイト1001と、正しく演算が実行された時の状態を格納するチェックポイント・アレイ1002と、最後に正しく実行を完結した状態を格納しているエントリを指すコミット・ポインタ1003と、直前の状態を格納するエントリを指すカレント・ポインタ1004と、誤作動等が起こった場合にコミット・ポインタで指された状態をチェックポイント・アレイ1002から取り出し、プロセッサ・ステイト1001に格納することにより、その状態から実行を再開させる制御を行うバックアップ・コントロール1005と、分岐命令を取り扱うブランチ・ユニット1006と、各ユニットの誤作動を監視するエラー検出ユニット1007と、各ユニットを制御するコントロール・ユニット1008と、第1の演算器101で構成された演算実行ユニット1009と、第2の演算器102及び比較回路103で構成することにより演算実行ユニット1009の演算結果の正誤を監視するエラーチェックユニット1010と、を少なくとも備える。
エントリの次のエントリまで実行が完結すると、コミット・ポインタ1003を一つ進め、常に最後の実行命令の完結状態を指すように制御する。
前記演算オペランドを入力し、前記浮動小数点形式における仮数部に前記第1のデータ幅よりも小さい第2のデータ幅を有する第2の演算結果を出力する第2の演算器と、
前記第1の演算結果と前記第2の演算結果の仮数部について、それぞれの所定ビットから前記第2のデータ幅について比較を行う比較回路とを有することを特徴とする浮動小数点演算回路。
(付記2) 前記比較回路は、
前記第1の演算結果と前記第2の演算結果の仮数部について、最上位ビットから前記第2のデータ幅についてビット毎に排他的論理和演算を行なう排他的論理和演算回路と、
該排他的論理和演算の演算結果について、所定のビットパターンであるか否かを判定し、該所定のビットパターンの場合に一致の比較結果を出力する仮数部比較回路と、を有し、
該仮数部比較回路が一致の比較結果を出力した場合に、前記第1の演算結果と前記第2の演算結果とが一致すると判断することを特徴とする付記1記載の浮動小数点演算回路。(付記3) 前記所定のビットパターンは、
全てのビットが1のビットパターン、全てのビットが0のビットパターン、または、最上位ビットから任意のビットまで0が連続し該任意のビットの次のビットから所定のビットまで1が連続するビットパターンのいずれかであることを特徴とする付記2記載の浮動小数点演算回路。
(付記4) 前記第1の演算結果と前記第2の演算結果について、それぞれの符号を比較し、該比較の結果が一致する場合に一致の比較結果を出力する符号比較回路をさらに有し、
前記仮数部比較回路と前記符号比較回路とが一致の比較結果を出力した場合に、前記第1の演算結果と前記第2の演算結果とが一致すると判断することを特徴とする付記2記載の浮動小数点演算回路。
(付記5) 前記第1の演算結果と前記第2の演算結果について、それぞれの指数部を比較し、該比較の結果が一致する場合に一致の比較結果を出力する指数部比較回路をさらに有し、
前記仮数部比較回路と前記指数部比較回路とが一致の比較結果を出力した場合に、前記第1の演算結果と前記第2の演算結果とが一致すると判断することを特徴とする付記2記載の浮動小数点演算回路。
(付記6) 前記比較回路の比較の結果に応じて前記第1の演算回路に対して演算を再実行させる再実行回路をさらに有することを特徴とする付記1記載の浮動小数点演算回路。(付記7) 浮動小数点形式で表現された演算オペランドを入力し、該浮動小数点形式における仮数部に第1のデータ幅を有する第1の演算結果を出力する第1の演算器に接続され、前記第1の演算結果の検査を行う演算検査回路において、
前記演算オペランドを入力し、前記浮動小数点形式における仮数部に前記第1のデータ幅よりも小さい第2のデータ幅を有する第2の演算結果を出力する第2の演算器と、
前記第1の演算結果と前記第2の演算結果の仮数部について、それぞれの所定ビットから前記第2のデータ幅について比較を行う比較回路とを有することを特徴とする演算検査回路。
(付記8) 前記比較回路は、
前記第1の演算結果と前記第2の演算結果の仮数部について、最上位ビットから前記第2のデータ幅についてビット毎に排他的論理和演算を行なう排他的論理和演算回路と、
該排他的論理和演算の演算結果について、所定のビットパターンであるか否かを判定し、該所定のビットパターンの場合に一致の比較結果を出力する仮数部比較回路と、を有し、
該仮数部比較回路が一致の比較結果を出力した場合に、前記第1の演算結果と前記第2の演算結果とが一致すると判断することを特徴とする付記7記載の演算検査回路。
(付記9) 前記所定のビットパターンは、
全てのビットが1のビットパターン、全てのビットが0のビットパターン、または、最上位ビットから任意のビットまで0が連続し該任意のビットの次のビットから所定のビットまで1が連続するビットパターンのいずれかであることを特徴とする付記8記載の演算検査回路。
(付記10) 前記第1の演算結果と前記第2の演算結果について、それぞれの符号を比較し、該比較の結果が一致する場合に一致の比較結果を出力する符号比較回路をさらに有し、
前記仮数部比較回路と前記符号比較回路とが一致の比較結果を出力した場合に、前記第1の演算結果と前記第2の演算結果とが一致すると判断することを特徴とする付記8記載
の演算検査回路。
(付記11) 前記第1の演算結果と前記第2の演算結果について、それぞれの指数部を比較し、該比較の結果が一致する場合に一致の比較結果を出力する指数部比較回路をさらに有し、
前記仮数部比較回路と前記指数部比較回路とが一致の比較結果を出力した場合に、前記第1の演算結果と前記第2の演算結果とが一致すると判断することを特徴とする付記8記載の演算検査回路。
(付記12) 前記比較回路の比較の結果に応じて前記第1の演算回路に対して演算を再実行させる再実行回路をさらに有することを特徴とする付記7記載の演算検査回路。
(付記13) 浮動小数点形式で表現された演算オペランドを入力し、該浮動小数点形式における仮数部に第1のデータ幅を有する第1の演算結果を出力する第1の演算回路と、
前記演算オペランドを入力し、前記浮動小数点形式における仮数部に前記第1のデータ幅よりも小さい第2のデータ幅を有する第2の演算結果を出力する第2の演算回路と、
前記第1の演算結果と前記第2の演算結果の仮数部について、それぞれの所定ビットから前記第2のデータ幅について比較を行う比較回路とを有することを特徴とする情報処理装置。
(付記14) 前記比較回路は、
前記第1の演算結果と前記第2の演算結果の仮数部について、最上位ビットから前記第2のデータ幅についてビット毎に排他的論理和演算を行なう排他的論理和演算回路と、
該排他的論理和演算の演算結果について、所定のビットパターンであるか否かを判定し、該所定のビットパターンの場合に一致の比較結果を出力する仮数部比較回路と、を有し、
該仮数部比較回路が一致の比較結果を出力した場合に、前記第1の演算結果と前記第2の演算結果とが一致すると判断することを特徴とする付記13記載の情報処理装置。
(付記15) 前記所定のビットパターンは、
全てのビットが1のビットパターン、全てのビットが0のビットパターン、または、最上位ビットから任意のビットまで0が連続し該任意のビットの次のビットから所定のビットまで1が連続するビットパターンのいずれかであることを特徴とする付記14記載の情報処理装置。
(付記16) 前記第1の演算結果と前記第2の演算結果について、それぞれの符号を比較し、該比較の結果が一致する場合に一致の比較結果を出力する符号比較回路をさらに有し、
前記仮数部比較回路と前記符号比較回路とが一致の比較結果を出力した場合に、前記第1の演算結果と前記第2の演算結果とが一致すると判断することを特徴とする付記14記載の情報処理装置。
(付記17) 前記第1の演算結果と前記第2の演算結果について、それぞれの指数部を比較し、該比較の結果が一致する場合に一致の比較結果を出力する指数部比較回路をさらに有し、
前記仮数部比較回路と前記指数部比較回路とが一致の比較結果を出力した場合に、前記第1の演算結果と前記第2の演算結果とが一致すると判断することを特徴とする付記14記載の情報処理装置。
(付記18) 前記比較回路の比較の結果に応じて前記第1の演算回路による演算を再実行する再実行回路をさらに有することを特徴とする付記13記載の情報処理装置。
(付記19) 第1の演算器が出力する第1の演算結果を、第2の演算器が出力する第2の演算結果を用いて検査を行う演算回路の演算方法であって、
浮動小数点形式で表現された演算オペランドを入力し、該浮動小数点形式における仮数部に第1のデータ幅を有する第1の演算結果を出力するステップと、
前記演算オペランドを入力し、前記浮動小数点形式における仮数部に前記第1のデータ幅よりも小さい第2のデータ幅を有する第2の演算結果を出力するステップと、
前記第1の演算結果と前記第2の演算結果の仮数部について、それぞれの所定ビットか
ら前記第2のデータ幅について比較を行うステップとを有することを特徴とする浮動小数点演算方法。
(付記20) 浮動小数点形式で表現された演算オペランドを入力し、浮動小数点形式における仮数部に第1のデータ幅を有する第1の演算結果を出力する第1の演算器に接続され、前記第1の演算結果の検査を行う演算検査回路の検査方法であって、
前記演算オペランドを入力し、前記浮動小数点形式における仮数部に前記第1のデータ幅よりも小さい第2のデータ幅を有する第2の演算結果を出力するステップと、
前記第1の演算結果と前記第2の演算結果の仮数部について、それぞれの所定ビットから前記第2のデータ幅について比較を行うステップとを有することを特徴とする演算検査方法。
101 第1の演算器
102 第2の演算器
103 比較回路
Claims (5)
- 浮動小数点形式で表現された演算オペランドを入力し、該浮動小数点形式における仮数部に第1のデータ幅を有する第1の演算結果を出力する第1の演算器と、
前記演算オペランドを入力し、前記浮動小数点形式における仮数部に前記第1のデータ幅よりも小さい第2のデータ幅を有する第2の演算結果を出力する第2の演算器と、
前記第1の演算結果と前記第2の演算結果の仮数部について、それぞれの所定ビットから前記第2のデータ幅について比較を行う比較回路とを有することを特徴とする浮動小数点演算回路。 - 前記比較回路は、
前記第1の演算結果と前記第2の演算結果の仮数部について、最上位ビットから前記第2のデータ幅についてビット毎に排他的論理和演算を行なう排他的論理和演算回路と、
該排他的論理和演算の演算結果について、所定のビットパターンであるか否かを判定し、該所定のビットパターンの場合に一致の比較結果を出力する仮数部比較回路と、を有し、
該仮数部比較回路が一致の比較結果を出力した場合に、前記第1の演算結果と前記第2の演算結果とが一致すると判断することを特徴とする請求項1記載の浮動小数点演算回路。 - 前記所定のビットパターンは、
全てのビットが1のビットパターン、全てのビットが0のビットパターン、または、最上位ビットから任意のビットまで0が連続し該任意のビットの次のビットから所定のビットまで1が連続するビットパターンのいずれかであることを特徴とする請求項2記載の浮動小数点演算回路。 - 浮動小数点形式で表現された演算オペランドを入力し、該浮動小数点形式における仮数部に第1のデータ幅を有する第1の演算結果を出力する第1の演算器に接続され、前記第1の演算結果の検査を行う演算検査回路において、
前記演算オペランドを入力し、前記浮動小数点形式における仮数部に前記第1のデータ幅よりも小さい第2のデータ幅を有する第2の演算結果を出力する第2の演算器と、
前記第1の演算結果と前記第2の演算結果の仮数部について、それぞれの所定ビットから前記第2のデータ幅について比較を行う比較回路とを有することを特徴とする演算検査回路。 - 浮動小数点形式で表現された演算オペランドを入力し、該浮動小数点形式における仮数部に第1のデータ幅を有する第1の演算結果を出力する第1の演算回路と、
前記演算オペランドを入力し、前記浮動小数点形式における仮数部に前記第1のデータ幅よりも小さい第2のデータ幅を有する第2の演算結果を出力する第2の演算回路と、
前記第1の演算結果と前記第2の演算結果の仮数部について、それぞれの所定ビットから前記第2のデータ幅について比較を行う比較回路とを有することを特徴とする情報処理装置。
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