JPH02161563A - ベクトル演算方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はベクトル演算方式に関し、特に浮動小数点デー
タの累和演算を高速に実行するベクトル演算方式に関す
る。

藍氷弦韮 従来、浮動小数データの累和演算、すなわち次嘘 であられされるような演算は、例えば第２図のような加
算回路で実現されている。第２図において、１は加算回
路であり、２は加算回路１の制御回路である。

ここで、式（１）で表わされる累和演算のオペランドを
Ａ、Ｂｎとおき、Ａ、Ｂｎそれぞれの指数部をＥＡ、Ｅ
Ｂｎ　、仮数部をＭＡ、ＭＢｎとすると第２図の加算回
路を用いて浮動小数点データの累和演算は以下のように
実行される。

まず、データＡの初期値の指数部が指数セレクタ３を通
して指数レジスタＡ４に、仮数部が仮数セレクタ１２を
通して仮数レジスタＡ１３に夫々格納される。データＢ
ｎの第１要素の指数部が指数レジスタＢ５に、仮数部が
仮数レジスタＢ１４に夫々格納される。

また指数減算器Ａ６では指数レジスタＡ４の内容から指
数レジスタ５の内容を引く減算が行なわれる。指数減算
器Ｂ７では指数レジスタＢ５の内容から指数レジスタＡ
４の内容を引く減算が行われる。ここで指数セレクト信
号８は指数減算器Ａ７の出力の符号部であり、指数ＥＡ
とＥＢｎの大小関係を示す。

指数演算結果セレクタ９は指数セレクト信号８により指
数レジスタＡ４と指数レジスタＢ５の内容のうち大きい
方の値を出力する。また、イコライズカウントセレクタ
１０では指数セレクト信号８により指数演算結果６と指
数減算器Ｂ７の出力のうち正の方の値、すなわち仮数デ
ータの桁合せに必要なシフトカウントを出力する。

また、オペランドセレクタＡ１５、オペランドセレクタ
Ｂ１６は指数セレクト信号８の制御を受け、オペランド
セレクタＡ４５からは指数値の大きい方のオペランドの
仮数部が、オペランドセレクタＢ１６からは指数値の小
さい方のオペランドの仮数部が夫々出力される。イコラ
イズシフタ１７はオペランドセレクタＢ１６の出力をイ
コライズカウントセレクタ１０の出力に応じて右シフト
する。

演算結果の仮数部は仮数加算器１８においてオペランド
セレクタＡ１５とイコライズシフタ１７の出力を加算す
ることにより得られる。この時、仮数演算結果が正規形
でない場合は、仮数演算結果を正規形にしく以下正規化
すると記述する）、それに伴い指数演算結果も補正しな
ければいけない、そこで、演算結果チェック回路１９で
は仮数加算回路１８の出力の上位所定ビットを入力とし
て仮数演算結果が正規形か否かを判定し、演算時間延長
信号２０を通して制御回路２に報告する。

制御回路２では演算時間延長信号２０を入力として仮数
演算結果が正規形であった場合には、指数演算結果セレ
クタ９の出力を指数レジスタＡ４、指数リザルトレジス
タ２６へそれぞれ指数セレクタ３、指数リザルトセレク
タ２５を介して格納する。また、仮数加算回路１８の出
力を仮数レジスタＡ１３．仮数リザルトレジスタ２２へ
、それぞれ仮数セレクタ１２、仮数リザルトセレクタ２
１を介して格納し、同時にデータＢｎの次の要素Ｂｎ＋
１の指数部を指数レジスタＢ５、仮数部を仮数レジスタ
Ｂ１４へ格納して次の要素の演算を開始する。

また、制御回路２は演算時間延長信号２０から仮数演算
結果が正規形でなかったと判定された場合には１、指数
演算結果セレクタ９の出力を、指数リザルトセレクタ２
５を通して指数リザルトレジスタ２６に、仮数加算回路
１８の出力を仮数リザルトセレクタ２１を通して仮数リ
ザルトレジスタ２２に夫々いったん格納して演算結果の
正規化処理を以下のように行う。

すなわち、正規化シフト量生成回路２１に仮数リザルト
レジスタ２２の出力を入力し、演算結果の正規化に必要
なシフト量を算出する。正規化シフタ２４では、正規化
シフト量生成回ＦＩ＠２３の出力を受けて仮数リザルト
レジスタ２２の出力の左シフトが行われ、指数補正回路
２７では指数リザルトレジスタ２６の出力を正規化シフ
ト量生成回路２３の出力に基き補正する。

以上の正規化処理が終了すると、制御回路２は指数補正
回路２７の出力を、指数レジスタＡ４、指数リザルトレ
ジスタ２７へ、それぞれ指数セレクタ３、指数リザルト
セレクタ２５を介して格納し、正規化シフタ２４の出力
を、仮数レジスタＡ１３、仮数リザルトレジスタ２２へ
、それぞれ仮数セレクタ１２、仮数リザルトセレクタ２
１を介して格納する。同時に、データＢｎの次の要素Ｂ
ｎ＋１の指数部を、指数レジスタＢ５、仮数部を仮数レ
ジスタＢ１４へ夫々格納して次の要素の演算を開始する
。なお、正規化処理による指数値のアンダフローに関す
る処理の説明はここでは省略する。

上述した従来のベクトル（累和）演算装置を用いると、
演算ループ中に演算時間が延長されるケース、すなわち
仮数の加算結果が正規形でないケースが頻発すると、命
令の実行時間が著しく長くなるという欠点がある。

しかしながら、従来例で示したような浮動小数点データ
の加算の原理によれば、加算における仮数データの桁あ
わせにおいては、指数値の小さい方のデータの仮数部が
指数値の差分だけ右シフトされるという特徴がある。従
って、式（１）に示される演算ループ中のｎ番目の要素
Ｂ（ｎ）　（ｎ＝　１〜ｌ）において、Ａ＋Ｂ　　（ｎ
）の演算結果の仮数部が正規形でなくとも、演算結果の
指数部が次の要素Ｂ（ｎ＋１）の指数部より小さいが若
しくは同じ場合には、ｎ番目の演算結果の正規化処理を
行わないまま（ｎ＋１）番目の要素の演算にい用いても
（ｎ＋１）番目の要素の演算結果は同じであることがわ
かる。

九匪血旦旬 本発明は以上の点に着目してなされたものであって、そ
の目的とするところは、浮動小数点データの累和演算を
確率的に高速化することができるベクトル演算方式を提
供することを目的とする。

九匪血Ｊ羞 本発明によれば、複数のベクトル要素データを逐次加算
していくことにより累和を求める累和演算において、前
記累和演算の初期値若しくは中間結果の累和データと前
記要素データのうち第ｎ番目の要素データとの指数部と
を比較する比較手段と、この比較結果である指数部の差
に応じて前記累和データと前記第ｎ番目の要素データと
の仮数部を桁合せする桁合せ手段と、この桁合せ後の両
データを加算する加算手段と、この加算結果が正規形か
どうかを検出する正規形チェック手段と、正規形でない
場合には前記加算結果を正規形に補正する補正手段とを
含み、前記加算結果が正規形である場合にはこの加算結
果を、また正規形でない場合は前記補正手段による補正
結果を、前記第ｎ＋１番目の要素データとの加算のため
の累和データとするようにしたベクトル演算方式であっ
て、前記補正手段による補正時における前記加算結果の
指数部の補正時に、指数アンダフローが生じるか否かを
検出する指数アンダフロー検出手段を設け、前記正規形
チェック手段により前記加算結果が正規形でないと判定
され、また前記比較手段により前記加算結果の指数部が
前記第ｎ＋１番目の要素の指数部よりも大きくないこと
が検出され、かつ前記指数アンダフロー検出手段により
指数アンダフローが生じないと判定されたときに、前記
補正手段による正規化補正を行うことなく、前記加算結
果を前記第ｎ＋１番目の要素との累和データとして用い
ることを特徴とするベクトル演算方式が得られる。

衷隻舅 以下に図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明の実施例のブロック図であり、第２図と
同等部分は同一符号により示している。

第２図と異なる部分のみについて述べれば、指数減算器
Ｂ７の符号部分の出力１１が演算リトライ指示信号とし
て制御回路２へ供給されている。この信号１１は指数レ
ジスタＡ４の内容が指数レジスタＢ５の内容より大きい
場合に“１”、等しいか小さい場合には“０”が出力さ
れる。

また、指数アンダフロー検出回路２８は指数補正回路２
７の出力を入力とし、演算結果の正規化処理中に指数補
正回路２７において指数リザルトレジスタ２６の内容か
ら正規化シフト量生成回路２３の出力を減じた結果がア
ンダフローした、すなわち指数表現範囲を逸脱したか否
か針判定する回路であり、指数アンダフロー報告信号２
９は指数アンダフロー検出回路２８の判定結果を制御回
路２に伝える信号である。

第１の加算回路を用いて浮動小数点データの異相演算は
以下のようにして行われる。

（１）式（１）におけるデータＡの初期値の指数部が指
数セレクタ３を通して指数セレクタＡ４へ、仮数部が仮
数セレクタ１２を通して仮数レジスタ１３へ夫々格納さ
れる。同時にデータＢ　（ｎ）の第１番目の要素の指数
部が指数レジスタＢ５へ、仮数部が仮数レジスタＢ１４
へ夫々格納される。

（２）指数減算器Ａ６において指数レジスタＡ４の内容
から指数レジスタＢ５の内容を引く減算が実行され、指
数減算器Ｂ７においては指数レジスタＢ５の内容から指
数レジスタＡ４の内容を引く減算が実行される。指数部
Ｘ結果セレクタ９は°指数セレクト信号８、すなわち指
数減算器Ａ６の出力の符号部により制御され、指数レジ
スタＡ４と指数レジスタＢ５の内容のうち大きい方の値
を出力する。また、イコライズカウントセレクタ１０も
同様に指数セレク１−信号８の制御を受け、指数減算器
Ａ６と指数減算器Ｂ７の出力のうち正の方の値を出力す
る。

（３）オペランドセレクタＡ１５．オペランドセレクタ
Ｂ１６は指数セレクト信号８の制御を受け、オペランド
セレクタＡ１５からは仮数レジスタＡ１３．仮数レジス
タＢ１４の内容のうち指数値の大きい方のデータに対応
する仮数部が選択され出力される。同様に、オペランド
セレクタ１６からは（旨数値の小さい方のデータに対応
する仮数部が選択され、その出力はイコライズカウント
セレクタ１０の出力によりイコライズシフタ１７におい
て右シフトされる。仮数加算器１８はオペランドセレク
タＡ１５とイコライズシフタ１７の出力の加算が行われ
る。

（４）演算結果チェック回路１９において仮数加算器１
８より出力される仮数の演算結果が正規形か否かを判定
し、演算時間延長信号２０を介して制御回路２へ報告す
る。同時に指数演算結果セレクタ９出力を指数セレクタ
３を通して指数レジスタＡ４へ、指数リザルトセレクタ
２５を通して指数リザルトレジスタ２６へ夫々格納する
。また、仮数加算器１８の出力は仮数セレクタ１２を通
して仮数レジスタＡ１３へ、仮数リザルトセレクタ２１
を通して仮数リザルトレジスタ２２へ夫々格納される。

さらに、式（１）のデータＢ　［ｎ）の次の要素の指数
部が指数レジスタ５へ、仮数部が仮数レジスタ１４へ夫
々格納される。

（５）制御回路２は演算時間延長信号２０を受け、前演
算サイクルにおける仮数演算結果が正規形であったと判
定された場合には次の（６）の処理を、正規形でなかっ
たと判定された場合には次の（７）の処理を夫々実行す
る。

（６）前記（２）の処理と同様の指数部処理及び前記（
３）の処理と同様の仮数部処理と前記（４）の処理と同
様の後処理を行う。

（７）まず以下の■、■を同時に実行する。

■正規化シフト量作成回路２３において、仮数リザルト
レジスタ２２の内容を正規形にするために必要なシフト
量を作成し出力する。正規化シフタ２４において、仮数
リザルトレジスタ２２の内容を正規化シフト！作成回路
２３出力により左シフトし、指数補正回路２７において
、指数リザルトレジスタ２６の出力から正規化シフト量
作成回路２３の出力を減じる。また指数アンダフロー検
出回路２８において、指数補正回路２７の出力がアンダ
フローしたか否かを判定し、指数アンダフロー報告信号
２８を通して制御口１１２へ報告する。

■前記■の処理と同時に（２）の処理と同様の指数部処
理、（３）の処理と同様の仮数部処理を行う、また演算
リトライ指示信号１１を通じて指数減算器Ｂ７の出力の
符号部を制御口＃１２へ報告する。

■制御回路２は演算リトライ指示信号１１と指数アンダ
フロー報告信号２９を受け、前回の演算結果の指数部で
ある指数レジスタＡ４の内容が新しく演算を行ったデー
タＢ　（ｎ）の要素の指数部である指数レジスタＢ５の
内容と等しいがもしくは小さい場合であり、■の処理に
おける正規化処理により指数部がアンダフローしない場
合には、（４）の処理と同様の後処理を行う、また指数
レジスタＡ４の内容が指数レジスタＢ５の内容より小さ
いか等しい場合で、かつ■の処理における正規化処理に
より指数部がアンダフローした場合、及び指数レジスタ
Ａ４の内容が指数レジスタＢ５の内容より大きい場合に
は次の■の処理を行う。

■前記■の処理における正規化処理で指数アンダフロー
した場合には、例えば指数値を負の最大値にし仮数部を
“０”にする等の処理を指数補正回路２７の出力と正規
化シフタ２４の出力に施し、それぞれ指数レジスタＡ４
、仮数レジスタＡ１３へ格納し、指数レジスタＢ５、仮
数レジスタＢ１４の内容は変更しないまま（２）、（３
）、（４）の各処理を再実行する。また、指数アンダフ
ローがない場合には、指数補正回路２７の出力をそのま
ま指数レジスタＡ４へ、正規化シフタ２４の出力をその
まま仮数レジスタＡ１３へ夫々格納し、指数レジスタＢ
５、仮数レジスタＢ１４の内容は変更しないまま（２）
、（３）、（４）の各処理を再実行する。

さらに、式（１）のデータＢ　（ｎ）の次の要素の指数
部が指数レジスタ５へ、仮数が仮数レジスタ１４へ夫々
格納される。

（５）制御回路２は演算時間延長信号２０を受け、前演
算サイクルにおける仮数演算結果が正規形であったと判
定された場合には（６）の処理を、正規形でなかったと
判定された場合には（７）の処理を実行する。

（６）前記（２）の処理と同様の指数部処理及び（３）
の処理と同様の仮数部処理と（４）の処理と同様の後処
理を行う。

（７）まず以下の■、■を同時に実行する。

■正規化シフト量作成回路２３において、仮数リザルト
レジスタ２２の内容を正規形にするために必要なシフト
量を作成し出力する。正規化シフタ２４において仮数リ
ザルトレジスタ２２の内容を正規化シフト量作成回路２
３の出力により左シフトし、指数補正回路２７において
、指数リザルトレジスタ２６の出力から正規化シフト量
作成回路２３の出力を減じる。また指数アンダフロー検
出回路２８において、指数補正回路２７の出力がアンダ
フローしたか否かを判定し、指数アンダフロー報告信号
２８を通して制御回路２へ報告する。

■前記（７）−■の処理と同時に（２）の処理と同様の
指数部処理、（３）の処理と同様の仮数部処理を行う、
また演算リトライ指示信号１１を通じて指数減算器Ｂ７
の出力の符号部を制御回路２へ報告する。

■制御回路２は演算リトライ指示信号１１と指数アンダ
フロー報告信号２９を受け、前回の演算結果の指数部で
ある指数レジスタＡ４の内容が新しく演算を行ったデー
タＢ　（ｎ）の要素の指数部である指数レジスタＢ５の
内容と等しいかもしくは小さい場合であり、（７）−■
の処理における正規化処理により指数部がアンダフロー
しない場合には（４）と同様の後処理を行う、また指数
レジスタＡ４の内容が指数レジスタＢ５の内容より小さ
いか等しい場合でかっ（７）−■の処理における正規化
処理により指数部がアンダフローした場合、及び指数レ
ジスタＡ４の内容が指数レジスタＢ５の内容より大きい
場合には、次の■の処理を行う。

■前記（７）−■における正規化処理で指数アンダフロ
ーした場合には、例えば指数値を負の最大値にし仮数部
を・“０”にする等の処理を指数補正回路２１の出力と
正規化シフタ２４出カに施し、。

それぞれ指数レジスタＡ４、仮数レジスタＡ１３へ格納
し、指数レジスタＢ５、仮数レジスタＢ１４の内容は変
更しないまま（２）、（３）、（４）の各処理を再実行
する。また、指数アンダフローをしない場合には、指数
補正回路２７の出方をそのまま指数レジスタＡ４へ、正
規化シフタ２４の出力をそのまま仮数レジスタＡ１３へ
格納し、指数レジスタＢ５、仮数レジスタＢ１４の内容
は変更しないまま（８）、（３）、（４）の各処理を再
実行する。

（８）前記（５）、（６）もしくは（７）の処理を必要
回数くり返す。

以上の処理をモデル図として書くと第３図のようになる
、第３図中指数処理部６０は（２）の処理の指数部処理
、仮数処理部６１は（３）の処理の仮数部処理を行う、
また指数処理部６９、仮数処理部７０はそれぞれ（６）
、（７）−■の処理を行い、正規化シフト量生成回路２
３、指数補正回路２７、正規化シフタ２４は（７）−〇
の処理を行う、さらに指数処理部７１．仮数処理部７２
は（７）−■の処理を行う。

第３図かられかるように、ある要素の仮数演算結果が正
規形でなくとも、その結果の指数部が次の要素の指数部
より小さいもしくは等しい場合で、かつ正規化した場合
に指数アンダフローを生じないようなケースでは、その
演算結果の正規化に必要な演算時間を実質的に０にする
ことができる。

なお、本実施例では仮数の加算結果がオーバフローする
ケースについての説明は省略したが、これは（３）の仮
数部処理に含めることができる。

また正規化処理における指数アンダフローに関する処理
は対応する演算装置の使用にもとづき任意に変ることは
いうまでもない。

北遷ノと死重 以上述べた如く、本発明によれば、加算結果が正規形で
ない場合において、正規化補正により指数アンダフロー
が生じかつ加算結果の指数部が次の要素の指数部よりも
大きくない条件下において、当該加算結果の正規化補正
処理を行わないで、次の異相処理へ直ちに移行するよう
にしているので、浮動小数点データの異相演算を確率的
に高速化し得るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のブロック図、第２図は従来の
ベクトル演算を行う装置のブロック図、第３図は本発明
の実施例の動作を示すモデル図である。 主要部分の符号の説明 ２・・・・・・制御回路 ４．５・・・・・・指数レジスタ ６．７・・・・・・指数減算器 １３．１４・・・・・・仮数レジスタ １７・・・・・・イコライズシフタ １８・・・・・・仮数加！＋器 １９・・・・・・演算結果チェック回路２３・・・・・
・正規化シフト量生成回路２４・・・・・・正規化シフ
タ ２７・・・・・・指数補正回路 ２８・・・・・・指数アンダフロー検忠回路第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のベクトル要素データを逐次加算していくこ
   とにより累和を求める累和演算において、前記累和演算
   の初期値若しくは中間結果の累和データと前記要素デー
   タのうち第ｎ番目の要素データとの指数部とを比較する
   比較手段と、この比較結果である指数部の差に応じて前
   記累和データと前記第ｎ番目の要素データとの仮数部を
   桁合せする桁合せ手段と、この桁合せ後の両データを加
   算する加算手段と、この加算結果が正規形かどうかを検
   出する正規形チェック手段と、正規形でない場合には前
   記加算結果を正規形に補正する補正手段とを含み、前記
   加算結果が正規形である場合にはこの加算結果を、また
   正規形でない場合は前記補正手段による補正結果を、前
   記第ｎ＋１番目の要素データとの加算のための累和デー
   タとするようにしたベクトル演算方式であって、前記補
   正手段による補正時における前記加算結果の指数部の補
   正時に、指数アンダフローが生じるか否かを検出する指
   数アンダフロー検出手段を設け、前記正規形チェック手
   段により前記加算結果が正規形でないと判定され、また
   前記比較手段により前記加算結果の指数部が前記第ｎ＋
   １番目の要素の指数部よりも大きくないことが検出され
   、かつ前記指数アンダフロー検出手段により指数アンダ
   フローが生じないと判定されたときに、前記補正手段に
   よる正規化補正を行うことなく、前記加算結果を前記第
   ｎ＋１番目の要素との累和データとして用いることを特
   徴とするベクトル演算方式。