JPH02226420A - 浮動小数点演算実行装置 - Google Patents

浮動小数点演算実行装置

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JPH02226420A
JPH02226420A JP1324159A JP32415989A JPH02226420A JP H02226420 A JPH02226420 A JP H02226420A JP 1324159 A JP1324159 A JP 1324159A JP 32415989 A JP32415989 A JP 32415989A JP H02226420 A JPH02226420 A JP H02226420A
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JP
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floating point
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operand
cycle
operands
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JP1324159A
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Daniel Cocanougher
ダニエル・コカノウジヤー
Robert K Montoye
ロバート・ケビン・モントイー
Myhong Nguyenphu
マイホング・ンクイエンフイー
Stephen L Runyon
ステフアン・ラリー・ルンヨン
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International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
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Publication date
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    • G06F9/30—Arrangements for executing machine instructions, e.g. instruction decode
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、概してデータ処理システムに関し、さらに詳
細には、浮動小数点数演算を行なうデータ処理システム
に関する。
Ｂ、従来の技術 従来、浮動小数点数演算はデータ処理システムで逐次方
式で実行されている。あるデータ処理システムでは、浮
動小数点数演算は実際には中央処理装置内で、ソフトウ
ェアが提供するアルゴリズムに従って実行される。他の
システムでは、専用の浮動小数点数処理装置が設けられ
ている。どちらの方法も、第２の演算を開始する前に第
１の演算の答を完了しておく必要がある。最近のパイプ
ライン処理では、第２の演算を開始する前に第１の演算
の完了を待つ必要があると、不必要な遅延が生じる可能
性がある。
Ｃ０発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、データ依存性を決定し、データに依存
する浮動小数点数演算をより効率的に実行しながら、浮
動小数点数演算をパイプライン方式で実行する浮動小数
点処理装置を提供することである。
０１課題を解決するための手段 本発明によれば、第１サイクルで１組のオペランドに対
して第１の浮動小数点数演算を実行し、第２サイクル中
に１つのオペランド及び第１の浮動小数点数演算の結果
に対して第２の浮動小数点数演算を実行する回路を備え
た、浮動小数点数演算を実行するための装置が提供され
る。第３サイクルで、第２の浮動小数点数演算の結果を
丸めながら、次の後続サイクルでの第１の浮動小数点数
演算のために第２の浮動小数点数演算の結果を第１の浮
動小数点回路に転送するための制御回路が設けられる。
好ましい実施例では、乗算及び加算の両方を実行する浮
動小数点数演算装置が設けられる。浮動小数点数演算装
置用の制御回路は、一連の浮動小数点数演算で第２組の
オペランドが第１組のオペランドから計算された結果を
いつ含むかを検出することができる。この第２組のオペ
ランドがこの結果を含む時、データ依存性が宣言される
。制御回路は、丸めが実際に完了する前に第１の演算の
結果をもたらすことにより、データ依存性を処理する。
好ましい実施例では、この丸め操作を使用して直接入力
を浮動小数点数乗算機構に供給する。
また、制御回路は、第２の浮動小数点数演算を一層迅速
に実行するため、第１の浮動小数点数演算からの答が浮
動小数点回路に直接供給されるようにする。
Ｅ、実施例 本発明は浮動小数点数演算装置に関する。第１図に浮動
小数点プロセッサのブロック・ダイヤグラムを示す。レ
ジスタ・ファイル１０が設けられている。好ましい実施
例では、レジスタ・ファイル１ｏは、４０ワードを記憶
する。レジスタ・ファイル１０は、出力をＡオペランド
・ラッチ１２、Ｂオペランド・ラッチ１４及びＣオペラ
ンド・ラッチ１６に供給する。好ましい実施例では、Ａ
オペランド・ラッチ及びＢオペランド・ラッチは、浮動
小数点数演算の乗算部分で使用されるオペランドを含む
。Ｃオペランド・ラッチ１６は加算オペランドを含む。
Ａオペランド・ラッチ１２の出力は乗算機構２２に供給
される。Ｂオペランド・ラッチ１４の出力はマルチプレ
クサ１８を介して乗算機構２２に供給される。Ｃオペラ
ンド・ラッチ１６の出力はマルチプレクサ２０に供給さ
れ、次に桁合せシフタ２４に供給される。桁合せシフタ
の目的は、加算オペランドを乗算機構２２で実行される
乗算の結果と桁合せすることである。乗算機構２２は出
力を第１の部分積ラッチ２６及び第２の部分積ラッチ２
８に供給する。ラッチ２６及び２８の出力は３：２桁上
げ保管加算機構３２に供給される。桁合せシフタ２４は
、出力を加数ラッチ３０に供給し、加数ラッチ３０も出
力を３＝２桁上げ保管加算機構３２に供給する。桁上げ
保管加算機構３２は２つの出力を全加算機構３４に供給
する。全加算機構３４の出力は、正規化回路３６で正規
化される。結果ラッチ３８は正規化動作の結果を記憶す
る。結果ラッチのデータは次に丸め回路４０で丸められ
、通常の動作では、レジスタ・ファイル１０に再び戻さ
れる。
制御回路４２は制御線８を含む。制御線８は実際には、
第１図に示す浮動小数点数演算装置の種々の要素を制御
する１組の制御線である。制御回路４２の機能の１つは
、乗算機構２２での乗算のため指数の加算を実行するこ
とである。桁合せシフタ２４は、この情報を使って、加
算オペランドを適切に桁合せする。制御回路４２のもう
１つの機能は、データ依存性がいつ存在するかを判定す
ることである。データ依存性は、実行しようとする浮動
小数点数演算が、前の浮動小数点数演算の結果であるオ
ペランドを含む時に定義される。通常の動作では、前の
浮動小数点数演算の結果をレジスタ・ファイルに記憶す
ることになる。制御回路４２はデータ依存性を検出する
ことができるので、丸め回路４０から結果を受は取って
それを２つのマルチプレクサ１８及び２０の一方に直接
供給する機能が備わっている。こうして、後続の浮動小
数点数演算での乗算用のオペランドである、ラッチ３８
からの丸められていない結果、または加算用のオペラン
ドである丸められた結果を、レジスタ・ファイル１０、
及びラッチ１４及び１６の一方を通過せずに演算機構に
直接供給することができる。さらに、制御回路４２は、
丸め操作が必要か否かを示す入力４１を乗算機構に供給
する機能を丸め回路４０に与える。
第２図は、第１図の乗算機構に含まれる桁上げ保管加算
機構ツリーの図である。線４１が桁上げ保管加算機構Ｃ
ＳＡ＃１１に入力を供給することに留意されたい。この
入力は、前に計算された結果が切り上げられたかどうか
を示すのに使用される。切り上げられていた場合は、本
明細書に開示する方式で１が加算される。ツリーを介す
る伝播遅延のため、丸めを適時に加えることができる。
第３図は、データ依存性が発生しなかった七きの制御回
路４２の動作を示す流れ図である。ステップ１００で、
浮動小数点命令を復号する。ステップ１０２で、レジス
タ・ファイル１０からオペランドを読み取る。ステップ
１００及びステップ１０２は、いわゆる復号サイクルを
構成する。次に、ステップ１０４で乗算を行ない、ステ
ップ１０６で加算桁合せを行なう。実際には、乗算ステ
ップ１０４及び加算桁合せステップ１０６はそれぞれオ
ーバーラツプする。これら２つのステップ１゜４及び１
０６を乗算サイクルと呼ぶ。ステップ１０８で、加算を
実行する。次にステップ１１０で、正規化動作を実行す
る。ステップ１０８及び１１０を加算サイクルと呼ぶ。
ステップ１１２で、正規化サイクルの結果を丸める。次
にステップ１１４で、丸めた結果を浮動小数点レジスタ
・ファイル１０に書き込む。
第４図には、乗算オペランドに対するデータ依存性が存
在する演算の制御の流れを示す。復号サイクルでは、ス
テップ１２０でまず命令を復号する。ステップ１２２で
、その命令用のオペランドを検査して、実際にデータ依
存性があるかどうか判定する。この例では、オペランド
Ｂは依存オペランドである（すなわち、このＢオペラン
ドは、実際には前の浮動小数点数演算の丸められていな
い結果である）。ステップ１２４で、浮動小数点レジス
タ１０から、Ａオペランド及びＣオペランドをロードす
る。ステップ１２６で、マルチプレクサ１８がＢオペラ
ンドを乗算機構２２にロードし、ステップ１２８で乗算
を実行する。ステップ１２８では、丸め回路４０からの
丸め調整が、前述のように線４１を介してもたらされる
。また、乗算機構２２の動作と同時に、ステップ１３０
で、桁合せシフタが加算オペランドをシフトする。ステ
ップ１３２で加算を実行し、ステップ１３４で正規化を
行なう。前と同様にステップ１３６で丸めを行ない、最
後にステップ１３８で結果を浮動小数点レジスタ・ファ
イル１０に書き込む。
第５図は、加算オペランドに対するデータ依存性が存在
する場合の、浮動小数点数演算の制御の流れを示す。ス
テップ１４０で命令を復号し、ステップ１４２でオペラ
ンドを検査する。この例では、Ｃオペランドは実際には
前の浮動小数点数演算の結果である。したがって、ステ
ップ１４４で浮動小数点レジスタ・ファイル１０からＡ
オペランド及びＢオペランドをロードする。ステップ１
４６で、マルチプレクサ２０が丸め回路４０がらＣオペ
ランドを受は取る。ステップ１４２で乗算を実行し、ス
テップ１５０で加算桁合せシフトを行なう。加算桁合せ
は比較的高速なので、丸め操作の完了後に行なう。ステ
ップ１５２で加算を実行し、ステップ１５４で加算結果
の正規化を行なう。ステップ１５６でこの正規化された
結果を丸め、ステップ１５８で浮動小数点レジスタ・フ
ァイル１０に書き込む。
第６図は、単一の命令に対する浮動小数点数演算装置の
パイプラインの流れを示す簡単なタイミング図である。
これはパイプライン動作なので、第２の命令をその復号
サイクルをサイクル２で開始することを理解されたい。
同様に、第３の命令は、第６図に示すようにサイクル３
でその復号サイクルを開始する。
第７図は、乗算オペランド依存性が存在する状態でのパ
イプラインの流れを示すタイミング図である。サイクル
２での復号動作は、実際にはサイクル２及び３の間に行
なわれることに留意されたい。次にサイクル４で、デー
タ依存オペランドの多重化を実行する。これは結果の丸
めを含むサイクル４での初期の動作と同時に行なわれる
。
第８図は、加算オペランドが前の演算に依存する浮動小
数点数演算の場合の、パイプラインの流れを示すタイミ
ング図である。この場合も、サイクル２での第２の命令
のための復号動作に２サイクル（サイクル２及び３）か
かる。第２の命令の乗算サイクルが第１の命令の書込み
サイクル（サイクル４）とオーバーラツプし、したがっ
て、丸め動作の結果を加算桁合せ動作用のＣオペランド
に多重化することができる。
Ｆ０発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、第１サイクルで１
組のオペランドに対して第１の浮動小数点数演算を実行
し、第２サイクル中に１つのオペランド及び第１の浮動
小数点数演算の結果に対して第２の浮動小数点数演算を
実行する回路を備えた、浮動小数点数演算を実行するた
めの装置が提供される。第３サイクルで、第２の浮動小
数点数演算の結果を丸めながら、次の後続サイクルでの
第１の浮動小数点演算のために第２の浮動小数点数演算
の結果を第１の浮動小数点数回路に転送するための制御
回路が設けられる。
したがって、データ依存性を決定し、データに依存する
浮動小数点数演算をより効率的に実行しながら、浮動小
数点数演算をパイプライン方式で実行する浮動小数点処
理装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、浮動小数点数演算装置のブロック・ダイヤグ
ラムである。 第２図は、乗算機構のブロック・ダイヤグラムである。 第３図は、データ依存性なしに動作するときの制御回路
の動作を示す流れ図である。 第４図は、乗算オペランドの一方に対するデータ依存性
が存在するときの制御回路の動作を示す流れ図である。 第５図は、加算オペランドに対するデータ依存性が存在
するときの制御回路の動作を示す流れ図である。 第６図は、データ依存性が存在しないときの、浮動小数
点数演算装置のパイプライン動作を示すタイミング図で
ある。 第７図は、乗算オペランドのデータ依存性が存在すると
きの、浮動小数点数演算装置のパイプライン動作を示す
タイミング図である。 第８図は、加算オペランドのデータ依存性が存在すると
きの、浮動小数点数演算装置のパイプライン動作を示す
タイミング図である。 １０・・・・レジスタ・ファイル、１２．１４．１６・
・・・オペランド・ラッチ、１８．２０・・・・マルチ
プレクサ、２２・・・・乗算機構、２４・・・・桁合せ
シフタ、２６．２８・・・・部分積ラッチ、３０・・・
・加算ラッチ、３２・・・・３：２桁上げ保管加算機構
、３４・・・・全加算機構、３６・・・・正規化回路、
３８・・・・結果ラッチ、４０・・・・丸め回路、４２
・・・・制御回路。 出願人　　インターナシ日ナル・ビジネス・マンーンズ
・ツーボレーション 復代理人　弁理士　　澤　　１）　俊 夫 第６図 １動小数Ａ詳細バイブライン・フロ （データ依存牲なし〕 １号サイクル ｇ＃夏プサイク ル算サイクル 書込みサイクル

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）第１のサイクルで１組のオペランドに対して第１
    の浮動小数点数演算を実行するための手段と、第２のサ
    イクルでオペランドと上記第１の浮動小数点数演算の結
    果とに対して第２の浮動小数点数演算を実行するための
    手段と、 第３のサイクルで、第２の浮動小数点数演算の結果を丸
    めながら、次の後続サイクルでの第１の浮動小数点数演
    算のために、第２の浮動小数点数演算の結果を上記第１
    の浮動小数点演算を実行する手段に供給するための制御
    手段と を含む、浮動小数点数演算実行装置。
  2. （２）複数の浮動小数点オペランドを記憶するための手
    段と、 上記記憶手段に接続された、第１組の記憶されたオペラ
    ンドに対して第１の浮動小数点数演算を実行するための
    第１の浮動小数点数演算手段と、上記記憶手段及び上記
    第１の浮動小数点数演算手段に接続された、第１のオペ
    ランドと第１の浮動小数点数演算の結果とに対して第２
    の浮動小数点数演算を実行するための手段と、 第２の浮動小数点数演算の結果を丸めるための手段と、 第２組のオペランドが第１組のオペランド及び第１のオ
    ペランドに対する浮動小数点数演算からの結果をいつ含
    むかを判定し、第１組のオペランドと第１のオペランド
    に対する浮動小数点数演算が丸め手段で丸められている
    間に、第１組のオペランドと第１のオペランドに対する
    浮動小数点数演算の結果を第１の浮動小数点数演算手段
    に供給するための制御手段と を含む、浮動小数点数演算実行装置。
JP1324159A 1989-01-13 1989-12-15 浮動小数点演算実行装置 Pending JPH02226420A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/297,781 US4999802A (en) 1989-01-13 1989-01-13 Floating point arithmetic two cycle data flow
US297781 1989-01-13

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JPH02226420A true JPH02226420A (ja) 1990-09-10

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ID=23147715

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1324159A Pending JPH02226420A (ja) 1989-01-13 1989-12-15 浮動小数点演算実行装置

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EP (1) EP0377994B1 (ja)
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