JPH0291724A - 演算装置 - 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】 〔目次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術　　　　　　　　（第４〜６図）発明が解決
しようとする課題 課題を解決するための手段 作用 実施例 本発明の一実施例　　　　（第１〜３図）発明の効果 〔概要〕 演算装置に関し、 正規化数よりも大きい方向にもダイナミックレンジを拡
張して演算の精度を高めることのできる演算装置を提供
することを目的とし、 所定の外部データ形式により浮動小数点表記法による指
数部と仮数部で表される２つの数について、該外部デー
タ形式の指数部に１ビットを追加した内部データ形式に
よりダイナミックレンジを拡張して演算を行い、少なく
とも該演算結果を、追加した１ビットの値に応じてデー
タ変換手段により内部データ形式から外部データ形式に
変換して出力する演算装置において、前記１ビットの追
加により正規化数よりも小さい数値を拡張する第１のモ
ードと、正規化数よりも大きい数値を拡張する第２のモ
ードとを設け、前記データ変換手段は、２つの数の演算
内容に応じて第１のモードまたは第２のモードを切り換
え、外部データ形式と内部データ形式との変換を行うよ
うに構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、浮動小数点表記法の数値について演算を行う
演算装置に係り、特に、浮動小数点演算器の内部データ
形式におけるダイナミックレンジの拡張を図る演算装置
に関する。

固定小数点表現では、表現できる数の範囲が狭いため非
常に大きな数を表すことができない。また、固定小数点
表現は通常整数のみを扱うことが多く、したがって科学
技術計算などに必要な実数を表すための表記法が別に必
要となる。このようなことから、仮数と指数と呼ばれる
２つの数を組み合わせた浮動小数点表記法（ｆｌｏａｔ
ｉｎｇ　ｐｏｉｎｔｒｅｐｒｅｓｅｎ　ｔａ　ｔ　ｔｏ
ｎ）が考察された。

−船釣な浮動小数点は、基数（ｒａ＋Ｈｘ）がＲのとき
、次のように示される。

（−１）３　・ｍ−Ｒ” ここに、Ｓは符号（ｓｉｇｎ）で、正のとき５＝Ｏ１負
のときｓ＝１である。また、ｍとｅはそれぞれ仮数（ｍ
ａｎｔｉｓｓａ）、指数（ｅｘｐｏｎｅｎ　ｔ）であり
、これらを固定小数点で表したものを組み合わせたせの
がコンピュータ内の浮動小数点表現である。なお、浮動
小数点表現では、仮数ｍの長さが有効けたの長さを決め
るので、精度の良い数値を必要とする場合は、仮数部の
長さを大きくした表現が用いられる。

このような浮動小数点演算は、整数演算と比べ、ダイナ
ミックレンジが広く精度も高く、特に、近時は各種の高
度な演算要求に沿うように高速のものが求められる傾向
にある。

〔従来の技術〕

現在、最も広く使われている２進の浮動小数点規格は、
ＩＥＥＥ、、ＤＥＣ，ＩＢＭ、ＭＩＬ−３Ｔ　Ｄ　−１
７５０Ａの４つである。いずれも単精度の浮動小数点を
３２ビットの語長で表している。いずれの規格も倍精度
データをサポートしており、なかには拡張形式の単精度
や拡張形式の倍精度など他のデータの形式をサポートし
ているものもある。

このうち、ｒＥＥＥの作業グループは、ＡＮＳＩ／ＩＥ
ＥＥ　Ｓｔｄ　７５４−１９８５　（規格書）に示す仕
様を、移植性の高い浮動小数点ソフト用の強力な規格と
して提案している。この規格提案は広い支持を受けてお
り、今後作られるハードウェアの大部分の基本になって
いくと考えられる。

現在一般に使用されているＩ　ＥＥＥ浮動小数点規格の
単精度データ形式（以下、タイプＡという）は第４図の
ように示される。浮動小数点データは同図（ａ）のよう
に符号（Ｓ）、指数（ｅ）、仮数（ｆ）からなり、これ
は３２ビットの例である。また、表現できるデータは同
図（ｂ）に示すように、非数（ＳＮａＮ　ＸＱＮａＮ）
　、無限大（＋ＩＮＦ　。

ＩＮＦ）、正規化数、非正規化数およびゼロ＜　＋０、
−〇）である。非正規化数は、指数はゼロで仮数の隠れ
ビットがゼロである。このため、非正規化数の演算は複
雑である。さらに、非正規化数の指数のダイナミックレ
ンジは２２３しか得られず、これに対処するため、指数
に１ビット追加するいわゆるゲタバキ表現方法が知られ
ている。このようなゲタバキ表現の指数の最小値はゼロ
であるが、それ以下を２つの補数と解釈して、正規化数
より小さな数を扱う。追加した１ビットは２つの補数表
現の符号ビットに用いる。このように表現された正規化
数よりも小さい数をラップ数Ｗという。うツブ数Ｗを追
加したデータ形式（以下、タイプＢという）は第５図の
ように示され、これは３３ビットとなっている。

タイプＢを用いた従来の浮動小数点演算装置としては、
例えば第６図に示すようなものがある。

同図において、浮動小数点演算器１は浮動小数点演算ユ
ニット２、レジスタファイル３および出力変換回路４か
ら構成され、各回路間はデータバス５により接続される
。図中ではデータバスの１つについて５の符号を付して
示し、バス上の数字はビット数を表す。

浮動小数点演算ユニット２はラップ数Ｗを含めて３３ビ
ットで浮動小数点の演算を行い、レジスタファイル３は
演算に必要なデータや結果を記憶する。出力変換回路４
はラップ数Ｗの値に応じて内部データ形式（３３ビット
）から外部のデータ形式（３２ビット）に変換するもの
で、次表に示すような機能を有している。

表１ そして、出力データは３２ビットとして外部に取り出さ
れる。

〔発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来の浮動小数点演算器にあ
っては、タイプＢのデータ形式を用いて浮動小数点の演
算を行っており、ラップ数Ｗは正規化数とゼロの間の数
を表す（後述の第３図参照）ので、ゼロ方向にダイナミ
ックレンジを大きくすることはできるものの、正規化数
よりも大きい方向についてはダイナミックレンジは何ら
変化させることができない。すなわち、タイプＡに対し
て１ビットを追加しても一方向にしかダイナミックレン
ジを拡張することができるのみであり、これ以上演算精
度を高めることができないという問題点があった。

そこで、本発明は、正規化数よりも大きい方向にもダイ
ナミックレンジを拡張して演算の精度を高めることので
きる演算装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による演算装置は上記目的達成のため、と、所定
の外部データ形式により浮動小数点表記法による指数部
と仮数部で表される２つの数について、該外部データ形
式の指数部に１ビットを追加した内部データ形式により
ダイナミックレンジを拡張して演算を行い、少な（とも
該演算結果を追加した１ビットの値に応じてデータ変換
手段により内部データ形式から外部データ形式に変換し
て出力する演算装置において、前記１ビットの追加によ
り正規化数よりも小さい数値を拡張する第１のモードと
、正規化数よりも大きい数値を拡張する第２のモードと
を設け、前記データ変換手段は、２つの数の演算内容に
応じて第１のモードまたは第２のモードを切り換え、外
部データ形式と内部データ形式との変換を行うようにし
ている。

〔作用〕

本発明では、１ビットの追加により正規化数よりも小さ
い数値（ラップ数）を拡張する第１のモードと、正規化
数よりも大きい数値（拡張数）を拡張する第２モードと
が設けられ、データ変換手段により２つの数の演算内容
に応じて第１のモードまたは第２のモードが切り換えら
れ、外部データ形式と内部データ形式との変換が行われ
る。

したがって、実行するアプリケーションプログラムによ
って適切なモードが選択されて演算におけるダイナミッ
クレンジが拡大され、演算精度が高められる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１〜３図は本発明に係る演算装置の一実施例を示す図
である。まず、構成を説明する。第１図は浮動小数点演
算器１０の構成を示すブロック図であり、この図におい
て、浮動小数点演算器１０は浮動小数点演算ユニット１
１、レジスタファイル１２、入力変換回路１３および出
力変換回路１４により構成され、各回路間は３３ビット
のデータバス１５により接続される。図中では、データ
バスの１つについて１５の符号を付して示し、バス上の
数字はビット数を表している。なお、アドレスや制御信
号のためのバスは省略している。

浮動小数点演算ユニット１１は第２図（ａ）に示すデー
タ形式および同図（ｂ）に示すようなデータ内容を有す
る３３ビットの内部データ形式、すなわち正規化数より
も大きい数値（拡張数）を拡張する第２のモードと、従
来と同様の第４図（ａ）（ｂ）に示すような正規化数よ
りも小さい数値（ラップ数）を拡張する第１のモードと
の２つの内部データ形式によって浮動小数点の演算を行
う。

レジスタファイル１２は演算に必要な数値、データ、オ
ペランド等の記憶や演算結果の一時記憶等を行う。入力
変換回路１３は外部のデータバスから与えられる３２ビ
ットのデータ（外部データ形式のデータ）に対して選択
信号ＳＥＬに基づいて１ビットを追加して第１のモード
あるいは第２のモードを選択して３３ビットの内部デー
タ形式に変換してレジスタファイル１２に出力する。具
体的には、選択信号ＳＥＬの値に応じて次の表２で示す
ように入力データの指数ｅを調べてＷの値を決定する。

なお、選択信号ＳＥＬは５ＥＬ＝Ｏのとき第１のモード
（ラップ数）をセレクトし、“１°°のとき第２のモー
ド（拡張数）をセレクトする。

表２ 一方、出力変換回路１４はレジスタファイル１２から与
えられる３３ビットのデータに対して選択信号ＳＥＬに
基づいて１ビットを削除し、３２ビットのデータに変換
して外部に出力する。具体的には、ラップ数Ｗの値およ
び選択信号ＳＥＬの値に応じて次の表３で示すような処
理を行って３２ビットのデータを出力する。

表３ 上記入力変換回路１３および出力変換回路１４は全体と
してデータ変換手段１６を構成する。

次に、作用を説明する。

いま、外部のアプリケーションプログラムで演算すべき
２つの数が与えられると、演算の種類により第１のモー
ドあるいは第２のモードのうちのどちらを選択するのが
適切かが判断され、その判断結果に応じて選択信号ＳＥ
Ｌが°“０”又は１”にセレクトされて入力変換回路１
３および出力変換回路１４に与えられる。これにより、
外部データ形式の３２ビットのデータが入力変換回路１
３により３３ビットの内部データ形式に変換され、浮動
小数点演算ユニット１１およびレジスタファイル１２に
よって浮動小数点の演算が行われる。この演算結果はレ
ジスタファイル１２に保持され、出力変換回路１４によ
って再びデータ形式が３３ビットから３２ビットに変換
されて外部に出力される。このとき、出力変換口１４は
、例えばＷ＝０のときはＷを切り捨てて残りの３２ビッ
トを出力し、一方、Ｗ＝１のときは選択信号ＳＥＬの値
に応じてデイフォルト値（例えば、ラップ数のときはゼ
ロか非正規化数、拡張数のときは無限大か最大の正規化
数）を出力する。したがって、ラップ数、拡張数、正規
化数、第１、第２のモード等の関係は第３図に示すよう
になり、内部データ形式ではアプリケーションプログラ
ムの内容によって第１のモードあるいは第２のモードが
選択されることで演算のダイナミックレンジが拡大しく
特に、正規化数よりも大きい方向）、高精度の演算を実
行することができ、その後再び元の外部データ形式（３
２ビット）に戻して外部に転送するので、外部とのイン
ターフェースにも全く支障はない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ラップ数を扱う第１のモードと、拡張
数を扱う第２のモードの２つを、実行するアプリケーシ
ョンプログラムで適切に切り換えているので、正規化数
よりも小さい方向のダイナミックレンジを拡張しつつ、
さらに正規化数よりも大きい方向にもダイナミックレン
ジを拡張することができ、浮動小数点演算の精度を高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明に係る演算装置の一実施例を示す図
であり、 第１図はその浮動小数点演算器のブロック図、第２図は
その第２のモードのデータ形式を示す図、 第３図はそのダイナミックレンジを示す図、第４〜６図
は従来の浮動小数点演算装置を示す図であり、 第４図はそのタイプＡのデータ形式を示す図、第５図は
そのタイプＢのデータ形式を示す図、第６図はその浮動
小数点演算器のブロック図である。 １０・・・・・・浮動小数点演算器、 １１・・・・・・浮動小数点演算ユニット、１２・・・
・・・レジスタファイル、 １３・・・・・・入力変換回路、 １４・・・・・・出力変換回路、 １５・・・・・・データバス、 １６・・・・・・データ変換手段。 入出力データ １゜ 一実施例の浮動小数点演算器のブロック図第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 所定の外部データ形式により浮動小数点表記法による指
   数部と仮数部で表される２つの数について、 該外部データ形式の指数部に１ビットを追加した内部デ
   ータ形式によりダイナミックレンジを拡張して演算を行
   い、 少なくとも該演算結果を、追加した１ビットの値に応じ
   てデータ変換手段により内部データ形式から外部データ
   形式に変換して出力する演算装置において、 前記１ビットの追加により正規化数よりも小さい数値を
   拡張する第１のモードと、正規化数よりも大きい数値を
   拡張する第２のモードとを設け、前記データ変換手段は
   、２つの数の演算内容に、応じて第１のモードまたは第
   ２のモードを切り換え、外部データ形式と内部データ形
   式との変換を行うようにしたことを特徴とする演算装置
   。