!HU000008034T2! (19) HU (11) Lajstromszám: E 008 034 (13) T2 MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA (21) Magyar ügyszám: E 06 81637 (22) A bejelentés napja: 06.. 04. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 06081637 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 19347 A1 07. 04. 19. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 19347 B1. 02. 24. (1) Int. Cl.: G06F 7/7 (06.01) G06F 7/483 (06.01) (87) A nemzetközi közzétételi adatok: WO 07044493 PCT/US 06/039063 (30) Elsõbbségi adatok: 244492 0.. 0. US (72) Feltaláló: DOCKSER, Kenneth, Alan, San Diego, California 92121-1714 (US) (73) Jogosult: QUALCOMM MEMS Technologies, Inc., San Diego, CA 92121 (US) (74) Képviselõ: Kovács Gábor, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest (4) Lebegõpontos processzor választhatóan csökkentett pontossággal HU 008 034 T2 A leírás terjedelme 12 oldal (ezen belül 3 lap ábra) Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 199. évi XXXIII. törvény 84/H. -a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.
Háttér A lebegõpontos processzorok speciális számítástechnikai egységek, amelyek bizonyos matematikai mûveleteket, például szorzást, osztást, trigonometrikus függvényeket és exponenciális függvényeket hajtanak végre nagy sebességgel. Ennek megfelelõen a nagy teljesítményû számítástechnikai rendszerek gyakran lebegõpontos processzorokat tartalmaznak, akár a fõprocesszor részeként, akár koprocesszorként. Egy szám lebegõpontos ábrázolása tipikusan egy elõjel összetevõt, egy karakterisztikát és egy mantisszát tartalmaz. Egy lebegõpontos szám értékének megállapításához mantisszát megszorozzuk a karakterisztika hatványára emelt hatványalappal (amely számítógépekben szokásos 2). Ezután a kapott értékhez rendeljük hozzá az elõjelet. Egy lebegõpontos processzor pontosságát a mantissza leírásához használt bitek száma határozza meg. Minél több bit van a mantisszában, annál nagyobb a pontosság. A lebegõpontos processzor pontossága általában a vonatkozó alkalmazástól függ. Így például (szinte valamennyi modern számítógép által követett) ANSI/IEEE-74 szabvány egy 32 bites egyszeres formátumot határoz meg, amely 1¹bit elõjelet, egy 8¹bit karakterisztikát és 24¹bit mantisszát tartalmaz. Csupán a mantissza 23 tört bitjét tárolja a 32 bites kódolás egy egész bitet amely közvetlenül a bináris pont mellett helyezkedik el. Az IEEE-74 továbbá egy kétszeres pontosságú formátumot is meghatároz, amely 1 bites elõjelet, 11 bites karakterisztikát, és 3 bites mantisszát tartalmaz. Az egyszeres kódoláshoz hasonlóan a 64 bites kódolás csupán a mantissza 2 tört bitjét, valamint egy egész bitet tartalmaz közvetlenül a bináris ponthoz képest balra. A nagyobb ábrázolási pontosság nagyobb számítási pontosságot eredményez, azonban intenzívebb számításokat igényel, ami nagyobb teljesítményfogyasztást követel. A lebegõpontos aritmetikai mûveletek minõsége számítástechnikai szempontból esetlegesen nem eléggé hatékony, mivel a lebegõpontos processzorokat az egyszeres formátum ábrázolási pontossága vagy mind az egyszeres és kétszeres pontosságú ábrázolási pontosság korlátozza. Egyes alkalmazások ugyan megkövetelhetnek ilyen ábrázolási pontosságot, de más alkalmazások viszont nem. Egyes grafikai alkalmazások például csupán 16 bites mantisszát igényelnek. Ilyen grafikai alkalmazások esetében a 16 bites ábrázolási pontosságon felüli pontosság szükségtelen teljesítmény igényt von magával. Ez különös problémát okoz akkumulátorról üzemeltetett eszközök esetében, ahol az energia különösen értékes, amilyen például vezeték nélküli telefonok, személyes digitális asszisztensek (PDA), hordozható számítógépek, játékkonzolok, személyi hívók és kamerák esetében, hogy csupán egynéhányat nevesítsünk. Ha ismert az a körülmény, hogy valami alkalmazás mindig csak egy bizonyos csökkentett ábrázolási pontosságot igényel, akkor a lebegõpontos processzor erre a csökkentett ábrázolási pontosságra tervezhetõ és gyártható. A legtöbb általános célú processzor esetében azonban az a 1 2 30 3 40 4 0 60 jellemzõ, hogy bizonyos alkalmazások 3D grafikák elõállításához egy csökkentett pontosság is elfogadható, de más alkalmazásokhoz, amilyen például a helymeghatározás (GPS) funkcióihoz nagyobb pontosságra van szükség. Ennek megfelelõen fennáll az igény egy olyan lebegõpontos processzor iránt, amelynél egy csökkentett ábrázolási pontosság, vagy csökkentett ábrázolás választható. Az US 0/0066 szabadalmi bejelentésbõl a független igénypontok tárgyi köre szerinti 3D grafikai rendszer ismerhetõ meg. Összefoglalás Egy lebegõpontos processzor egyik megvalósítása esetében a lebegõpontos processzor egy lebegõpontos regiszter amely bitek sokaságának egy vagy több lebegõpontos formátumban történõ tárolására van kialakítva, egy vezérlõt és legalább egy lebegõpontos mûveleti egységet tartalmaz. A vezérlõ egy repülõpontos mûvelethez meghatározott számábrázolási pontosság csökkentett ábrázolásának kiválasztására van kialakítva. A vezérlõ továbbá a kiválasztott csökkentett ábrázolásnak megfelelõen a bitek említett sokaságának alkészletének meghatározására van kialakítva. A repülõpontos mûveleti egység a repülõpontos mûveletnek kizárólag a bitek sokaságának az alkészletét felhasználva történõ lebegõpontos mûvelet végrehajtására van kialakítva. Egy lebegõpontos mûvelet végrehajtására irányuló eljárás egyik megvalósítása esetében az eljárás a repülõpontos mûvelethez egy csökkentett ábrázolás kiválasztását tartalmazza. Az eljárás egy lebegõpontos regiszterben tárolt bitek sokaságának a kiválasztott csökkentett ábrázolásnak megfelelõ alkészletének meghatározását tartalmazza. Az eljárás a lebegõpontos mûveletnek kizárólag a bitek sokaságának alkészletével történõ felhasználása útján való végrehajtását tartalmazza. Mindez úgy értendõ, hogy a lebegõpontos processzor és a lebegõpontos mûveletek végrehajtására irányuló eljárás másféle megvalósításai is könnyen nyilvánvalóvá válnak a szakterületen jártas szakember számára az alábbi részletes leírás alapján, amelyben a lebegõpontos processzor és a lebegõpontos mûveletek végrehajtási eljárásának különbözõ megvalósításait mutatjuk be, és ismertetjük szemléltetés útján. Amint az belátható, a lebegõpontos processzor és a lebegõpontos mûveletek végrehajtásának eljárása különbözõ megvalósításokban is lehetséges, és az ezen megvalósítások leírásához használt részletek számos tekintetben módosíthatók. Ennek megfelelõen a rajzok és a részletes leírás csupán szemléltetõ és nem korlátozó jellegûnek tekintendõ. A rajzok rövid ismertetése Az 1. ábra változtathatóan csökkentett ábrázolású lebegõpontos processzor egyik példáját szemléltetõ funkcionális blokkdiagram; a 2. ábra választható csökkentett ábrázolású lebegõpontos processzorban használt le- 2
begõpontos regiszterfájl példáját szemlélteti vázlatosan; a 3A. ábra választható csökkentett ábrázolású lebegõpontos processzort használó példakénti lebegõpontos összeadást szemléltetõ elvi vázlat. A 3B. ábra választhatóan csökkentett ábrázolású lebegõpontos processzor felhasználásával végrehajtott példakénti lebegõpontos szorzást szemléltetõ elvi diagram. Részletes ismertetés Az alábbiakban a csatolt rajzokkal kapcsolatos részletes ismertetés célja a jelen találmány különbözõ megvalósításainak az ismertetése, de nem célja azon kizárólagos megvalósítások bemutatása, amelyek segítségével a jelen találmány a gyakorlatban alkalmazható. A részletes leírás jellegzetes részleteket tartalmaz annak érdekében, hogy lehetõvé tegye a jelen találmány alapos megértését. A szakterületen jártas szakember számára azonban nyilvánvaló, hogy a jelen találmány ezen jellegzetes részletek nélkül is alkalmazható. Egyes esetekben jól ismert szerkezeti elrendezések és alkatrészek szerepelnek blokkvázlat formájában, aminek célja a jelen találmány elképzeléseinek a világos szemléltetése. Egy lebegõpontos processzor legalább egyik kiviteli alakja esetében egy vagy több lebegõpontos mûvelet számábrázolási pontossága lecsökkenthetõ a meghatározott formátumhoz képest. A lebegõpontos processzor számára matematikai mûveletek végrehajtásához adott utasítások egy programozható vezérlõmezõt tartalmazhatnak. A vezérlõmezõ felhasználható a lebegõpontos formátum csökkentett ábrázolásának kiválasztásához. A lebegõpontos formátum csökkentett ábrázolásának egy meghatározott mûvelethez szükséges pontos értékre való kiválasztása révén nagyobb hatékonyság, valamint jelentõs energiamegtakarítás érhetõ el. Az 1. ábra egy olyan funkcionális blokkdiagram, amely példaként mutat be egy választhatóan csökkentett ábrázolású 0 lebegõpontos processzor (FPP) példáját. A 0 lebegõpontos processzor egy 1 lebegõpontos regiszterfájlt (FPR); egy 130 lebegõpontos vezérlõt (CTL) és egy 140 lebegõpontos matematikai mûveletvégzõ egységet (FPO) tartalmaz. A 0 lebegõpontos processzor megvalósítható a fõ processzor részeként, egy koprocesszorként vagy egy buszon vagy más csatornán át a fõ processzorhoz csatlakoztatott különálló egységként. A 1 lebegõpontos regiszterfájl lehet bármilyen erre alkalmas tárolóközeg. Az 1. ábrán bemutatott kiviteli alak esetében a 1 lebegõpontos regiszterfájl több címezhetõ 11 1 (REG1), 11 2 (REG2), 11¹N (REGN) regiszterhelyet tartalmaz, amelyek mindegyike úgy van kialakítva, hogy a lebegõpontos mûvelethez egy operanduszt tároljon. Az operanduszok egy fõmemóriából és/vagy elõzõ lebegõpontos mûveletekbõl származó adatokat tartalmazhatnak. A lebegõpontos processzornak adott utasítások felhasználhatók az 1 2 30 3 40 4 0 60 operanduszoknak a fõmemóriába történõ és a fõmemóriából történõ mozgatásához. A 2. ábra az 1. ábra kapcsán ismertetett változtathatóan csökkentett ábrázolású 0 lebegõpontos processzorban használt 1 lebegõpontos regiszterfájlhoz való adatszerkezetet szemléltet vázlatosan egy példán. A 2. ábrán szemléltetett példa esetében a 1 lebegõpontos regiszterfájl 16 címezhetõ regiszterhelyet tartalmaz, és minden egyes regiszterhely megjelölésére az egyszerûség kedvéért a 2. ábrán 0 hivatkozási számot alkalmaztunk. Minden egyes 0 regiszterhely úgy van kialakítva, hogy egy 32 bites bináris lebegõpontos számot tartalmazzon egy IEEE-74 szerinti 32 bites egyszeres pontosságú formátumban. Részleteiben tekintve minden egyes 0 regiszterhely egy 1 bites 2 elõjelet, egy 8 bites 4 karakterisztikát és egy 23 bites 6 törtrészt tartalmaz. Ez azonban természetesen úgy értendõ, hogy a 0 lebegõpontos processzor más kiviteli alakjai olyan 2 lebegõpontos regiszterfájlt tartalmazhatnak, amely az IEEE 32 bites egyszeres pontosságú formátumtól eltérõen van kialakítva, (beleértve korlátozás nélkül az IEEE 64 bites kétszeres pontosságú formátumot), és/vagy ettõl eltérõ számú regiszterhelyet tartalmazhat. Visszatérve az 1. ábrára, a 130 lebegõpontos vezérlõ használható fel a lebegõpontos mûveletek csökkentett számábrázolási pontosságának kiválasztásához. Egy 136 vezérlõregiszter megtölthetõ csökkentett ábrázolást választó bitekkel, amelyeket egy vagy több utasítás vezérlõmezõje közvetít. A késõbbiekben részletesebben ismertetett módon a 130 lebegõpontos vezérlõ használhatja fel a csökkentett ábrázolást kiválasztó biteket az operanduszok ábrázolásának csökkentéséhez és a 0 lebegõpontos processzoron belül a különbözõ részegységek mûködésének irányításához. A 140 lebegõpontos mûveletvégzõ egység egy vagy több részegységet tartalmazhat, amelyek a lebegõpontos mûveletek végrehajtására vannak kialakítva. Ezen részegységek közé tartozhatnak korlátozás nélkül különbözõ számítóegységek, mint például egy 42 lebegõpontos összegzõ (ADD), amely lebegõpontos összeadási és kivonási utasítások végrehajtására van kialakítva, továbbá egy 144 lebegõpontos szorzó (MUL), amely lebegõpontos szorzási utasítások végrehajtására van kialakítva. Amint az 1. ábrán látható, minden egyes 142 ADD és 144 MUL számítóegység a 140 lebegõpontos mûveletvégzõ egységben egymáshoz és a 1 lebegõpontos regiszterfájlhoz van kapcsolva olyan módon, amely lehetõvé teszi az operanduszoknak a számítóegységek, valamint minden egyes számítóegység és a 1 lebegõpontos regiszterfájl közötti átvitelét. A 0 lebegõpontos processzor legalább egyik kiviteli alakja esetében a számítóegységek (142 ADD és 144 MUL) közül bármelyiknek a kimenete lehet bármelyik másik számítóegység bemenete. A 1 lebegõpontos regiszterfájl használható fel a közbülsõ eredmények tárolására, valamint azon eredmények tárolására, amelyeket a 140 lebegõpontos mûveletvégzõ egység ad ki. 3
A 142 összegzõ lehet egy hagyományos lebegõpontos összegzõ, amely lebegõpontos formátumban hagyományos aritmetikai mûveletek végrehajtására van kialakítva. A 144 szorzó lehet egy hagyományos lebegõpontos szorzó, amely lebegõpontos szorzás végrehajtására van kialakítva. A 144 szorzó lehet egy hagyományos lebegõpontos szorzó, amely lebegõpontos szorzás végrehajtására van kialakítva. A 144 szorzó például egy Booth- vagy módosított Booth-algoritmus segítségével mûködhet, és tartalmazhat részletszorzat-elõállító logikát, amely részletszorzatokat állít elõ, és egy bizonyos számú átvitelt regisztráló összegzõt is tartalmazhat, amelyek összeadják a részletszorzatokat. Az egyszerûség kedvéért az 1. ábrán csupán egyetlen 142 összegzõt és egyetlen 144 szorzót ábrázoltunk, ugyanakkor a 140 lebegõpontos mûveletvégzõ egység más számítóegységeket is tartalmazhat (amelyek nincsenek ábrázolva), amelyek a szakember számára ismertek, és amelyek úgy vannak kialakítva, hogy másféle fajtájú lebegõpontos matematikai mûveleteket hajtsanak végre. Ezen számítóegységek tartalmazhatnak korlátozás nélkül: lebegõpontos osztót amely lebegõpontos osztási utasítások végrehajtására van kialakítva ; lebegõpontos négyzetgyökvonót amely lebegõpontos négyzetgyökvonási utasítások végrehajtására van kialakítva ; egy lebegõpontos exponenciális mûveletvégzõ egységet amely lebegõpontos exponenciális utasítások végrehajtására van kialakítva ; egy lebegõpontos logaritmikus mûveleteket végzõ egységet amely logaritmikus függvények számítására irányuló utasítások végrehajtására van kialakítva ; és egy lebegõpontos trigonometrikus mûveletvégzõ egységet amely trigonometrikus függvények kiszámítására irányuló utasítások végrehajtására van kialakítva. A 0 lebegõpontos processzor különbözõ kiviteli alakjai csupán egy vagy néhány, vagy valamennyi számítóegységet tartalmazhatják a fent felsoroltak közül. A 140 lebegõpontos mûveletvégzõ egység tartalmazhat továbbá más (nem ábrázolt) egységeket több alapvetõ mûvelet végrehajtására, amilyen például az összehasonlítás és az átalakítás. Az ilyen egységek a szakterületen jól ismertek, és bármelyik erre alkalmas szokásosan rendelkezésre álló egység alkalmazható. A 142 összegzõ és a 144 szorzó például egyenként egy vagy több jól ismert hagyományos alegységet, például beillesztõket amelyek a beadott operanduszokat beillesztik, normalizálókat amelyek az eredményt szabványos formátumba léptetik, és kerekítõket amelyek az eredményt egy meghatározott kerekítési módszer alapján kerekítik. A 142 összegzõben és a 144 szorzóban jól ismert áramköri elemek, például bitinverterek, multiplexerek, számlálók és kombinációs logikai áramkörök is vannak. Amint az 1. ábra szemlélteti, a 140 lebegõpontos mûveletvégzõ egység hozzá van kapcsolva a 1 lebegõpontos regiszterfájlhoz, és ezáltal a kért lebegõpontos mûveletre vonatkozó minden egyes utasításhoz a vonatkozó számítóegység, vagyis a 142 összegzõ vagy a 144 szorzó a REG1,, REGN regiszterhelyek 1 2 30 3 40 4 0 60 közül egy vagy többen tárolt egy vagy több operanduszt tud megkapni a 1 lebegõpontos regiszterfájlból. Egy hagyományos (nem ábrázolt) lebegõpontos formátum átalakító amely a 1 regiszterfájlból választja ki és fogadja az operanduszokat, majd a vett operanduszokat a számítóegységek által felismert belsõ adatformátumra alakítja át kapcsolható hozzá a 0 lebegõpontos regiszterfájlhoz és minden egyes (142 ADD vagy 144 MUL) számítóegységhez. Az operanduszoknak a 1 lebegõpontos regiszterfájlból történõ vétele után a 140 lebegõpontos mûveletvégzõ egységben lévõ egy vagy több számítóegység végrehajthatja a kért lebegõpontos mûvelet utasításait a vett operanduszokon, mégpedig olyan csökkentett ábrázolással, amelyet a 130 lebegõpontos vezérlõ választ ki. A kimenet visszaküldhetõ tárolás céljából a 1 lebegõpontos regiszterhez, amint azt az 1. ábra mutatja. A 0 lebegõpontos processzor legalább egyik kiviteli alakja esetében a lebegõpontos mûveletek számábrázolási pontosságának csökkentéséhez szoftverrel választható üzemmód használható. Amint fent már említettük, a 0 lebegõpontos processzorhoz küldött utasítások egy programozható vezérlõmezõt tartalmazhatnak csökkentett ábrázolást kiválasztó bitek továbbításához. A csökkentett ábrázolást választó bitek be vannak írva a 137 vezérlõregiszterbe, amely viszont vezérli a lebegõpontos mûvelet végrehajtása során minden egyes operandusz mantisszájának hosszúságát. Egy másik lehetõség szerint a csökkentett ábrázolást választó bitek beírhatók közvetlenül bármelyik alkalmas felhasználói interfészbõl beleértve korlátozás nélkül az 1. ábrán mutatott monitor képernyõ/billentyûzet/egér kombinációt a 137 vezérlõregiszterbe. A 0 lebegõpontos processzor egy másik kiviteli alakja esetében a csökkentett ábrázolást választó bitek közvetlenül a fõprocesszorból vagy annak operációs rendszerébõl beírhatók a 137 vezérlõregiszterbe. A 130 lebegõpontos vezérlõben szemléltetett 137 vezérlõregiszter valahol máshol is elhelyezkedhet önálló egységként vagy egy másik egységbe integrálva, vagy több egység között elosztva. A csökkentett ábrázolást választó bitek használhatók fel a lebegõpontos mûvelet számábrázolási pontosságának csökkentéséhez. Ez többféle úton érhetõ el. Legalább az egyik kiviteli alak esetében a 130 vezérlõ arra késztetheti a 140 lebegõpontos mûveletvégzõ egységet, hogy a 1 regiszterfájlból csak a legnagyobb helyi értékû biteket (MSB) olvassa ki a töredékbõl, amelyek ahhoz szükségesek, hogy a csökkentett ábrázolást választó bitek által meghatározott számábrázolási pontosságot kielégítsék. Minél nagyobb a számábrázolási pontosság, annál több tört bitre van szükség. Ha például a regiszterfájlban minden egyes hely egy 23 bites töredéket tartalmaz, és a lebegõpontos mûvelethez igényelt csökkentett ábrázolás bit értékû, akkor csak a töredékbõl a 9 legnagyobb helyi értékû bitre van szükség; és a rejtett vagy egész bit adja meg a tizediket. Ha egy vagy több utasításhoz a csökkentett ábrázolást megnöveljük 16 bitre, akkor a 4
1 2 30 3 40 4 0 60 mantisszának a 1 legnagyobb helyi értékû bitjére van szükség. Az utóbbi esetben a töredéknek a 8 legkisebb helyi értékû bitje (LSB) egyszerûen elhanyagolható. Egy másik lehetõség szerint a 130 vezérlõ kikapcsolhatja a 224 felesleges biteknek megfelelõ tároló regiszter elemeket. Ha a 1 lebegõpontos regiszterfájl dinamikusan olvasható logikával van megvalósítva, akkor járulékos energiamegtakarítás érhetõ el. A statikusan olvasható logikától eltérõen egy dinamikusan olvasható logika a bitvonalak elõre töltése, majd a kiválasztott memóriahelyekben lévõ adatok alapján kisütése útján gyorsabb kiolvasási idõt tesz lehetõvé. Ezáltal egy dinamikus olvasási logika segítségével energia takarítható meg, mivel a fölösleges mantissza biteknek megfelelõ kiolvasólogikát nem kell elõre feltölteni. A 0 lebegõpontos processzor egyes kiviteli alakjai esetében a 140 lebegõpontos mûveletvégzõ egység minden egyes operanduszhoz a teljes törtrészt kiolvassa. Ezután a 130 vezérlõ arra késztetheti a 140 lebegõpontos mûveletvégzõ egységet, hogy csonkolja a fölösleges mantissza biteket, még azelõtt, hogy végrehajtaná a lebegõpontos mûveletet. A 0 lebegõpontos processzor más kiviteli alakjai esetében a 130 vezérlõ járulékos (nem ábrázolt) feldolgozást kezdeményezhet a 140 lebegõpontos mûveletvégzõ egység elülsõ végében, annak érdekében, hogy minden egyes operandusz mantisszáját a szükséges számábrázolási pontosságnak megfelelõen kerekítse. Egy másik lehetséges megközelítés értelmében a 130 vezérlõ utasítására a 140 lebegõpontos mûveletvégzõ egység minden egyes operandusz fölösleges mantissza bitjeit alacsony szivárgású állapotba kényszeríti. Általában véve sok elektronikus alkatrész, és különösen a félvezetõ eszközök esetében áramszivárgás lép fel. A szivárgóáram egy parazita áram, amilyen például egy fém-oxid félvezetõ (MOS) tranzisztor kapu oxidtartományán keresztül át folyik. Mivel a tranzisztorok mérete egyre csökken, és egy csipbe integrált tranzisztorok száma növekszik, ezért a szivárgóáram egyre nagyobb gondot okoz. A logikai kapu aktuális kialakításától függõen amely kapu számos tranzisztort tartalmaz az egyik állapotban nagyobb szivárgóáramot mutat, mint a másikban. Mivel a 140 lebegõpontos mûveletvégzõ egység logikai kapuinak kialakítása ismert, ezért a 140 lebegõpontos mûveletvégzõ egység felhasználható a fölösleges mantissza biteknek alacsony szivárgási állapotba, vagyis a legkisebb szivárgási áramot eredményezõ állapotba történõ kényszerítéséhez. A késõbbiekben ezen kialakítással kapcsolatban részletesebben is ismertetjük, most megjegyezzük, hogy a 140 lebegõpontos mûveletvégzõ egység úgy van kialakítva, hogy megakadályozza az alacsony szivárgási állapotba kényszerített felesleges mantissza biteket abban, hogy befolyásolják a lebegõpontos mûvelet eredményét. A 3A. ábra egy lebegõpontos összeadást szemléltetõ elvi diagram, amelyet a fent ismertetett, választhatóan csökkentett ábrázolású lebegõpontos processzor alkalmazásával hajtunk végre. Az egyszerûség kedvéért két 302 és 304 lebegõpontos számnak egy 300 összegzõben történõ összeadását szemléltettük. Ugyancsak az egyszerûség kedvéért feltételezzük, hogy a két 302 és 304 lebegõpontos szám már elõre be van állítva, és ezért azokat már nem kell léptetni. A 302 és 304 lebegõpontos számokat a kiválasztott bitekkel, vagyis a mantissza legnagyobb helyi értékû bitjeivel ábrázoltuk az összeadási mûvelethez, továbbá egy bizonyos számú felesleges bitet is feltüntettünk, vagyis a mantissza legkisebb helyi értékû bitjeit, amelyeket az összeadási mûveletnél nem használunk. A kiválasztott bitek pontokkal vannak ábrázolva, és a 302 lebegõpontos számhoz 312 hivatkozási számmal vannak megjelölve, míg a 304 lebegõpontos számhoz 314 hivatkozási számot használtunk. Az összeadáshoz nem használt felesleges bitek keresztekkel vannak feltüntetve, és a 302 lebegõpontos szám esetében 313 hivatkozási számmal, míg a 304 lebegõpontos számhoz 31 hivatkozási számmal vannak jelölve. Olyan helyzetben, amikor a fölösleges bitek zéró (0) értékre vannak kényszerítve, akkor a lebegõpontos összeadási mûvelet úgy hajtható végre, hogy ez nem befolyásolja az eredményt. Amennyiben azonban a fölösleges bitek alacsony szivárgású állapotba vannak kényszerítve az összeadóhoz, akkor bizonyos lépéseket végre kell hajtani annak megakadályozása érdekében, hogy a felesleges bitek befolyásolják az eredményt. Megvalósítható például abban az esetben, ha az alacsony szivárgású állapot egy (1), akkor a felesleges bitek összeadása a kiválasztott bitekhez való átvitelt hozna létre. Legalább az egyik kiviteli alak esetében a lebegõpontos mûveletvégzõ egység úgy alakítható ki, hogy meggátoljon minden olyan átvitelt, amely a felesleges bitek összeadásából származik, vagy pedig elhanyagoljuk az ilyen átvitelt, amikor a kiválasztott biteket összeadjuk. Egy másik lehetõség szerint a legnagyobb helyi értékû felesleges bitek közül elegendõ számút zéró (0) értékre lehet állítani annak biztosítása érdekében, hogy a felesleges bitek összeadása ne eredményezzen átvitelt. Visszatérve az 1. ábrához, a lebegõpontos összeadás olyan eredményt hozhat létre, amelynek a lehetõ legnagyobb a számábrázolási pontossága. A 130 vezérlõ felhasználható arra, hogy utasítsa a 140 lebegõpontos mûveletvégzõ egységet az eredmény számábrázolási pontosságának a megfelelõ szintre történõ csökkentésére, mielõtt még az eredményt visszaírná a 1 regiszterfájlba. Ez végrehajtható az eredménynek olyan számábrázolási pontosságra történõ kerekítése útján, amit a 137 vezérlõregiszterben lévõ csökkentett ábrázolást választó bitek megkövetelnek. Egy másik lehetõség szerint a lebegõpontos összeadási mûveletbõl származó fölösleges mantissza bitek csonkolhatók. Ha a 140 lebegõpontos mûveletvégzõ egységbe beadott operanduszok felesleges mantissza bitjei zéró (0) értékre lennének állítva, akkor a lebegõpontos összeadási mûvelet is egy olyan eredményt ad, amely a fölösleges mantissza bitekben zéró értékeket tartalmaz. Ha azonban az operanduszokban a fölösleges törtrészbitek nem lennének csonkolva vagy alacsony szi-
várgású állapotba állítva, akkor a lebegõpontos összeadási mûveletbõl származó felesleges törtrészbitek közül esetleg nem mindegyik zéró (0) értékû. Ebben az esetben a 130 vezérlõ utasíthatja a 140 lebegõpontos mûveletvégzõ egységet arra, hogy bizonyos (nem ábrázolt) feldolgozást hajtson végre annak érdekében, hogy valamennyi felesleges törtrészbitet zéró (0) állapotba állítson, mielõtt még az eredmény visszaíródik a 1 regiszterfájlba. A lebegõpontos mûveletvégzõ egység legalább egyik kiviteli alakja esetében úgy írható vissza a regiszterfájlba, hogy a fölösleges törtrészbitek alacsony szivárgású állapotba vannak állítva. Legalább egy kiviteli alak esetében továbbá a felesleges törtrészbitek meggátolhatók abban, hogy frissítsék a regiszterfájlt, és ezáltal energia takarítható meg a regiszterfájlban. A 3B. ábra egy 400 szorzóban (MUL) egy lebegõpontos szorzás elvi diagramját mutatja, amelyet egy olyan 0 lebegõpontos processzor felhasználásával hajtunk végre, amelynek választható csökkentett ábrázolása van, ahogy azt korábban ismertettük. Amint az jól ismert, a bináris számok szorzása alapvetõen elcsúsztatott értékek összeadásának a sorozata. Ha a felhasználó által választott csökkentett ábrázolás N mantissza bitet szolgáltat, akkor a szorzó által kiadott, és két lebegõpontos szám (amelyek mindegyike N mantissza bitet tartalmaz) szorzásából származó nyers érték, akár 2N kimenõ mantissza bitet tartalmazhat. Abban az esetben, ha a szorzásból 2N mantissza bit származik, akkor N fölösleges bit kiküszöbölhetõ, mielõtt az eredmény visszaíródik a regiszterfájlba. Ezt a funkciót a vezérlõ különbözõ módszerekkel hajthatja végre. Így például a vezérlõ utasítást adhat a lebegõpontos mûveletvégzõ egységnek arra, hogy az eredményt a kívánt számábrázolási pontosságra csonkolja. Egy másik lehetõség szerint a vezérlõ utasíthatja a lebegõpontos mûveletvégzõ egységet arra, hogy az eredményt a kívánt N bites számábrázolási pontosságra kerekítse. Mindenesetre N 1 törtrészbit írható be a regiszterfájlba, zéró értékekkel vagy azok nélkül a törtrész felesleges bithelyzeteiben. A lebegõpontos mûveletvégzõ egység legalább egyik kiviteli alakja esetében az eredmény úgy írható vissza a regiszterfájlba, hogy a fölösleges törtrészbitek alacsony szivárgású állapotba vannak állítva. A különféle szemléltetõ jellegû logikai egységek, blokkok, modulok, áramkörök, elemek és/vagy részegységek itt ismertetett kiviteli alakokkal kapcsolatos ismertetése megvalósítható vagy végrehajtható egy olyan lebegõpontos processzorban, amely egy általános célú processzor, egy digitális jelprocesszor (DSP), egy alkalmazásra készített integrált áramkör (ASIC), egy mezõvel programozható kaputömb (FPGA) vagy más programozható logikai részegység, diszkrét kapu vagy tranzisztor logika, diszkrét hardverrészegységek vagy ezek bármelyik kombinációjának a része, amelyek az itt ismertetett funkciók végrehajtására vannak kialakítva. Egy általános célú processzor lehet egy mikroprocesszor, de egy másik lehetõség szerint a processzor lehet bármilyen hagyományos processzor, 1 2 30 3 40 4 0 60 kontroller, mikrokontroller vagy egy automata. A processzor is megvalósítható számító részegységek kombinációjaként, például egy DSP és egy mikroprocesszor, több mikroprocesszor, egy vagy több mikroprocesszornak egy DSP maggal való kombinációjaként vagy bármilyen más ilyen konfigurációként. Az itt ismertetett megvalósításokkal kapcsolatban leírt eljárások vagy algoritmusok közvetlenül megvalósíthatók hardver segítségével egy processzor által végrehajtott szoftvermodullal vagy ezen kettõ kombinációjával. Egy szoftvermodul elhelyezkedhet egy RAM memóriában, flash memóriában, ROM memóriában, EP- ROM memóriában, EEPROM memóriában, regiszterekben, merevlemezen, eltávolítható lemezen, CD¹ROM¹on, vagy bármilyen más alakú ismert tárolóeszközön. Egy tárolóeszköz oly módon kapcsolható a processzorhoz, hogy a processzor információt tudjon olvasni a tárolóközegrõl, és oda információt tudjon írni. Egy másik lehetõség szerint a tárolóközeg a processzor integrált része lehet. Az ismertetett megvalósítások iménti leírását azért adtuk meg, hogy a szakterületen jártas szakember számára lehetõvé tegye a jelen találmány megvalósítását vagy használatát. A szakterületen jártas szakember számára ezen megvalósítások különbözõ módosításai nyilvánvalóak, és az itt meghatározott általános elvek más megvalósításokra is alkalmazhatók, anélkül hogy ez a találmány körétõl való eltérést jelentene. Így a jelen találmány szándékunk szerint nem korlátozódik az itt bemutatott megvalósításokra, hanem az igénypontoknak megfelelõ teljes körre kiterjed, amely igénypontokban egyes számban alkalmazott jellemzõ szándékunk szerint nem jelent egy vagy egyetlen elemet, hacsak ez kifejezetten nincs megadva, hanem ehelyett egy vagy több értelemben értelmezendõ. A jelen leírásban ismertetett különbözõ megvalósítások elemeinek szerkezeti vagy funkcionális megfelelõi beletartoznak az igénypontokba, amelyek akár jelenleg, akár késõbb ismertek az átlagos képzettségû szakember számára. SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Eljárás lebegõpontos mûvelet végrehajtásához, amely a következõket tartalmazza: formátum kiválasztása egy lebegõpontos mûvelethez, és a lebegõpontos mûvelethez egy csökkentett pontosságú számábrázolás kiválasztása; egy lebegõpontos regiszterben tárolt bitek sokaságából egy alkészlet meghatározása a kiválasztott csökkentett ábrázolásnak megfelelõen az alkészletbõl egy vagy több fölösleges bit kizárása útján, ahol is a lebegõpontos regiszter kitevõbitek tárolására kialakított karakterisztikaszekciót és törtrészbitek tárolására kialakított törtrészszekciót tartalmaz, továbbá a fölösleges bitek törtrészbiteket tartalmaznak; és a lebegõpontos mûveletet kizárólag a bitek sokaságának alkészletét felhasználva hajtjuk végre, azzal jellemezve, hogy a regiszterbõl kizárólag az alkészletben lévõ biteket kiolvasva és fölösleges bite- 6
ket nem kiolvasva egy bemenõ számot állítunk elõ, amelyre a kiválasztott csökkentett ábrázolás jellemzõ; és a lebegõpontos mûveletet a beadott számon végrehajtva egy kimenõ számot állítunk elõ, amely kimenõ bitek sokaságát tartalmazza. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, amelynek során továbbá a fölösleges biteket alacsony szivárgású állapotba kényszerítjük. 3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, amelynek során továbbá a kimenõ számból a kiválasztott csökkentett ábrázoláshoz képest felesleges kimenõ biteket csonkoljuk, és ezáltal a kiválasztott csökkentett ábrázolás által jellemzett csonkolt kimenõ számot állítunk elõ. 4. Az 1. vagy 3. igénypont szerinti eljárás, amelynek során továbbá a kimenõ számot a kiválasztott csökkentett ábrázolásra kerekítjük.. Az 1. igénypont szerinti eljárás, ahol is az alkészletben lévõ bitek olvasása során az alkészleten belül lévõ valamennyi bitvonalat elõre feltöltjük, és valamennyi fölösleges bitet feltöltetlen állapotban hagyjuk. 6. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eljárás, ahol is a regiszter regiszterelemek sokaságát tartalmazza, és minden egyes regiszterelem bitek sokasága közül a vonatkozónak felel meg; és amely eljárás során a lebegõpontos mûvelet végrehajtása a fölösleges bitek egyikének megfelelõ bármelyik regiszterelemet kikapcsoljuk. 7. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eljárás, ahol is a lebegõpontos formátum a következõk közül legalább egyet tartalmaz: egyszeres pontosságú formátum, amely egy elõjelbitet, nyolc karakterisztikabitet és huszonhárom törtrészbitet tartalmaz; kétszeres pontosságú formátum, amely egy elõjelbitet, tizenegy karakterisztikabitet és ötvenkettõ törtrészbitet tartalmaz; és egy kiterjesztett formátum, amely egy elõjelbitet, tizenöt karakterisztikabitet és hatvannégy mantissza bitet tartalmaz. 8. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti eljárás, ahol is a lebegõpontos mûvelet a következõk közül legalább az egyiket tartalmazza: lebegõpontos összeadás; lebegõpontos kivonás; lebegõpontos szorzás; lebegõpontos osztás; lebegõpontos négyzetgyökvonás; lebegõpontos trigonometrikus függvényszámítás; lebegõpontos exponenciális függvényszámítás; és lebegõpontos logaritmikus függvényszámítás. 9. Eljárás lebegõpontos mûvelet végrehajtásához, amely a következõket tartalmazza: formátum kiválasztása egy lebegõpontos mûvelethez, és a lebegõpontos mûvelethez egy csökkentett pontosságú számábrázolás kiválasztása; egy lebegõpontos regiszterben tárolt bitek sokaságából egy alkészlet meghatározása a kiválasztott csökkentett ábrázolásnak megfelelõen az alkészletbõl egy vagy több fölösleges bit kizárása útján, ahol is a lebegõpontos regiszter kitevõbitek tárolására kialakított karakterisztikaszekciót és törtrészbitek tárolására kialakított törtrészszekciót tartalmaz, továbbá a fölösleges bitek törtrészbiteket tartalmaznak; azzal jellemezve, 1 2 30 3 40 4 0 60 hogy a lebegõpontos mûveletet kizárólag a bitek sokaságának alkészletét felhasználva hajtjuk végre a regiszterbõl lévõ valamennyi bitet kiolvasva; a bitek sokaságát a kiválasztott csökkentett ábrázolásra kerekítve, és ezáltal a kiválasztott csökkentett pontossággal jellemzett kerekített bemenõ számot állítva elõ, majd a lebegõpontos mûveletet a beadott számon végrehajtva egy kimenõ számot állítunk elõ, amely kimenõ bitek sokaságát tartalmazza.. Lebegõpontos processzor, amely tartalmaz: egy regisztert, amely bitek sokaságának lebegõpontos formátumban történõ tárolására van kialakítva; egy vezérlõt, amely lebegõpontos mûvelethez csökkentett ábrázoláshoz van kialakítva egy vagy több felesleges bitnek az alkészletbõl történõ kizárása útján, és amely a bitek sokaságából egy a kiválasztott csökkentett pontosságnak megfelelõ alkészlet meghatározására van kialakítva; és egy lebegõpontos mûveletvégzõ egységet, amely a lebegõpontos mûveletnek a bitek sokaságából kizárólag az alkészlet felhasználásával történõ végrehajtására van kialakítva, azzal jellemezve, hogy a regiszterbõl kizárólag az alkészletben lévõ biteket olvassa ki, és nem olvassa ki a fölösleges biteket, és ezáltal bemenõ adatként egy vagy több lebegõpontos számot fogad el, amelyre a kiválasztott csökkentett ábrázolás jellemzõ; továbbá a lebegõpontos mûveletvégzõ egység a lebegõpontos mûveletnek az egy vagy több lebegõpontos számon történõ végrehajtására van kialakítva kimenõ bitek sokaságát tartalmazó kimenõ szám elõállításához. 11. A. igénypont szerinti lebegõpontos processzor, amelynél a vezérlõ továbbá felhasználói bemenetre válaszul a csökkentett ábrázolás kiválasztására van kialakítva. 12. A. igénypont szerinti lebegõpontos processzor, amelynél a lebegõpontos regiszter karakterisztikabitek tárolására kialakított karakterisztikaszekciót és törtrészbitek tárolására kialakított törtrészszekciót tartalmaz, ahol a felesleges bitek törtrészbiteket tartalmaznak. 13. A. igénypont szerinti lebegõpontos processzor, amelynél a vezérlõ továbbá a felesleges biteknek alacsony szivárgású állapotba kényszerítésére van kialakítva. 14. A. igénypont szerinti lebegõpontos processzor, amelynél a lebegõpontos mûveletvégzõ egység a következõk közül legalább egyet tartalmaz: lebegõpontos összegzõ, amely lebegõpontos összeadás és kivonás kialakítására van kialakítva; lebegõpontos szorzó, amely lebegõpontos szorzás végrehajtására van kialakítva, lebegõpontos osztó, amely lebegõpontos osztás végrehajtására van kialakítva; lebegõpontos négyzetgyökvonó, amely lebegõpontos négyzetgyökvonás végrehajtására van kialakítva; lebegõpontos exponenciális mûveletvégzõ egység, amely lebegõpontos exponenciális függvény számítására van kialakítva; 7
1 2 lebegõpontos logaritmikus mûveletvégzõ egység, amely lebegõpontos logaritmikus függvény számítására van kialakítva; és lebegõpontos trigonometrikus mûveletvégzõ egység, amely lebegõpontos trigonometrikus függvény számítására van kialakítva. 1. A 14. igénypontok bármelyike szerinti lebegõpontos processzor, amelynél a lebegõpontos mûveletvégzõ egység továbbá a kimenõ számból a kiválasztott csökkentett ábrázoláshoz képest felesleges bármelyik kimenõ bit csonkolására van kialakítva, és ezáltal a kiválasztott csökkentett ábrázolással jellemzett csonkolt kimenõ szám elõállítására van kiképezve. 16. A 1. igénypontok bármelyike szerinti lebegõpontos processzor, amelynél a lebegõpontos mûveletvégzõ egység továbbá a kimenõ számnak a kiválasztott csökkentett ábrázolásnak megfelelõ kerekítésére van kialakítva. 17. A. igénypont szerinti lebegõpontos processzor, amelynél a lebegõpontos mûveletvégzõ egység továbbá az alkészleten belüli valamennyi bit elõre töltésére valamennyi felesleges bitnek kisütött állapotban tartására van kialakítva. 18. A 17. igénypontok bármelyike szerinti lebegõpontos processzor, amelynél a regiszter regiszterelemek sokaságát tartalmazza, és minden egyes regiszterelem a bitek sokaságából a vonatkozónak felel meg; továbbá a vezérlõ a felesleges bitek valamelyikének megfelelõ bármelyik regiszterelem kikapcsolására van kialakítva. 19. Lebegõpontos processzor, amely tartalmaz: egy regisztert, amely bitek sokaságának lebegõpontos formátumban történõ tárolására van kialakítva; egy vezérlõt, amely lebegõpontos mûvelethez csökkentett ábrázoláshoz van kialakítva egy vagy több felesleges bitnek az alkészletbõl történõ kizárása útján, és amely a bitek sokaságából egy a kiválasztott csökkentett pontosságnak megfelelõ alkészlet meghatározására van kialakítva; és egy lebegõpontos mûveletvégzõ egységet, amely a lebegõpontos mûveletnek a bitek sokaságából kizárólag az alkészlet felhasználásával történõ végrehajtására van kialakítva, és a lebegõpontos mûveletvégzõ egység a regiszterbõl a bitek sokaságából valamennyi bit kiolvasására van kialakítva, azzal jellemezve, hogy a bitek sokaságának a kiválasztott csökkentett ábrázolásnak megfelelõ kerekítésére, és ezáltal a kiválasztott csökkentett precizitással jellemezhetõ kerekített bemenõ szám elõállítására van kialakítva, továbbá a lebegõpontos mûveletvégzõ egység a lebegõpontos mûveletnek a kerekített számon történõ végrehajtására és kimenõ bitek sokaságát tartalmazó kimenõ szám elõállítására van kialakítva. 8
HU 008 034 T2 Int. Cl.: G06F 7/7 9
HU 008 034 T2 Int. Cl.: G06F 7/7
HU 008 034 T2 Int. Cl.: G06F 7/7 11
Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Szabó Richárd osztályvezetõ Windor Bt., Budapest