[发明专利]在浮点运算期间计算和保留误差边界的装置和方法

说明书

一种用于在浮点运算期间计算和保留误差边界的装置和方法，将附加的边界字段插入标准浮点格式中，该边界字段在保留不足时用通知来记录计算的保留的有效位。用于取整和抵消误差的边界字段包括两部分：丢失位D字段和累积取整误差R字段。D字段表示浮点表示中不再有意义的位的数量。所表示的实际值的边界根据截断的浮点值(第一边界)和由丢失位的数量(第二边界)所确定的误差共同确定。真正的实际值绝对包含第一和第二边界。允许的有效位的丢失(可选可编程的)提供了有效位丢失的故障安全的实时通知。

技术领域

本发明总体上涉及在浮点处理设备中执行某些浮点算术运算的逻辑电路，尤其涉及通过对数据的顺序或内容进行操作来处理数据以计算和保留由对齐和规格化引入的误差的边界的方法或配置。

背景技术

在浮点处理设备中使用的浮点算术系统的设计中，即使使用不同的计算机系统解决问题，也希望结果仍然是一致的，以便在计算和问题的解决方案中实现一致性。

为了提供统一的规则来管理浮点算术系统的实现，制定了美国国家标准。该标准确定为IEEE标准号754-2008和国际标准ISO/IEC/IEEE 60599：2011，这两个标准的全部内容通过引用并入本申请。该标准指定了基本和扩展的浮点数格式、算术运算、整数和浮点格式之间的转换、不同浮点格式之间的转换、基本格式浮点数和十进制字符串之间的转换以及对某些浮点异常的处理。

典型的浮点算术运算可以用各种(通常为标准)宽度(例如，32位、64位等)的格式来完成。这些格式中的每一个都使用符号、指数和尾数字段(或有效位)，其中各个字段占据浮点数的预定义的部分。例如，对于32位单精度数，符号字段为1位，占据最高有效位位置；指数字段为8位，占据次高有效位位置；尾数字段为23位，占据最低有效位位置。类似地，对于64位双精度数，符号字段为1位，指数字段为11位，尾数字段为52位。其他的格式提供了相同的信息，但具有不同的字段宽度，更大的字段宽度可提供更高的精度和数值范围。

在获得每个浮点结果之后，必须将其规格化，然后取整。当结果被规格化时，对尾数字段中前导零的数量进行计数。然后从指数减去该数量；并将尾数左移，直到尾数字段的最高有效位位置为“1”。某些浮点结果不能规格化，因为指数已经是其可能的最低值而尾数字段的最高有效位不是“1”。这种有效位少于标准个数的数是一个“非规格化数”。

在根据该标准设计用于执行浮点算术运算的硬件和逻辑电路时，需要并希望将某些附加的指示位并入到浮点硬件操作中。这些指示位被插入到浮点数的尾数字段中，并且由算术控制逻辑用来指示在浮点运算中何时存在某些情况。例如，在非-非规格化(规格化)的数字中，当浮点数的指数为非零值时，由算术控制逻辑创建“隐式”位(通常称为“隐藏位”)。该“隐藏位”在存储格式中并不存在，是假定的。它是在浮点数被加载到算术寄存器时插入的，占据该浮点数的尾数字段的最高有效位位置。在加法运算过程中，浮点控制逻辑在某些算术运算期间设置一个“警戒”位，作为正在处理的浮点数的有效位丢失的指示符。当为了规格化而从尾数字段位置的右侧向右移动一位时，设置警戒位。警戒位占据尾数字段的一部分。最后，在某些浮点算术运算中设置一个“粘滞”位，作为浮点数已丢失一些有效位的指示符。

尾数字段中的这些附加位在结果被规格化后专门用于取整操作。警戒位被视为尾数的一部分，在规格化和指数对齐过程中与尾数的其余部分一起移位，并由算术运算使用。粘滞位不随尾数移位，但被算术运算使用。它充当从尾数右侧移出的位的“捕获器”；当1从尾数的右侧移出时，粘滞位保持为1，直到规格化和取整结束。

通常有如下四种取整方式：(1)最近取整；(2)向正无穷取整；(3)向负无穷取整；(4)向0取整。这其中的每一种方式都可能在计算中引入误差。