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2022-05-29 14:36:16

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计算机概念
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浮点运算就是实数运算,因为计算机只能存储整数,所以实数都是约数,这样浮点运算是很慢的而且会有误差。现在大多数机器都是32位的,也就是说32位都用来表示整数的话,那么对于无符号整数就是0 到 2^32-1,对于有符号的话就是-2^31 到 2^31-1。

基本信息

  • 中文名

    浮点运算

  • 性 质

    实数运算

  • 原 因

    计算机只能存储整数

  • 特 点

    实数都是约数

折叠 编辑本段 简介

浮点运算就是实数运算。浮点运算是高精度的运算方式,主要运用在科学和多媒体中。可以理解为小数点可移动的运算方式。

数和计算通常是按“整数”或“浮急发述架压凯陈点数”进行划分的。整数计算使用计算的所有来自位记录整数“值”。而浮点计算则使用计算的一部分位表示“值”,另一部分位表示指数。由于一部分360百科位用来表示指数,所以浮点计算得出的值可以比整数计算得出的值大很多或是小很多。换句话说,对于给定数量的位,浮点计算的精度没有整数计算高,但浮点计算结果的范围却比整数计算大很多。

折叠 编辑本段 计算精度

止酸事用浮点计算时,可以确定记都扬铁两专端夜田录多少个数。例如,“π”的一个相当长的表示是3.14159265358979323846264若均础朝井粉338327950288419716939937510。问题是您想/需要记录π的几位数和想让精确度达到多少。

π的上纸讲曾善述值是51位数。要将51位数表示成二进制数,每位数需要3.32位,总计需要51*3.32=169位。这样院统犯棉单谁九材得受位数太多。您使用的位数越多,零封处理器计算的复杂程度就越高,也就需要更多的内存来存储值,计算所用的时间也就越长。由于皮相各计算所需精度不同,因此处理器为不同指令提供不同的精度,从而使编程人员可以确定他们所需的精度。精度级别可分为:单精度、双精度和扩展精度。

折叠 编辑本段 运算数据

FPU->Floatin校晚们g Point Unit怎着款某宽讲席,浮点运算部件

BCD->Binary Coded Decimal 压缩的二十进制数,是用4个位京热顶那孩买在及村真室来表示数字0~9,一个byte表示两个十进制数,比如01111001表示79

浮点运算使用三种不同的数据:

1、整数(Intege发章院心究着赶酸r),又分为字,短整数(S村直云hort Integer)和长整数(Long Integer)

2、实数(Real)分单精度(Single Real)和双精度(Double Real)

3、压缩的二十进制数(BCD)

折叠 编辑本段 部件

FPU从功能上分为两个部分:控制单元和运算单元,控制单元主要面向CPU,而算数单元负责具体算数运算.

FPU即浮点部件包括8个通用寄存器,5个错误指针寄存器和三个里情控制寄存器

1、8个通用寄存器每个80 bit,形成一个寄存器堆栈,所有的计算结果都保存在寄存器堆栈中,其中数据全部是80位的扩展精度每图造百使由急蛋象格式,即使是BCD,整数,单精度和双精度等在装入寄存器的时候都要被FPU自动转化为80位的扩展精度格式,注意栈顶通常表示为ST(0),然后是ST(1)...ST(i),ST(i)是巴士相对于栈顶而言的.

和堆栈很相似,只不过宽度为80bit,映像如下:

_斯历左践______________________

| ST(0) |

爱减注管自呼增边走航|__________________厚各山顶大诗节老渐础司_____|

| ST(1) |

|_______________________|

| ...... |

| ...... |

| ST(i) |

|_______________________|

2、控制寄存器,FPU有三个控制寄存器:状态寄存器,控制寄存器和标记寄存器

状态寄存器->SW

_M_____D________10___9____8___7_________5_________________________0__

| B | C3| TOP集艺切热害然印使测演车| C2 | C1 | C0 | ES | | 正府贵军继映复PE | UE | OE | ZE | DE | IE |

|____|____|___讨投原阿诗酸围调础存率_|____|____|____|____|____|____|____|____|____|____|____|

B: 浮点部件正忙

C0-C3 指示浮点运算的结果,不同指令有不同含

TOP 指示栈顶,通常是0

ES 以下任何位置位 (pe,ue,oe,ze,de,or ie) 则置位

PE 精度故障

UE 数字觉水春斗针太小无法表示溢出

OE 现有精度无法玉字自规计表示,数字太大溢出

ZE 除0错

DE 指示至少有一个操作数未规格化

IE 无效错误,指示堆栈上溢或下溢,无只层星不找况操作数

控制寄存器

_15____________10___9____8___7_________5______________________0__

| |IC | RC | PC | | PM | UM | OM | ZM | DM | IM |

|____|____兵审渐维迫击素分|____|___|__|_|__|__|____|____|____|____|____|____|____|

IC 无穷大控制,对范卫游486,已经无效

RC 舍入控制

00 = 朝最接近或者偶数舍入

01 = 朝负无穷大方向舍入

10 = 朝正无穷大方向舍入

11 = 超0方向截断

PC 精度控制

00 = 单精度

01 = 保留

10 = 双精度

11 = 扩展精度

PM~I元措M 屏蔽状态寄存器低5位指示的错误.为1则屏蔽.

标记寄存器

每2 bit表示路展取帝就血表正策凯事一个对应堆栈寄存器的状态,具体含义如下:

15_________________________________地批群客_______3_____0

|Tag7 |...模位利消..............法你简丰待粮有三均..................|tag1|

|_____|___________________________________|____|

含义:

00 = 有效

01 = 零

10 = 无效或无穷大

11 = 为空

折叠 编辑本段 浮点数

这之前,先来看几个术语:

FPU->Floating Point Un位由它沙消层it,浮点运算部件

BCD->Binary Coded Decimal 压缩的二十进制数,是用4个位来表示数字0~9,一个可义byte表示两个十进制走宗速劳院失数,比如01111001表示89

浮点运算使用三种不同的数据:

1、整建歌茶出跟官特数(Integer),又分为字,短整数(Short Integer)和长整数(Long Integ持致星字啊活备翻般呢er)

2、实数(Real)分单精度(Single Real)和双精度(Double Real)

3、压缩的二十进制数(BCD)

折叠 编辑本段 格式

单精度:_31_30________23_22___________0

符号 指数 有效数

双精度:_63_62__________52_51________________尔德强志映报算工西__0

符号 指数 有效数

扩展精度数: _79_78_______攻期判类电雨理病根_____64_63___________________0

符号 指数 有效数

例子:

C377999A var1 dd -247.6

40000000 var2 dd 2.0

486F4200 var3 real4 2.45e+5

4059100000000000 var4 dq 100.25

3F543BF727笔该改早毫读轴继136A40 var5 做取厚查垂波笑话争持里real8 0.00123

C377999A var1 dd -247.6

40000000 var2 dd 2触若晚去.0

486F4200 var3 real4 2.45e+5

4059100000000000 var4 d裂范松末族载q 100.25

3F543BF727136A40 var5 real8 0.001235

400487F34D6A161E4F76 var6 real10 33.9876

DD和real4都可以在asm中来定义单精度浮点数,4 bytes

DQ和real8都可以在asm中来定义双精度浮点数,8 bytes

DT和real10都可以在asm中来定义扩展精度浮点数,10 bytes

折叠 编辑本段 指令系统

浮点指令系统分为五类:数据传送类、算术运算类、超越函数类、比较类、环境及系统控制类.

我并不想列出所有函数的参数以及用法,具体参考资料见文章最后.

1、数据传送

这类指令主要是从内存装入浮点寄存器堆数据,一般目的地址总是栈顶ST(0),用调试器你可以清楚地看到这一点.注意带P结尾的操作,是在前面操作完成之后出栈,也就是原来ST(1)的内容现在成了ST(0)的内容,注意到这一点,你可以方便地设计出灵活多变的程序.

装入:

FLD Push real onto stack

FILD Convert two's complement integer to real and push

FBLD Convert BCD to real and push to stack

存储:

FST Store floating-point number from stack

FSTP Convert top of stack to integer

FIST

FISTP Convert top of stack to integer

FBSTP Store BCD to integer and pop stack

交换:

FXCH Exchange top two stack elements

常数装载:

FLD1 装入常数1.0

FLDZ 装入常数0.0

FLDPI 装入常数pi (=3.1415926....精度足够,放心使用)

FLDL2E 装入常数log(2)e

FLDL2T 装入常数log(2)10

FLDLG2 装入常数log(10)2

FLDLN2 装入常数Log(e)2

2、算术运算类

加法:

FADD/FADDP Add/add and pop

FIADD Integer add

减法:

FSUB/FSUBP Subtract/subtract and pop

FSUBR/FSUBRP Subtract/subtract and pop with reversed operands

FISUB Integer subtract

FISUBR Integer subtract/subtract with reversed operands

乘法:

FMUL/FMULP Multiply/multiply and pop

FIMUL Integer multiply

除法:

FDIV/FDIVP Divide/divide and pop

FIDIV Integer divide

FDIVR/FDIVRP Divide/divide and pop with reversed operands

FIDIVR integer divide with reversed operands

其他:

FABS Calculate absolute value

FCHS Change sign

FRNDINT Round to integer

FSQRT Calculate square root

FSCALE Scale top of stack by power of 2

FXTRACT Separate exponent and mantissa

FPREM Calculate partial remainder

FPREM1 Calculate partial remainder in IEEE format

如果指令后面未带操作数,其默认的操作数为ST(0)和ST(1),关于带R后缀的指令是正常操作数的顺序变反,比如fsub执行的是x-y,fsubr执行的就是y-x.

3、超越函数

三角函数

FSIN Calculate sine

FCOS Calculate cosine

FSINCOS Calculate quick sine and cosine

FPTAN Calculate partial tangent

FPATAN Calculate partial arctangent

Log类

FYL2X Calculate y times log base 2 of x

FYL2XP1 Calculate y times log base 2 of (x+1)

F2XM1 Calculate (2^x)-1

4、比较类

FCOM Compare

FCOMP Compare and pop

FICOM Integer compare

FTST Integer compare and pop

FUCOM Unordered compare

FUCOMP Unordered compare and pop

FXAM Set condition code bits for value at top of stack

FSTSW Store status word

会根据结果设置,C0~C3,在上面并未就C0~C3进行具体介绍,C1是用来判断上溢或者下溢的,C0相当于EFLAGS里面的CF,作用也基本一致,C2相当于PF,C3相当于ZF,可能会看到如下指令

FSTSW ax

SAHF

JZ label

为什么如此呢,因为用如上指令将状态字存入EFLAGS,C0正好置于CF位,C3正好置于ZF位.

5、环境及系统控制类

FLDCW Load control word

FSTCW Store control word

FSTSW Store status word

FLDENV Load environment block

FSTENV Store environment block

FSAVE Save coprocessor state

FRSTOR Restore coprocessor state

FINIT Initialize coprocessor

FCLEX Clear exception flags

FINCSTP Increment stack pointer

FDECSTP Decrement stack pointer

FFREE Mark element as free

FNOP No operation

FWAIT Wait until floating-point instruction complete

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