부동소수점 장치

3. 부동 소수점 라이브러리

CPU가 하드웨어에서 직접 지원하지 않는 부동 소수점 연산을 호출하는 프로그램을 실행할 때, CPU는 더 간단한 부동 소수점 연산을 사용하거나 에뮬레이트한다. 부동 소수점 연산을 에뮬레이션하기 위해 필요한 일련의 연산을 나열하는 소프트웨어는 종종 부동 소수점 라이브러리로 패키지된다.^[5] 부동 소수점 하드웨어가 없는 시스템에서 CPU는 정수 산술 논리 장치에서 실행되는 일련의 더 간단한 고정 소수점 산술 연산을 사용하여 이를 에뮬레이트한다.

4. 통합 FPU

대부분의 현대 컴퓨터 아키텍처에서는 부동 소수점 연산과 정수 연산이 어느 정도 분리되어 있다. 이러한 분리는 아키텍처에 따라 크게 다르며, 일부는 전용 부동 소수점 레지스터를 가지고 있고, 인텔 x86과 같은 일부는 독립적인 컴퓨터 클럭 체계를 사용하기도 한다.^[7]

FPU는 특화되어 단순한 부동 소수점 연산(주로 덧셈과 곱셈)과 나눗셈과 같은 더 복잡한 연산으로 나뉠 수 있다. 어떤 경우에는 단순한 연산만 하드웨어나 마이크로코드로 구현되고, 더 복잡한 연산은 소프트웨어로 구현될 수 있다.

현재 아키텍처 중 일부에서는 FPU 기능이 SIMD 장치와 결합되어 SIMD 연산을 수행하기도 한다. 이에 대한 예로는 최신 인텔 및 AMD 프로세서에서 사용되는 x86-64 아키텍처에서 x87 명령어 세트에 SSE 명령어 세트가 추가된 것을 들 수 있다.

5. 추가형 FPU

1980년대에는 FPU가 CPU와 완전히 분리되어 옵션 추가 기능으로 판매되는 것이 IBM PC/호환 마이크로 컴퓨터에서 흔했다. 수학 집약적인 프로그램의 속도를 높이거나 활성화해야 할 경우에만 구입했다.

IBM PC, XT 및 8088 또는 8086 기반의 대부분의 호환 기종에는 옵션인 8087 보조 프로세서를 위한 소켓이 있었다.^{[8][9][10][11][12]} AT 및 80286 기반 시스템은 일반적으로 80287을 위한 소켓이 있었고,^[12][13] 80386/80386SX 기반 시스템은 80387 및 80387SX를 위해 각각 소켓이 있었지만, 80387이 아직 존재하지 않았기 때문에 초기에는 80287을 위한 소켓이 있었다.^[12][13] Cyrix 및 Weitek 등 다른 회사에서도 인텔 x86 시리즈용 보조 프로세서를 제조했다. Acorn Computers는 ARM 기반 Archimedes 제품군에 단정밀도, 배정밀도 및 확장 정밀도^[21]를 제공하기 위해 WE32206을 선택하여 ARM2 프로세서와 WE32206을 인터페이스하여 추가 ARM 부동 소수점 명령어를 지원했다.^[22]

PDP-11/45,^[16] PDP-11/34a,^[17] PDP-11/44,^[17] 및 PDP-11/70^[17]과 같은 여러 PDP-11 모델은 부동 소수점 명령어를 지원하기 위해 추가형 부동 소수점 장치를 지원했다. PDP-11/60,^[17] MicroPDP-11/23^[18] 및 여러 VAX 모델^[19][20]은 추가형 FPU 없이 부동 소수점 명령어를 실행할 수 있었고(MicroPDP-11/23은 추가형 마이크로코드 옵션이 필요했음),^[18] 이러한 명령어의 실행 속도를 더욱 높이기 위해 추가형 가속기를 제공했다.

Motorola 68000 제품군용 보조 프로세서로 68881 및 68882도 있었다.^[8][9] 이는 Sun-3 시리즈와 같은 Motorola 68020/68030 기반 워크스테이션에서 흔했다. 또한 Apple Macintosh 및 Commodore Amiga 시리즈의 고급 모델에도 일반적으로 추가되었지만, IBM PC 호환 시스템과 달리 보조 프로세서 추가를 위한 소켓은 저가형 시스템에서는 흔하지 않았다.

부동 소수점 산술 기능을 제공하기 위한 마이크로컨트롤러 유닛(MCU/μC)/싱글 보드 컴퓨터 (SBC)용 추가형 FPU 보조 프로세서 장치도 있다. 이러한 추가형 FPU는 호스트 프로세서에 종속되지 않고 자체 프로그래밍 요구 사항(연산, 명령어 집합 등)을 가지며 종종 자체 통합 개발 환경 (IDE)과 함께 제공된다.

6. FPU 연결 형식

FPU는 다양한 방식으로 시스템에 연결될 수 있다. 크게 I/O 프로세서 형식, 코프로세서 방식, CPU 대체 방식이 있다.

6. 1. I/O 프로세서 형식

6. 2. 코프로세서 방식

6. 3. CPU 대체 (乗っ取り形) 방식

참조

_[1] 웹사이트 Intel 80287XL Numeric Processing Unit https://www.computin[...] 2024-11-02
_[2] 논문 The IBM System/360 Model 91: Floating-Point Execution Unit 1967-01
_[3] 웹사이트 Intel Underestimates Error Bounds by 1.3 quintillion https://randomascii.[...] 2014-10-09
_[4] 웹사이트 FSIN Documentation Improvements in the "Intel® 64 and IA-32 Architectures Software Developer's Manual" https://software.int[...] 2014-10-09
_[5] 웹사이트 PDP-6 Handbook http://bitsavers.org[...]
_[6] 웹사이트 GE-2xx documents http://www.bitsavers[...]
_[7] 웹사이트 Intel 80287 family http://www.cpu-world[...] 2019-01-15
_[8] 서적 Elementary Functions: Algorithms and Implementation http://perso.ens-lyo[...] Birkhäuser 2006
_[9] 논문 Implementation of Transcendental Functions on a Numerics Processor 1983-03
_[10] 서적 The 8087 Primer https://archive.org/[...] John Wiley & Sons Australia, Limited 1984
_[11] 논문 Math Coprocessors: A look at what they do, and how they do it 1990-01
_[12] 논문 Implementing CORDIC algorithms – A single compact routine for computing transcendental functions http://www.drdobbs.c[...] 1990-10-01
_[13] 논문 Intel's Floating-Point Processors 1988
_[14] 웹사이트 AMD Steamroller vs Bulldozer http://cdn3.wccftech[...] 2022-03-14
_[15] 웹사이트 AMD unveils Flex FP https://www.bit-tech[...] 2010-10-28
_[16] 서적 PDP-11/45 Processor Handbook http://bitsavers.org[...] Digital Equipment Corporation 1973
_[17] 서적 PDP-11 Processor Handbook http://bitsavers.org[...] Digital Equipment Corporation 1979
_[18] 서적 MICRO/PDP-11 Handbook http://bitsavers.org[...] Digital Equipment Corporation 1983
_[19] 서적 VAX – Hardware Handbook Volume I – 1986 http://bitsavers.org[...] Digital Equipment Corporation 1985
_[20] 서적 VAX – Hardware Handbook Volume II – 1986 http://bitsavers.org[...] Digital Equipment Corporation 1986
_[21] 웹사이트 Western Electric 32206 co-processor https://www.cpu-worl[...] 2021-11-06
_[22] 간행물 Programming The ARM: The Floating Point Co-processor 1990-03
_[23] 간행물 Acorn Releases Floating Point Accelerator http://chrisacorns.c[...] Acorn Computers Limited 1993-07-05
_[24] 웹사이트 FPUとは - IT用語辞典 https://e-words.jp/w[...] 2024-02-05
_[25] 서적 PC-9801システム解析(下) アスキー 1983-12-01