JPH0414173A - 固定小数点演算器 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、信号処理装置の演算部などに使用して、様
々なアルゴリズムに対し、簡単に適用できるようにした
固定小数点積和演算器に関するものである。

（従来の技術） 従来、演算装置に関しては、ｒ　５ｅｃｏｎｄ　−Ｇｅ
ｎｅｒａｔｉｏｎＪＴＭＳ　３２０　Ｕｓｅｒ’ｓ　Ｇ
ｕｉｄｅ　３　２２〜３−２７に記載されており、また
、浮動小数点積和演算器に関しては、特開昭６２−１６
８２２８号公報により開示されている。

第３図は従来の固定小数点積和演算器の一構成を示すブ
ロック図である。この第３図において、乗算器ｌの出力
あるいは入力レジスタ２の出力をマルチプレクサ３で選
択し、その選択した出力を図示しないレジスタによって
指定される値だけシフタ４によってシフトし、このシフ
タ４の出力とアキュムレータ６の出力とを演算装置５（
以下、ＡＬＵという）で加算するようになっている。

このＡＬＵ５の出力はアキエムレータ６に格納されると
ともに、アキュムレータ６の出力を命令から指定される
値だけ左シフタ７で左シフトするように構成されている
。

このような構成をなす固定小数点積和演算器を用いて二
つのデータ列の内積を求める場合、ＡＬＵ５でのオーバ
フローを避けるためには、以下のような手段を必要とす
る。

すなわち、積和演算途中のデータの最大値がＡＬＵの出
力として表現できる値となるように乗算器１の出力を右
シフトする。この右シフトした数値フォーマットで累積
加算を行い、最後に元の数（１フオーマツトに戻すため
にアキュムレータに格納された結果を左シフトして取り
出す。

また、上記手順以外の方法としては、ＡＬＵのビット幅
を乗算器出力ビット以上に拡張し、積和演算途中のデー
タがＡＬＵの出力として表現できるようにすることによ
り、オーバフローを避けるという構成が採られてきた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記構成の固定小数点積和演算器では、
汎用計算機などを用いたシミュレーションを行うことに
よって、入力データあるいは演算途中でのデータのダイ
ナミックレンジをあらかしめ調査し、オーバフローが起
こらないようにシフト量を決定させる必要がある。

また、突発的に大きいデータが入力した場合には、対処
できない。

このシミュレーションを省略あるいは簡略化する方法と
して、どのようなデータが入力されても、オーバフロー
が起こらないようなシフト量を選択することが考えられ
る。

この方法では、実際の入力データに対し、余裕を持たせ
たシフト量であるため、演算精度が損なわれるという問
題点がある。

また、このシフト量のビット数だけＡＬＵ幅を拡張する
と、精度は保たれるが、演算が変わったり、入力データ
のダイナミックレンジが変わったりすると、ＡＬＵの拡
張ビット幅は変更できないため、拡張幅だけでは不足し
たり、ハードウェアが余分になったりするという問題点
があった。

この発明は前記従来技術が持っている問題点のうち、シ
ミュレーションが必要な点と、精度が確保できない点と
、ハードウェアに冗長性がある点について解決した固定
小数点積和演算器を提供するものである。

（課題を解決するための手段） この発明は前記問題点を解決するために、固定小数点積
和演算器において、入力データをシフト量レジスタの値
だけ算術右シフトする右シフタと、右シフタの出力とア
キュムレータの出力とにより演算を行ってその演算結果
のオーバフローを検出すると演算結果を１ビット右シフ
トしてアキュムレータに格納し、かつシフト量レジスタ
の値を＋１するＡＬＵと、アキュムレータの出力をシフ
ト量レジスタの値だけ算術左シフトする左シフタとを設
けたものである。

（作　用） この発明によれば、以上のように、固定小数点積和演算
器を構成したので、右シフタで入力データをシフト量レ
ジスタの値だけ算術右シフトし、この右シフタの出力と
アキュムレータの出力とによりＡＬＵで演算を行い、そ
の演算結果がオーバフローすると、演算結果を１ビット
右シフトして７ｔ−ユムレータに格納するとともに、シ
フト量レジスタの値を＋１して、演算中の数値フォーマ
ットに自動的に入力データフォーマットを適合させ、か
つ演算中のデータフォーマットを出力データフォーマッ
トに適合させるように作用し、したがって、前記問題点
を除去できる。

（実施例） 以下、この発明の固定小数点積和演算器の実施例につい
て図面に基づき説明する。第１図はその一実施例の構成
を示すブロック図である。

この第１図において、乗算器１１の出力と入力レジスタ
１２の出力はマルチプレクサ１３に入力され、このマル
チプレクサ１３により選択されて出力されるようになっ
ている。

マルチプレクサ１３の出力は右シフタ１４０入カデータ
として、この右シフタ１４に入力されるようになってい
る。この右シフタ１４はマルチプレクサ１３の出力を入
力して、シフト量レジスタ１５の内容だけ算術右シフト
が行われるようになっている。

右シフタ１４の出力とアキュムレータ１７の出力はＡＬ
Ｕ１６に入力されるようになっている。

このＡＬＵ１６は右シフタ１４の出力とアキエムレータ
１７の出力との加減算を行うとともに、その演算結果が
オーバフローしているか、否かの検出も行うようになっ
ている。

ＡＬＵ１６の演算結果はアキュムレータ１７に出力され
るようになっているが、演算結果がオーバフローしてい
ることを検出すると、演算結果を１ビット右シフトして
アキュムレータ１７に格納するとともに、シフト量レジ
スタ１５の値に＋１するようになっている。

このアキュムレータ１７の出力は上述のように、ＡＬＵ
１６に入力されるようになっているとともに、左シフタ
１８にも出力するようになっている。

この左シフタ１８はシフト量レジスタ１５の値だけ算術
左シフトして出力するようになっている。

次に、動作について説明する。積和演算を行う場合には
、まず、積和演算を行う前に、アキュムレータ１７の内
容とシフト量レジスタ１５の内容をともにＯにしておく
。

この状態で、乗算器１１の二つの入力端子にデータを与
えると、乗算器１１はこの二つの入力データの乗算を行
い、その乗算結果をマルチプレクサ１３に出力する。

この乗算器１１の出力はマルチプレクサ１３により選択
される。積和演算を行う場合には、マルチプレクサ１３
は常に乗算器１１の出力を選択して右シフタ１４に出力
する。

また、入力レジスタ１２の演算したい場合には、マルチ
プレクサ１３を切り換える必要があるが、これについて
は後述する。

いまは、マルチプレクサ１３が乗算器１１の出力を選択
した場合であり、マルチプレクサ１３が乗算器１１の出
力を選択して右シフタ１４に出力すると、この右シフタ
１４により、マルチプレクサ１３の出力をシフト量レジ
スタ１５の内容だけ算術右シフトするが、最初はシフト
量レジスタ１５の値はＯであるので、データは影響され
ない。

次に、右シフタ１４の出力とアキュムレータ１７の内容
をＡＬＵ１６に入力し、この両者をＡＬＵ１６で加算す
る。この加算の結果、オーバフローが生した場合には、
加算結果を１ビット右シフトして、アキュムレータ１７
に格納するとともに、シフト量レジスタ１５の内容を＋
１して、このシフト量レジスタ１５に格納する。

以降ＡＬＵ　１６では、これまでのデータフォーマット
（データフォーマットに関しては後に詳述）より１ビッ
ト小数点の位置が右に移動したフォーマットで演算を行
うことになる。

ＡＬＵ１６において、オーバフローが生じなかった場合
には、右シフタ１４の出力とアキュムレータ１７の出力
との加算結果をそのままアキュムレータ１７に格納する
。

次に、乗算器１１の入力データを変えて、上記と同様に
乗算し、その乗算結果をマルチプレクサ１３で選択して
右シフタ１４に出力し、右シフタ１４の出力とアキュム
レータ１７の出力とを上記と同様にして加算し、その加
算結果をアキュムレータ１７に格納するという操作をデ
ータの数だけ繰り返す。

ただし、２度目以腎の操作はシフト量レジスタ１５の内
容が０でない可能性があるので、乗算器１１の出力デー
タは右シフタ１４により、シフト量レジスタ１５の内容
だけ算術右シフトされる。

このような操作の繰り返しが終了すると、アキュムレー
タ１７の内容を左シフタ１８により、シフト量レジスタ
１５の内容だけ算術左シフトして出力する。

このようにすることにより、アキュムレータ１７のデー
タフォーマットを意識しないで、乗算器１１の出力デー
タフォーマットと同しフォーマットの出力データが得ら
れる。

また、アキュムレータ１７と入力レジスタ１２の出力を
ＡＬＵ１６を用いて行う場合には、まず、マルチプレク
サ１３を切り換えて、入力レジスタ１２の出力がマルチ
プレクサ１３により選択され、右シフタ１４に出力する
。

次に、右シフタ１４により、シフト量レジスタ１５の内
容だけ右シフトし、ＡＬＵ１６でアキュムレータ１７の
出力と右シフタ１４の出力との演算を行う。

このようにして、アキュムレータ１７内のデータフォー
マットを意識せずに、入力レジスタ１２のデータフォー
マットを自動的にアキュムレータＩ７のデータフォーマ
ットに合わせて演算が行える。ただし、入力レジスタ１
２のデータフォーマットは乗算器１１の出力データフォ
ーマットと同一でなければならない。

次に、上記積和演算を行う際のＡＬＵＩ６で扱うデータ
フォーマットに関して説明する。第２図はこのデータフ
ォーマットおよびシフト量レジスタ１５の値の推移を示
す図である。

乗算器１１の出力フォーマットを第２図（ａ）に示すよ
うに、整数部ｎビット、小数部ｍビットであると仮定す
る。

積和演算を行う前はシフト量レジスタ１５、アキュムレ
ータ１７の値は０であるので、ＡＬＵ１６での乗算結果
のシフトは行われず、第２図（ａ）のフォーマントのま
までアキュムレータ１７に格納される。

次に、次サイクルでの乗算器１１の出力がアキュムレー
タ１７の値とＡＬＵＩ６で加算され、その加算結果がオ
ーバフローしたとする。

この時、シフト量レジスタ１５を＋１増加させるととも
に、ＡＬＵ１６では、演算結果を１ビット右シフトし、
アキュムレータ１７に格納する。

この場合のアキュムレータ１７のデータフォーマットは
第２図ら）のようになる。

このようにして、積和演算を繰り返した場合の途中のデ
ータフォーマットが第２図（ｃ）のように、整数部（ｎ
＋３）ビット、小数部（ｍ−３）ビットとなったと仮定
する。この時のシフト量レジスタ１５の値は「３ｊであ
る。

次サイクルでの乗算器１１の出力はこのシフト量レジス
タ１５により右シフタ１４で３ビット右シフトされ、Ａ
ＬＵ１６の入力では、アキュムレータ１７と同一のデー
タフォーマットとなり、演算が可能となる。

このようにして、積和演算の繰り返しが終了した時のア
キュムレータ１７のデータフォーマットが第２図（山の
ように整数倍（ｎ＋８）ビット、小数部（ｍ−８）ビッ
トになったと仮定する。

この時のシフト量レジスタ１５の値は「８」である、こ
のフォーマットを持つアキュムレータ１７のデータを出
力する場合には、シフト量レジスタ１５により、左シフ
タ８において、８ビット左シフトされるため、データフ
ォーマットは第２図（ｅ）のようになる。

この第２図（ｅ）のフォーマットは乗算器１１の出力フ
ォーマットと同一である。

このように、積和演算中のデータフォーマットの変化を
意識せずに、乗算器１１の出力と同一フォーマットの積
和演算結果が得られる。

また、積和演算途中で別のデータとの演算を行う場合に
は、まず、マルチプレクサ１３を入力レジスタ１２の出
力が選択するように切り換える。

この入力レジスタ１２には、乗算器１１の出力と同一フ
ォーマットのデータを格納する。現在のアキュムレータ
１７のデータフォーマットが第２図（ｃ）であると仮定
すると、入力レジスタ１２の値は右シフタ１４により３
ビット右シフトされ、アキュムレータ１７と同一のデー
タフォーマントとなり、演算が可能になる。

したがって、入力レジスタ１２には、現在のアキュムレ
ータ１７のデータフォーマットに関わらず、乗算器１１
の出力と同一データフォーマントを格納しておけば、ア
キュムレータ１７との演算が可能となる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、この発明によれば、自動的
にＡＬＵで数値フォーマットを決定するとともに、入力
データと出力データを自動的にＡＬＵでの数値フォーマ
ットに変換するようにしたので、入力データのダイナミ
ックレンジ、演算回数などに関係なく、最適なハードウ
ェア量と演算精度の確保が期待できる。

したがって、信号処理装置の演算部などに使用すれば、
様々なアルゴリズムに対し、簡単に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の固定小数点積和演算器の一実施例の
構成を示すブロック図、第２図は同上実施例を説明する
ためのシフト量レジスタの値とアキュムレータのデータ
フォーマットの推移を示す説明図、第３図は従来の固定
小数点積和演算器のブロック図である。 １１・・・乗算器、１２・・・入力レジスタ、１３・・
・マルチプレクサ、１４・・・右シフタ、１５・・・シ
フト量レジスタ、１６・・・ＡＬＵ、１７・・・アキュ
ムレータ、１８・・・左シフタ。 本発明の３＠Ｍ岩しのブロック図 第１図 ノワＹずレジ°フ９の値 ６°−ターフオー々ツ゛ト シフドルンヌタのイｉｔフイ、Ｌ−レータのう第２図 −４４Ｆ１−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ａ）乗算器と入力レジスタからのデータを選択するマ
   ルチプレクサと、 （ｂ）このマルチプレクサの出力をシフト量レジスタの
   値だけ算術右シフトする右シフタと、 （ｃ）この右シフタの出力とアキュムレータの出力とに
   より演算を行うとともにこの演算結果オーバフローが起
   こった場合に演算結果を１ビット右シフトして上記アキ
   ュムレータに格納しかつ上記シフト量レジスタの値を＋
   １する演算手段と、 （ｄ）上記アキュムレータの出力を上記シフト量レジス
   タの値だけ算術左シフトを行って出力する左シフタと、 よりなる固定小数点積和演算器。