[发明专利]执行饱和乘法和饱和乘加运算的算术处理单元及方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及数据处理装置，确切地说，涉及算术处理装置。

背景技术

数据处理装置可包括专门的算术处理单元，如整数或浮点处理装置。算术处理单元尤其适用于执行与图形处理、数字信号处理和科学应用相关的任务。算术处理单元通常执行指令，其中一项指令与特定数学计算相关。例如，算术处理单元可包括一些指令，以执行算术运算，如乘法、加法、乘加、矩阵计算等。算术处理单元通常使用二进制浮点格式、二进制整数格式或两种格式的组合来表示数字。浮点数字和整数数字均具有相关精度，并可表示由用于表示数字的二进制位数确定的特定范围的值。算术处理单元可使用饱和运算来表示超出支持范围的数学运算结果。

饱和运算是算术的一种，其算术运算结果限制于最小值和最大值之间的固定范围内。此外，如果运算结果大于最大值，即称为上溢的条件发生，那么算术处理单元会提供与可表示的最大值对应的结果。如果运算结果小于最小值，即称为下溢的条件发生，那么算术处理单元会提供与可表示的最小值对应的结果。使用饱和运算可降低在计算结果造成上溢条件或下溢条件发生时可能出现的错误的严重性。例如，算术处理单元不使用饱和即可在计算结果上溢出支持范围时提供负值结果。但不幸的是，如果检测到已发生饱和，由此算术处理单元可提供正确的饱和结果，那么这可能会对该单元的计算性能产生不利影响。这对于其中结果大小(二进制位数，用于表示某个数字)限制为与被乘数、乘数或加数相同的乘加运算尤其如此。

附图说明

通过参考附图可更深入地理解本发明，且所属领域一般技术人员可显而易见地了解本发明的许多特征和优点，其中：

图1所示为可根据已知技术执行饱和运算的传统算术处理单元的方框图；

图2所示为根据本发明的一项实施例的可执行饱和运算的算术处理单元的方框图；

图3所示为图2所示偏差产生器的局部示意图和局部方框图；

图4所示为根据本发明的另一项实施例的可执行饱和运算的算术处理单元的方框图；

图5所示为图4所示偏差加数产生器的局部示意图和局部方框图；以及

图6所示为根据本发明的又一项实施例的可对压缩的操作数执行饱和运算的算术处理单元的方框图。

在不同附图中使用相同的参考标号表示类似或相同的物品。为清楚起见，相同的名称指代信号、传输信号的节点和信号所表示的信息。

具体实施方式

图1所示为可根据已知技术执行饱和运算的传统算术处理单元100的方框图。算术处理单元100通过将两个操作数相乘得到乘积，然后将乘积与第三个操作数相加得到中间结果来执行乘加运算。饱和检测电路接收中间结果，并提供最终计算结果。算术处理单元100包括标记为“A”的被乘数操作数112、标记为“B”的乘数操作数114、标记为“C”的加数操作数116、提供中间结果的乘加模块120以及提供标记为“RESULT”的最终结果的饱和模块190。

乘加模块120具有用于接收操作数112的第一输入端、用于接收操作数114的第二输入端、用于接收操作数116的第三输入端以及输出端。饱和模块190具有与乘加模块120的输出端连接的输入端和用于提供信号RESULT的输出端。算术处理单元100还可通过将之前计算出的乘加结果作为随后的乘加运算中的加数来执行乘加运算。

算术处理单元100接收操作数A、B和C，这三个操作数均为16位有符号整数。乘加模块120提供的中间结果包括附加位，用于精确表示乘加运算的结果。在图1所示的本实例中，饱和模块190提供的最终结果是32位有符号整数。饱和模块190检测乘加模块120提供的中间结果的值是否超过32位有符号整数可表示的范围，即称为上溢或下溢的条件。如果发生上溢，那么饱和模块190会产生表示32位有符号正整数最大值的信号RESULT，其二进制表示为01111...1111。如果发生下溢，那么饱和模块190会产生表示32位有符号负整数最小值的信号RESULT，其二进制表示为100...0000。如果乘加模块120提供的中间结果在支持范围内，那么饱和检测模块190会提供输出时未更改的中间结果。

饱和模块190根据每个操作数的相应符号和中间结果的符号来确定上溢或下溢条件是否发生。但是，如果最终结果表示限制为16位有符号整数，那么饱和模块190中的运算就更为复杂和耗时。因此，算术处理单元100的计算性能会降低。