计算机进行浮点运算主要遵循IEEE 754标准,以下是浮点运算的基本步骤:
操作数检查
检查操作数是否为0,如果是,则直接得到结果。
对阶
比较两个操作数的阶码(Ex和Ey),计算阶差ΔE = Ex - Ey。
如果ΔE > 0,表示x的阶码比y小,需要将x的尾数右移ΔE位,同时x的阶码加1,直到两个数的阶码相等。
如果ΔE < 0,表示y的阶码比x大,需要将y的尾数右移|ΔE|位,同时y的阶码加1,直到两个数的阶码相等。
对阶过程中,尾数右移可能会导致数值丢失,因此需要注意精度问题。
尾数求和
对齐小数点后,直接对尾数进行加法或减法运算。
如果尾数和的结果超过1.0或小于-1.0,则需要规格化处理。
规格化
左规:如果尾数的最高位为0(即尾数小于1.0),则将尾数左移一位,阶码减1,直到尾数的最高位为1。
右规:如果尾数的最高位为1(即尾数大于1.0),则将尾数右移一位,阶码加1,直到尾数的最高位为0。
规格化过程中,尾数右移可能会导致数值丢失,因此需要进行舍入处理。
舍入处理
根据IEEE 754标准,舍入处理提供了四种可选方法:就近舍入(四舍五入)、朝0舍入(截尾)、朝正无穷舍入、朝负无穷舍入。
舍入方法的选择取决于具体应用场景和精度要求。
结果判断
检查运算结果是否溢出。如果溢出,需要根据具体情况进行处理,例如使用特殊值或错误代码表示。
结果存储
将最终结果存储在相应的寄存器或内存位置。
示例
以两个浮点数A和B的加法为例:
A = +1.01 1001 × 2^5
B = +1.100101 × 2^4
对阶
A的阶码为5,B的阶码为4,阶差ΔE = 5 - 4 = 1。
将B的尾数右移1位,得到0.001100101,B的阶码加1,变为5。
两个数的阶码相等,均为5。
尾数求和
两个数都是正数,执行尾数加法:1.011001101。
规格化
结果1.100101101已经是规范化的数,不需要进一步规格化。
舍入
结果1.100101101的最后3位为101(值为5),超过3位表示的值(8)的一半,需要进行“入”操作,即最低位加1,得到1.100101110。
结果存储
最终结果为1.100101110。
通过以上步骤,计算机可以完成浮点数的加法和减法运算。在实际应用中,还需要考虑舍入误差和累积误差的影响,并采取相应措施来提高计算精度。