Definición de Coma flotante (unidad de procesamiento matemático en la CPU)
La unidad de Coma flotante o, en inglés, Floating Point Unit (FPU), es una parte de la computadora diseñado específicamente para operaciones matemáticas de coma flotante.
Las operaciones típicas que realiza son la adición, sustracción, multiplicación, división, raíz cuadrada y desplazamiento de bits. Algunos sistemas antiguos (en especial los basados en microarquitectura) pueden realizar también varias funciones trascendentales como cálculos exponenciales y trigonométricos; en procesadores modernos estos son hechos por software.
Otros nombres para unidad de coma flotante: unidad de punto flotante, coprocesador matemático, Floating Point Unit, FPU, math coprocessor.
La unidad de Coma flotante es fundamental en muchos procesos computacionales que requieren de operaciones matemáticas precisas y complejas. A diferencia de las operaciones de coma fija, donde los números son representados con un número fijo de dígitos, en las operaciones de coma flotante los números pueden tener cualquier cantidad de dígitos y pueden tener decimales.
La unidad de Coma flotante es una parte esencial de la CPU, aunque en algunos casos puede estar incluida en un coprocesador especializado. El FPU se encarga de realizar operaciones de suma, resta, multiplicación, división, raíz cuadrada y desplazamiento de bits de números de coma flotante.
En sistemas antiguos, la unidad de Coma flotante podía realizar también funciones trascendentales, como cálculos exponenciales y trigonométricos. Sin embargo, en los procesadores modernos, estas funciones son realizadas por software.
La unidad de Coma flotante es especialmente crítica en aplicaciones que involucran gráficos 3D, simulaciones físicas, inteligencia artificial y otras aplicaciones científicas y tecnológicas avanzadas. En estas aplicaciones, la precisión numérica es clave y el rendimiento de la FPU puede ser un cuello de botella para el rendimiento general del sistema.
En conclusión, la unidad de Coma flotante es una parte esencial de la CPU que permite realizar operaciones matemáticas precisas y complejas de números de coma flotante. Es especialmente importante en aplicaciones científicas y tecnológicas avanzadas donde la precisión numérica y el rendimiento son clave.
La unidad de coma flotante como parte del CPU
Hasta mediados de los 90 del siglo pasado, los procesadores no solían incluir una unidad de coma flotante en PCs hogareñas; era un elemento opcional conocido como coproceasdor.
En computadoras de propósito general actuales se suelen incluir una o más unidades de coma flotante integradas a la unidad central de procesamientos (CPU). En cambio las arquitecturas de sistemas embebidos no suelen traer hardware para operaciones de punto flotante.
Algunos sistemas implementan la coma flotante vía coprocesador en lugar de una unidad integrada; esto puede ser un único circuito integrado, una placa de circuitería completa o un gabinete.
Cuando no se provee cálculo de coma flotante por hardware, estos cálculos son hechos por software, lo cual le toma más tiempo el procesador, pero así se evita un hardware extra. Por eso la unidad de coma flotante no suele emplearse en sistemas embebidos pequeños.
En arquitecturas de computadoras modernas, hay cierta división entre las operaciones de coma flotante y las operaciones de enteros. Esta división varía significativamente entre arquitecturas. Por ejemplo, la Intel x86 posee registros de coma flotante dedicados.
Resumen: Coma flotante
La unidad de Coma flotante o FPU es una parte de la computadora que realiza operaciones matemáticas de coma flotante como suma, resta, multiplicación, división, raíz cuadrada y desplazamiento de bits. También puede realizar cálculos exponenciales y trigonométricos en sistemas antiguos. Otros nombres son unidad de punto flotante y coprocesador matemático.
¿Qué es una unidad de coma flotante en una computadora?
Una unidad de coma flotante, también conocida como Floating Point Unit (FPU) en inglés, es una parte del hardware de la computadora que se encarga específicamente de realizar operaciones matemáticas con números de coma flotante.
¿Por qué es importante una unidad de coma flotante en una computadora?
La unidad de coma flotante es crucial en una computadora porque permite realizar cálculos precisos con números decimales o fraccionarios. Sin esta unidad, las operaciones matemáticas podrían perder precisión y generar errores en los resultados.
¿Cuál es la diferencia entre una unidad de coma flotante y una unidad de coma fija?
La principal diferencia entre una unidad de coma flotante y una unidad de coma fija es que la primera permite representar y operar con números decimales de cualquier magnitud y precisión, mientras que la segunda solo puede operar con un número fijo de dígitos antes y después de la coma.
¿Cuál es la arquitectura más común utilizada en unidades de coma flotante?
La arquitectura más común utilizada en unidades de coma flotante es la denominada IEEE 754. Esta arquitectura establece estándares para la representación y operaciones de números de coma flotante, lo cual permite una alta compatibilidad entre distintos sistemas y lenguajes de programación.
¿Qué tipo de operaciones matemáticas se pueden realizar con una unidad de coma flotante?
Con una unidad de coma flotante se pueden realizar operaciones matemáticas básicas como suma, resta, multiplicación y división, así como operaciones más complejas como funciones trigonométricas, exponenciales y logarítmicas.
¿Qué ventajas ofrece el uso de una unidad de coma flotante en comparación con otras unidades de cálculo?
El uso de una unidad de coma flotante ofrece ventajas como la posibilidad de trabajar con números decimales con alta precisión, la capacidad de representar números muy grandes o muy pequeños, y la habilidad de realizar cálculos complejos de manera eficiente y rápida. Esto hace que sea una herramienta esencial en aplicaciones científicas, financieras y de ingeniería.
Tecnologías empleadas en CPUs |
|
| • Arquitectura |
• Harvard (Modified Harvard) • von Neumann • Dataflow • TTA |
| • Conjunto de instrucciones |
• ASIP • CISC • EDGE • EPIC • MISC • MIPS • NISC • OISC • RISC • TRIPS • VLIW • ZISC |
| • Tamaño de palabra (word) |
• 1 bit • 4 bit • 8 bit • 9 bit • 10 bit • 12 bit • 15 bit • 16 bit • 18 bit • 22 bit • 24 bit • 25 bit • 26 bit • 27 bit • 31 bit • 32 bit • 33 bit • 34 bit • 36 bit • 39 bit • 40 bit • 48 bit • 50 bit • 60 bit • 64 bit • 128 bit • 256 bit • 512 bit • bit variable |
| • Ejecución (ciclo de instrucción) |
• Segmentación (pipelining): Bubble, Operand forwarding |
| • Computación paralela |
• Paralelismo a nivel de Bit: bit-serial, palabra • Paralelismo a nivel de Instrucción: escalar, superescalar • Paralelismo de Datos: vector • Paralelismo a nivel de Memoria (MLP) • Paralelismo a nivel de Tareas: hilo de ejecución (thread) |
| • Multihilo |
• Temporal multithreading • Simultaneous multithreading: HyperThreading |
| • Taxonomía de Flynn |
• SISD • SIMD • MISD • MIMD (SPMD) • Modos de direccionamiento (addressing mode) |
| • Tipos |
• Procesador digital de señales (DSP) • GPGPU • Microcontrolador • Unidad de procesamiento físico (PPU) • System on a chip (SoC) • Celular (cellular architecture) |
| • Componentes |
• Unidad de generación de direcciones (address generation unit o AGU) |
| • Gestión de energía |
• APM • ACPI • Escala de frecuencia dinámica (Dynamic frequency scaling) • Escala de tensión dinámica (Dynamic voltage scaling) • Gating de reloj (clock gating) |
| • Seguridad por hardware de CPU |
• NX bit |
Para más información ver:
FPU.
Autor: Leandro Alegsa
Actualizado: 19-06-2023
¿Cómo citar este artículo?
Alegsa, Leandro. (2023). Definición de Coma flotante. Recuperado de https://www.alegsa.com.ar/Dic/coma_flotante.php
