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1. 개요
Floating-Point Unit부동소수점 형식의 수에 대한 산술 연산을 수행하는 장치이다. 부동소수점 연산기, 부동소수점 처리 장치라고도 한다.
CPU와 GPU 등에 부동소수점 명령을 처리하기 위해 탑재하며, 과학·공학 계산, 컴퓨터 그래픽스, 신호 처리, 기계 학습 등에 사용된다.
정수 연산을 주로 담당하는 ALU가 정해진 자릿수의 정수를 계산하는 데 비해, FPU는 부동 소수점의 특성상 수의 부호, 지수, 유효숫자를 해석하고 계산에 필요한 자릿수 정렬, 정규화, 반올림 등을 함께 처리한다. 내부에는 이러한 작업을 위한 가산기, 곱셈기, 시프터, 비교기와 제어 회로가 배치된다.
초기의 마이크로프로세서에서는 수치 연산이 필요한 경우 별도로 장착하는 보조 프로세서의 형태로 사용하였으며, 이후 CPU 내부에 통합되기 시작했다.
2. 역사
부동소수점 하드웨어는 마이크로프로세서 이전부터 사용되었다. 1954년의 IBM 704는 부동소수점 산술을 지원한 대표적인 초기 컴퓨터이며, 과학 연산을 위해 전용 기계 명령어를 제공했다. 이 시기의 컴퓨터는 제조사와 기종에 따라 데이터 형식, 정확도, 예외 처리 방식이 달랐기 때문에 같은 수치 알고리즘을 옮겨도 표현 범위와 반올림 특성이 달라질 수 있었으며, 프로그램은 대상 컴퓨터의 산술 특성을 고려해야 했다.초기 마이크로프로세서는 집적도와 비용 때문에 정수 연산을 중심으로 구성되었다. 부동소수점은 소프트웨어로 계산하거나, 수치 계산이 필요한 시스템에 별도의 연산 장치를 추가하는 방식으로 지원했다.
3. 구현
위 그림은 시대를 풍미하던 MIPS R10000의 FPU 구조이다. 그림에서는 mantissa 처리만 다루며 지수 및 예외 처리 등은 생략되었다.