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[[Datei:KL Intel C80287.jpg|mini|80287, FPU einer 80286 CPU mit 6 MHz.]]
'''Gleitkommaeinheit''', '''FPU''' (für ''Floating-Point Unit'') oder '''NPU''' (für ''Numeric Processing Unit'') sind Begriffe aus der [[Rechnertechnik|Computertechnik]] und bezeichnen einen speziellen [[Prozessor]], der Operationen auf [[Gleitkommazahl]]en ausführt.

== Allgemeines ==
[[Datei:AM9511-1 Arithmetic Co-Processor side.jpg|mini|AM9511-1 Mathematischer Koprozessor von AMD (1978)]]
Wenn ein Computer [[Gleitkommazahlen|Gleitkommaoperationen]] ausführen soll, gibt es zwei prinzipielle Möglichkeiten:
* Software-[[Emulator|Emulation]] der Funktionen durch die CPU, z. B. unter Verwendung von Gleitkomma-[[Programmbibliothek|Libraries]]
* Auslagerung der Operationen in einen dedizierten [[Koprozessor]]

Frühe [[CISC]]-Prozessoren verfügten meist nicht über eingebaute Mechanismen zur Behandlung von Gleitkommazahlen. Gleitkommaberechnungen und mathematischen Funktionen wurden per Software durch den Hauptprozessor erledigt, was einerseits den Hauptprozessor beanspruchte und andererseits erheblich langsamer als eine spezialisierte Hardwarelösung war. Daher ging man dazu über, spezialisierte Koprozessoren zusätzlich zu implementieren. Da sie vorwiegend komplexere Operationen wie Multiplikation, Division oder Wurzelziehen und [[Algebraische Funktion#Transzendente Funktionen|transzendente Funktionen]] durchführen können, werden sie auch „mathematische Koprozessoren“ genannt.

Bei CISC-Mikroprozessoren konnten die Systeme dann teilweise mit zusätzlichem Koprozessor ausgerüstet werden. Das waren z. B. von [[AMD]] der AM9511 bzw. AM9512 (lizenziert von Intel als Intel i8231 bzw. i8232), die als periphere Bausteine angesprochen wurden. Bei späteren CISC-CPUs wie den Intel [[x86-Prozessor]]en (bis zum [[Intel 80486|486er]]) oder den [[Motorola-68000er-Familie|Motorola-68k]]-CPUs gab es die Möglichkeit, einen [[Koprozessor]] direkt auf dem [[Hauptplatine|Motherboard]] nachzurüsten. Beispiele waren die [[x87#x87-Koprozessoren von Intel|Koprozessoren von Intel]] 8087, 80287, 80387 und 80487. Mit fortschreitender Integration wurden die FPUs in die CPU integriert (z. B. [[Intel Pentium]]).

Eingeläutet wurde das Zeitalter der integrierten FPUs durch mehrere Faktoren:

* In CPUs integrierte Caches sind unvereinbar mit externen FPUs. Intels letzte eigenständige Gleitkommaeinheit, der externe Coprozessor [[Intel i486#i487|i487]], war daher tatsächlich eine modifizierte vollständige [[Intel 80486DX|80486DX]]-CPU. Diese hatte im Gegensatz zum [[Intel 80486SX|80486SX]] eine Gleitkommaeinheit eingebaut. Die Modifikation des Coprozessors bestand in Form eines zusätzlichen Steuerpins und einer künstlichen Sperre, die den Eigenbetrieb verhinderte. Setzte man den Coprozessor ein, so wurde die SX-CPU deaktiviert.<ref>{{Webarchiv | url=http://dictionary.reference.com/browse/Intel+487SX | wayback=20120316222324 | text=Dictionary.com - Intel 487SX}}</ref>
* Mathematische Funktionen wurden zunehmend in „normalen“ Applikationen verwendet, z. B. im Rendern von Zeichensätzen.
* Gatterfunktionen wurden zunehmend preiswerter, Sockel und Steckverbinder eher teurer.

== Funktionsweise und Aufbau ==
[[Datei:Intel 8087 arch.svg|mini|Architektur der FPU i8087 beziehungsweise i80287.]]
Die Anwesenheit einer FPU ermöglicht eine erhebliche Leistungssteigerung für gleitkommaintensive Berechnungen. So boten Koprozessoren breitere Register: Schon bei 16- und 32-Bit-CPUs hatte die FPU häufig 64 Bit, 80 Bit oder auch 128 Bit breite Register. Dadurch konnten einfache Berechnungen mit höherer Genauigkeit durchgeführt werden, und es wurde ein größerer Wertebereich abgedeckt. Da auch die FPU im Inneren letztendlich eine digitale Recheneinheit darstellt, bedarf es weiterer, trickreicher Methoden, um eine echte Beschleunigung zu erhalten. Viele Modelle (z. B. der [[8087]]) verfügen über hardwareseitig optimierte Rechenmethoden wie z. B. den [[CORDIC]]-Algorithmus für trigonometrische Funktionen, welcher nur durch Addition und Registerverschiebung, aber ohne langwierige Multiplikation auskommt. Oft wird eine große Beschleunigung auch über fest implementierte [[Lookup-Tabelle]]n erreicht. Das heißt, die Werte werden nicht über mehrmalige [[Schleife (Programmierung)|Schleifendurchläufe]] ermittelt, sondern zuerst mit Hilfe von Tabellen näherungsweise und dann durch Interpolationsverfahren bis zu hinreichender Genauigkeit ermittelt (Ein Fehler in einer solchen Tabelle war Ursache des sogenannten [[Pentium-FDIV-Bug|Pentium-Bug]]).
Weiterhin kann eine FPU ihre Register oftmals als Matrix organisieren und so Vektorrechnungen beschleunigen.

Die meisten FPUs stellen Operationen für die [[Grundrechenart]]en (mit höherer Genauigkeit als die CPU), [[Logarithmus]]-, [[Wurzel (Mathematik)|Wurzel]]- und [[Potenz (Mathematik)|Potenzrechnung]] und [[trigonometrische Funktion]]en sowie Funktionen für das Rechnen mit Matrizen zur Verfügung.

Die Rechenleistung einer FPU wird meistens in [[Standard Performance Evaluation Corporation|SPECfp]] gemessen, im Gegensatz zu den [[Standard Performance Evaluation Corporation|SPECint]] einer CPU.

== Siehe auch ==
* [[Liste der x86er-Koprozessoren]]

== Einzelnachweise ==
<references />

== Weblinks ==
* [https://www.cpu-galaxy.at/CPU/Intel%20CPU/CPU%20Intel.htm Großes INTEL CPU/FPU Archiv] – Viele Bilder und Infos
* {{Webarchiv | url=http://amd-dev.wpengine.netdna-cdn.com/wordpress/media/2012/10/26569_APM_v51.pdf | wayback=20140308051922 | text=AMD64 Architecture Programmer’s Manual Volume 5: 64-Bit Media and x87 Floating-Point Instructions}} (Memento vom 8. März 2014 im Internet Archive; englisch; PDF-Datei; 1,38 MB)

{{Navigationsleiste Prozessorarchitektur}}

[[Kategorie:Prozessorarchitektur nach Verwendung]]
[[Kategorie:Computerarithmetik]]

Gleitkommaeinheit - Versionsgeschichte

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