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Gleitkommaeinheit
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FPU ist eine Abkürzung für Floating Point Unit, oft auch als mathematischer (Ko-) Prozessor oder auch Floating Point Processing Unit (Gleitkommaeinheit) bezeichnet. Dies ist ein Begriff aus der Computertechnik und bezeichnet einen speziellen Prozessor, die der Verarbeitung von mathematischen Funktionen oder Gleitkommazahlen dient.
Bei vielen CPUs ist die FPU als Koprozessor realisiert.
Die FPU kann als externer Chip in einem eigenen Gehäuse sitzen (z. B. Intel 80287), oder in einen bestimmten Bereich innerhalb der CPU integriert sein (z. B. Intel Pentium).
Frühe CISC-Prozessoren verfügten oft über keine eingebauten 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 gab es bei CISC-CPUs wie den Intel x86-Prozessoren (bis zum 486er) oder den Motorola 68k-CPUs die Möglichkeit, einen zusätzlichen Koprozessor auf dem Motherboard nachzurüsten. Mit den sinkenden Kosten in der Produktion von Prozessoren so wie durch neuere CPU-Designs (z.B. RISC) sind heute FPUs fest in den CPUs integriert.
Die Anwesenheit einer FPU ermöglicht einen erheblichen Leistungssprung für gleitkommaintensive Berechnungen. Zum einen bietet der Koprozessor breitere Register, schon bei 32-Bit CPUs hatte die FPU oft bereits 64-Bit, 79-Bit oder auch 128-Bit, sodass einfache Berechnungen mit höherer Genauigkeit durchgeführt werden können oder ein größerer Wertebereich abgedeckt wird. Zum Anderen verfügen sie über spezielle Recheneinheiten die z.B. trigonometrische Funktionen in nur einem oder zumindest sehr wenigen Takten realisiert oder sie können ihre Register als Matrizen organisieren und beschleunigen so Vektorrechnungen. Zusammenfassend: da FPUs über eine auf diesen Aufgabenbereich optimierte Prozessverarbeitung verfügen, sind per Software realisierte Gleitkommaberechnung im Vergleich zu einer mittels FPU realisierten Berechnung meist sehr langsam. Besonders einfache Berechnungen hingegen kann die CPU möglicherweise schneller durchführen.
Die meisten FPUs stellen Operationen für die Grundrechenarten (mit höherer Genauigkeit als die CPU), Logarithmus-, Wurzel- und Potenzrechnung und trigonometrische Funktionen, so wie Funktionen für das Rechnen mit Matrizen zur Verfügung.
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