
【电】 fixed point arithmetic
【计】 fixed point
arithmetic
【计】 arithmetic expression
定点算术(Fixed-point Arithmetic)是一种数值计算方式,其核心特点是将小数点的位置预先固定在数据的某一位,从而在有限位宽的硬件中实现高效的小数运算。与浮点算术不同,定点数不需要存储指数部分,因此存储和计算资源占用更低,适用于嵌入式系统、数字信号处理器(DSP)等资源受限的场景。
从实现原理来看,定点数通过整数类型模拟小数运算。例如,若定义小数点位于第4位(即Q4格式),则二进制数0001.1001的十进制值为1.5625(整数部分为1,小数部分为0.5+0.0625)。运算过程中需手动管理数值范围和精度,避免溢出或精度损失。
在应用层面,定点算术常见于实时控制系统和通信领域。例如,电机控制中的PID算法常采用Q15格式(16位定点数,其中15位为小数),以满足高实时性和低延迟的需求。国际电气电子工程师协会(IEEE)在标准IEEE 1180-1990中规范了定点离散余弦变换的实现,体现了其在数字信号处理中的基础地位。
参考文献:
定点算术是一种在计算机中表示和操作实数的方法,其核心特征是小数点的位置固定,而非像浮点数那样动态调整。它在嵌入式系统、数字信号处理等对计算效率和确定性要求较高的领域广泛应用。
定点表示
定点数的二进制位被划分为整数部分和小数部分,小数点位置预先确定。例如,若用16位表示整数、16位表示小数,则数值范围为$-32768.9999$到$32767.9999$。这种固定结构无需存储指数,节省内存且运算速度更快。
与浮点数的对比
若需公式示例,定点数可表示为:
$$
text{值} = frac{text{存储的整数}}{2^f}
$$
其中$f$为小数部分位数。例如,存储值$1234$在$f=4$时表示$1234/16=77.125$。
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