
【電】 fixed point arithmetic
【計】 fixed point
arithmetic
【計】 arithmetic expression
定點算術(Fixed-point Arithmetic)是一種數值計算方式,其核心特點是将小數點的位置預先固定在數據的某一位,從而在有限位寬的硬件中實現高效的小數運算。與浮點算術不同,定點數不需要存儲指數部分,因此存儲和計算資源占用更低,適用于嵌入式系統、數字信號處理器(DSP)等資源受限的場景。
從實現原理來看,定點數通過整數類型模拟小數運算。例如,若定義小數點位于第4位(即Q4格式),則二進制數0001.1001的十進制值為1.5625(整數部分為1,小數部分為0.5+0.0625)。運算過程中需手動管理數值範圍和精度,避免溢出或精度損失。
在應用層面,定點算術常見于實時控制系統和通信領域。例如,電機控制中的PID算法常采用Q15格式(16位定點數,其中15位為小數),以滿足高實時性和低延遲的需求。國際電氣電子工程師協會(IEEE)在标準IEEE 1180-1990中規範了定點離散餘弦變換的實現,體現了其在數字信號處理中的基礎地位。
參考文獻:
定點算術是一種在計算機中表示和操作實數的方法,其核心特征是小數點的位置固定,而非像浮點數那樣動态調整。它在嵌入式系統、數字信號處理等對計算效率和确定性要求較高的領域廣泛應用。
定點表示
定點數的二進制位被劃分為整數部分和小數部分,小數點位置預先确定。例如,若用16位表示整數、16位表示小數,則數值範圍為$-32768.9999$到$32767.9999$。這種固定結構無需存儲指數,節省内存且運算速度更快。
與浮點數的對比
若需公式示例,定點數可表示為:
$$
text{值} = frac{text{存儲的整數}}{2^f}
$$
其中$f$為小數部分位數。例如,存儲值$1234$在$f=4$時表示$1234/16=77.125$。
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