20、80x86 FPU：浮点数运算的深入解析

80x86 FPU：浮点数运算的深入解析

1. 浮点数运算的发展历程

在20世纪70年代末8086 CPU刚出现时，半导体技术还不足以让英特尔将浮点指令直接集成到8086 CPU中。因此，英特尔设计了一种方案，使用第二个芯片——浮点运算单元（FPU）来执行浮点计算。到英特尔奔腾芯片发布时，半导体技术取得了进步，FPU已完全集成到80x86 CPU中。如今，几乎所有现代80x86 CPU设备都能直接在CPU上完全支持浮点运算。

2. FPU寄存器

80x86 FPU为80x86增加了13个寄存器，包括8个浮点数据寄存器、1个控制寄存器、1个状态寄存器、1个标记寄存器、1个指令指针和1个数据指针。

2.1 FPU数据寄存器

FPU提供8个80位的数据寄存器，它们被组织成一个栈。HLA将这些寄存器称为ST0、ST1、…、ST7。与80x86 CPU的通用寄存器组织方式不同，FPU寄存器集采用栈结构。在80x86 CPU中，AX寄存器始终是AX寄存器；而在FPU中，寄存器集是一个包含8个80位浮点值的栈。ST0指栈顶元素，ST1指栈中的下一个元素，依此类推。许多浮点指令会对栈进行压入和弹出操作，因此当你向栈中压入数据后，ST1将指向原来ST0的内容。虽然需要一些思考和练习才能习惯寄存器编号的变化，但这并不是一个难以克服的问题。

2.2 FPU控制寄存器

在英特尔设计80x87（本质上也是IEEE浮点标准）时，浮点硬件还没有统一的标准。不同的计算机制造商（大型机和小型机）都有不同且不兼容的浮点格式。为了让尽可能多的应用程序在其80x87 FPU上运行，英特尔添加了一个特殊的寄存器——FPU控制寄存器