आईईईई 754-1985: Difference between revisions

आईईईई 754-1985<ref>{{Cite book|title=बाइनरी फ़्लोटिंग-पॉइंट अंकगणित के लिए आईईईई मानक|year=1985|doi=10.1109/IEEESTD.1985.82928|isbn=0-7381-1165-1}}</ref> [[कंप्यूटर]] में [[ तैरनेवाला स्थल ]] नंबरों का प्रतिनिधित्व करने के लिए उद्योग [[तकनीकी मानक]] था, जिसे आधिकारिक तौर पर 1985 में अपनाया गया था और 2008 में [[IEEE 754-2008|आईईईई 754-2008]] द्वारा प्रतिस्थापित किया गया था, और फिर 2019 में मामूली संशोधन [[IEEE 754-2019|आईईईई 754-2019]] द्वारा प्रतिस्थापित किया गया था।<ref>{{Cite web|url=http://754r.ucbtest.org/background/|title=ANSI/IEEE Std 754-2019|website=754r.ucbtest.org|access-date=2019-08-06}}</ref> अपने 23 वर्षों के दौरान, यह फ़्लोटिंग-पॉइंट गणना के लिए सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला प्रारूप था। इसे सॉफ़्टवेयर में, फ़्लोटिंग-पॉइंट [[ पुस्तकालय (कंप्यूटिंग) ]] के रूप में, और हार्डवेयर में, कई [[ CPU ]] और [[फ़्लोटिंग-पॉइंट इकाई]] के [[निर्देश (कंप्यूटर विज्ञान)]] में लागू किया गया था। आईईईई 754-1985 बनने वाले मसौदे को लागू करने वाला पहला ीकृत सर्किट [[इंटेल 8087]] था।

आईईईई 754-1985 बाइनरी अंक प्रणाली में संख्याओं का प्रतिनिधित्व करता है, जो परिशुद्धता के चार स्तरों की परिभाषा प्रदान करता है, जिनमें से दो सबसे अधिक उपयोग किए जाते हैं:

!Level

!Width

!Range at full [[Precision (computer science)|precision]]

!Precision{{efn|Precision: The number of decimal digits precision is calculated via number_of_mantissa_bits * Log₁₀(2). Thus ~7.2 and ~15.9 for single and double precision respectively.}}

|Single precision

|Approximately 7 decimal digits

|Double precision

|Approximately 16 decimal digits

मानक सकारात्मक और नकारात्मक अनंत के लिए प्रतिनिधित्व को भी परिभाषित करता है, [[नकारात्मक शून्य]], [[शून्य से विभाजन]] जैसे अमान्य परिणामों को संभालने के लिए पांच अपवाद, उन अपवादों का प्रतिनिधित्व करने के लिए [[NaN]] नामक विशेष मान, ऊपर दिखाए गए से छोटी संख्याओं का प्रतिनिधित्व करने के लिए [[असामान्य संख्या]]एं, और चार गोल मोड।

==संख्याओं का प्रतिनिधित्व==

[[Image:IEEE 754 Single Floating Point Format.svg|right|frame|संख्या 0.15625 को ल-त्रुटिहीन आईईईई 754-1985 फ़्लोटिंग-पॉइंट संख्या के रूप में दर्शाया गया है। स्पष्टीकरण के लिए पाठ देखें.]]

[[Image:IEEE 754 Double Floating Point Format.svg|right|frame|64 बिट आईईईई 754 में तीन फ़ील्ड फ़्लोट होते हैं]]आईईईई 754 प्रारूप में फ़्लोटिंग-पॉइंट नंबरों में तीन फ़ील्ड होते हैं: [[साइन बिट]], घातांक पूर्वाग्रह और अंश। निम्नलिखित उदाहरण प्रत्येक का अर्थ बताता है।

दशमलव संख्या 0.15625₁₀ बाइनरी में दर्शाया गया 0.00101 है₂ (अर्थात् 1/8 + 1/32)। (अंकाक्षर संख्या [[मूलांक]] दर्शाते हैं।) [[वैज्ञानिक संकेतन]] के अनुरूप, जहां संख्याओं को दशमलव बिंदु के बाईं ओर गैर-शून्य अंक के रूप में लिखा जाता है, हम इस संख्या को फिर से लिखते हैं ताकि इसमें बाइनरी के बाईं ओर ल 1 बिट हो बिंदु । हम तीन स्थितियों द्वारा छोड़े गए बिट्स के स्थानांतरण की भरपाई के लिए बस 2 की उचित शक्ति से गुणा करते हैं:

अब हम भिन्न और घातांक को पढ़ सकते हैं: भिन्न .01 है₂ और घातांक −3 है।

जैसा कि चित्रों में दिखाया गया है, आईईईई 754 में इस संख्या का प्रतिनिधित्व करने वाले तीन फ़ील्ड हैं:

: चिन्ह = 0, क्योंकि संख्या धनात्मक है। (1 नकारात्मक दर्शाता है।)

: पक्षपाती घातांक = −3 + पूर्वाग्रह। 'ल परिशुद्धता' में, पूर्वाग्रह '127' है, इसलिए इस उदाहरण में पक्षपाती घातांक 124 है; 'डबल प्रिसिजन' में, पूर्वाग्रह '1023' है, इसलिए इस उदाहरण में पक्षपाती घातांक 1020 है।

: भिन्न = .01000…₂.

आईईईई 754 घातांक में [[ऑफसेट बाइनरी]] जोड़ता है ताकि कई मामलों में संख्याओं की तुलना उसी हार्डवेयर द्वारा आसानी से की जा सके जो हस्ताक्षरित 2-पूरक पूर्णांकों की तुलना करता है। पक्षपाती घातांक का उपयोग करते हुए, दो सकारात्मक फ़्लोटिंग-पॉइंट संख्याओं में से छोटी संख्या चिह्न और परिमाण पूर्णांक के समान क्रम के बाद बड़ी संख्या से कम निकलेगी। यदि दो फ़्लोटिंग-पॉइंट संख्याओं के अलग-अलग चिह्न हैं, तो चिह्न-और-परिमाण तुलना पक्षपातपूर्ण घातांक के साथ भी काम करती है। हालाँकि, यदि दोनों पक्षपाती-प्रतिपादक फ़्लोटिंग-पॉइंट संख्याएँ नकारात्मक हैं, तो क्रम को उलट दिया जाना चाहिए। यदि घातांक को, मान लीजिए, 2-पूरक संख्या के रूप में दर्शाया जाता है, तो यह देखने के लिए तुलना करना कि दो संख्याओं में से कौन सी बड़ी है, उतना सुविधाजनक नहीं होगा।

अग्रणी 1 बिट को हटा दिया गया है क्योंकि शून्य को छोड़कर सभी संख्याएँ अग्रणी 1 से शुरू होती हैं; अग्रणी 1 अंतर्निहित है और वास्तव में इसे संग्रहीत करने की आवश्यकता नहीं है जो मुफ़्त में अतिरिक्त परिशुद्धता देता है।

शून्य संख्या को विशेष रूप से दर्शाया गया है:

: हस्ताक्षरित शून्य के लिए चिह्न = 0, हस्ताक्षरित शून्य के लिए 1।

: पक्षपाती घातांक = 0.

: भिन्न = 0.

=== असामान्यीकृत संख्याएँ ===

ऊपर वर्णित संख्या निरूपण को सामान्यीकृत कहा जाता है, जिसका अर्थ है कि अंतर्निहित अग्रणी बाइनरी अंक 1 है। अंकगणितीय अंडरफ्लो होने पर परिशुद्धता के नुकसान को कम करने के लिए, आईईईई 754 में सामान्यीकृत प्रतिनिधित्व में संभव से छोटे अंशों का प्रतिनिधित्व करने की क्षमता सम्मिलित है। अंतर्निहित अग्रणी अंक को 0 बनाना। ऐसी संख्याओं को असामान्य संख्याएँ कहा जाता है। उनमें सामान्यीकृत संख्या जितने [[महत्वपूर्ण अंक]] सम्मिलित नहीं होते हैं, लेकिन जब फ़्लोटिंग-पॉइंट अंकगणित # फ़्लोटिंग-पॉइंट ऑपरेशंस का परिणाम बिल्कुल शून्य नहीं होता है, लेकिन शून्य के बहुत करीब होता है, तो वे परिशुद्धता के क्रमिक नुकसान को सक्षम करते हैं। सामान्यीकृत संख्या.

असामान्य संख्या को सभी 0 बिट्स के पक्षपाती घातांक के साथ दर्शाया जाता है, जो ल परिशुद्धता में −126 के घातांक का प्रतिनिधित्व करता है (−127 नहीं), या दोहरी परिशुद्धता में −1022 (−1023 नहीं) का प्रतिनिधित्व करता है।<ref>{{cite book|last=Hennessy|title=कंप्यूटर संगठन और डिज़ाइन|year=2009|url=https://archive.org/details/computerorganiza00patt_779|url-access=limited|publisher=Morgan Kaufmann|page=[https://archive.org/details/computerorganiza00patt_779/page/n291 270]|isbn=9780123744937 }}</ref> इसके विपरीत,  सामान्य संख्या का प्रतिनिधित्व करने वाला सबसे छोटा पक्षपाती घातांक 1 है (नीचे #उदाहरण देखें)।

==गैर-संख्याओं का प्रतिनिधित्व ==

किसी गणना की अनंतता या अमान्य परिणाम को इंगित करने के लिए पक्षपाती-प्रतिपादक फ़ील्ड सभी 1 बिट्स से भरा हुआ है।

=== सकारात्मक और नकारात्मक अनंत ===

[[विस्तारित वास्तविक रेखा]] को इस प्रकार दर्शाया गया है:

: सकारात्मक अनंत के लिए चिह्न = 0, नकारात्मक अनंत के लिए 1।

: पक्षपाती प्रतिपादक = सभी 1 बिट्स।

: अंश = सभी 0 बिट्स।

फ़्लोटिंग-पॉइंट अंकगणित#फ़्लोटिंग-पॉइंट ऑपरेशंस|फ़्लोटिंग-पॉइंट अंकगणित के कुछ ऑपरेशन अमान्य हैं, जैसे ऋणात्मक संख्या का वर्गमूल लेना। किसी अमान्य परिणाम तक पहुंचने की क्रिया को फ़्लोटिंग-पॉइंट अपवाद कहा जाता है। असाधारण परिणाम को विशेष कोड द्वारा दर्शाया जाता है जिसे NaN कहा जाता है, संख्या नहीं के लिए। आईईईई 754-1985 में सभी NaN का प्रारूप यह है:

: चिह्न = या तो 0 या 1.

: पक्षपाती प्रतिपादक = सभी 1 बिट्स।

: अंश = सभी 0 बिट्स को छोड़कर कुछ भी (क्योंकि सभी 0 बिट्स अनंत का प्रतिनिधित्व करते हैं)।

== सीमा और परिशुद्धता ==

[[File:IEEE 754 relative precision.svg|thumb|महत्वपूर्ण अंकों की निश्चित संख्या का उपयोग करके दशमलव प्रतिनिधित्व की तुलना में ल (बाइनरी 32) और डबल त्रुटिहीन (बाइनरी 64) संख्याओं की सापेक्ष त्रुटिहीनता। सापेक्ष परिशुद्धता को यहां ulp(x)/x के रूप में परिभाषित किया गया है, जहां ulp(x) x के प्रतिनिधित्व में [[अंतिम स्थान पर इकाई]] है, अर्थात  x और अगले प्रतिनिधित्व योग्य संख्या के बीच का अंतर।]]परिशुद्धता को दो क्रमिक मंटिसा अभ्यावेदन के बीच न्यूनतम अंतर के रूप में परिभाषित किया गया है; इस प्रकार यह केवल मंटिसा में कार्य है; जबकि अंतर को दो क्रमिक संख्याओं के बीच के अंतर के रूप में परिभाषित किया गया है।<ref>{{citation |title=Computer Arithmetic |author1=Hossam A. H. Fahmy |author2=Shlomo Waser |author3=Michael J. Flynn |url=http://arith.stanford.edu/~hfahmy/webpages/arith_class/arith.pdf |access-date=2011-01-02 |url-status=dead |archive-url=https://web.archive.org/web/20101008203307/http://arith.stanford.edu/~hfahmy/webpages/arith_class/arith.pdf |archive-date=2010-10-08}}</ref>

[[एकल परिशुद्धता|'''ल परिशुद्धता''']]

ल-त्रुटिहीन संख्याएँ 32 बिट्स पर कब्जा करती हैं। ल परिशुद्धता में:

* शून्य के निकटतम सकारात्मक और नकारात्मक संख्याएं (घातक क्षेत्र में सभी 0 के साथ असामान्य मान और अंश क्षेत्र में बाइनरी मान 1 द्वारा दर्शायी जाती हैं) हैं

* शून्य के निकटतम सकारात्मक और नकारात्मक सामान्यीकृत संख्याएं (घातक क्षेत्र में बाइनरी मान 1 और अंश क्षेत्र में 0 के साथ दर्शायी जाती हैं) हैं

* शून्य से सबसे दूर की परिमित धनात्मक और परिमित ऋणात्मक संख्याएँ (घातक क्षेत्र में 254 और भिन्न क्षेत्र में सभी 1 के साथ मान द्वारा दर्शाई गई) हैं

ल परिशुद्धता में दिए गए घातांक के लिए कुछ उदाहरण सीमा और अंतराल मान:

! Actual Exponent (unbiased)

! Exp (biased)

! Minimum

! Maximum

! Gap

उदाहरण के तौर पर, 16,777,217 को 32-बिट फ़्लोट के रूप में एन्कोड नहीं किया जा सकता क्योंकि इसे 16,777,216 पर पूर्णांकित किया जाएगा। इससे पता चलता है कि फ़्लोटिंग पॉइंट अंकगणित लेखांकन सॉफ़्टवेयर के लिए अनुपयुक्त क्यों है। हालाँकि, प्रतिनिधित्व योग्य सीमा के भीतर सभी पूर्णांक जो 2 की शक्ति हैं, उन्हें बिना गोलाई के 32-बिट फ़्लोट में संग्रहीत किया जा सकता है।

=== दोहरी परिशुद्धता ===

डबल-त्रुटिहीन संख्याएँ 64 बिट्स पर कब्जा करती हैं। दोहरी परिशुद्धता में:

* शून्य के निकटतम सकारात्मक और नकारात्मक संख्याएं (्सप फ़ील्ड में सभी 0 के साथ असामान्य मान और फ्रैक्शन फ़ील्ड में बाइनरी मान 1 द्वारा दर्शायी जाती हैं) हैं

* शून्य के निकटतम सकारात्मक और नकारात्मक सामान्यीकृत संख्याएं (्सप फ़ील्ड में बाइनरी मान 1 और अंश फ़ील्ड में 0 के साथ दर्शायी जाती हैं) हैं