【新】Fixed-Point Arithmetic: An Introduction

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Contents
1 Introduction 3
2 Fixed-Point Binary Representations 3
2.1 Unsigned Fixed-Point Rationals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
+ Q7 b9 |. w7 F- \5 T3 The Operations of One’s Complement and Two’s Complement 5
9 A. K3 M! D+ c% F. T: Y+ t4 Signed Two’s Complement Fixed-Point Rationals 5
* I1 r1 W- X7 G7 y4 Z2 w  m5 Fundamental Rules of Fixed-Point Arithmetic 6
5.1 Unsigned Wordlength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
5.2 Signed Wordlength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
5.3 Unsigned Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
* \* k. l8 [1 |; A+ }" f5.4 Signed Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
8 b! S1 Q2 P; w$ S; _4 L7 J5.5 Addition Operands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
. i( N) \5 B3 B+ J. g5.6 Addition Result . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
5.7 Unsigned Multiplication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
5.8 Signed Multiplication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
5.9 Unsigned Division . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
5.10 Signed Division . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
& E! j7 r5 u" ^$ P5.11 Wordlength Reduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
5.12 Shifting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
5.12.1 Literal Shift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
  l( W/ B. K/ x5.12.1.1 Multiplying/Dividing By A Power of Two . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
7 v3 r" G4 S# @6 W% k' i- X5.12.1.2 Modifying Scaling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
5.12.2 Virtual Shift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
& E; ^$ m7 l( \5 k) h2 e6 Dimensional Analysis in Fixed-Point Arithmetic 9
; f+ }7 x6 s4 }& E7 concepts of Finite Precision Math 10
7.1 Precision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
7.2 Resolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
/ \7 C* m) X. k5 f7.3 Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
9 t% W6 p) [3 x: r0 m8 _7.4 Accuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
# K% ^, q4 X4 ?6 d/ g7.5 Dynamic Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
! a- \/ P& W) Q7 X; s8 Fixed-Point Analysis—An Example 11
9 Acknowledgments 12
3 n; P7 ~4 ]2 h2 d2 \; G  C6 b) `10 Terms and Abbreviations 13
7 z# b9 d: ?# E9 H+ X5 p11 Revision History 13
12 References 13
: T7 L' h0 z) A, T, i7 PList of Figures
) O+ J! I4 y0 V( _/ IList of Tables
+ O+ t/ c; T7 l2 u  I( W! k& v- j1 Revision History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
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