Устройство для вычисления элементарных функций

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН у G 06 F 7/552

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ и выход которого соединены соответственно с выходом пятого регистра и вторым входом первого сумматора, управляющий вход и информационный вход пятого регистра соединены соответственно с вторым выходом блока управления и выходом разрядов первого регистра, вход установки которого соединен с пятым выходам блока управления и входом установки третьего ре" гистра, второй выход блока управления соединен с управляющим входом шестого регистра, информационный вход и выход которого соединены соответственно с выходами разрядов второго регистра и первйм входом второго элемента И, второй вход которого соединен со вторым выходом блока анализа g и первым входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с выхо- С„ дом четвертого регистра, выходы второго и третьего элементов И соединены ф с вторыми входами соответствующих сумматоров, 2. Устройство по п.1, о т л и" ч а ю щ е е с я тем, что блок юы управления содержит генератор им- 1 } пульсов, элемент задержки, счетчик, ) дешифратор-шифратор,:триггер, два ф, элемента И и два элемента ИЛИ, причем вход запуска блока соединен с первым входом первого элемента ИЛИ и через элемент задержки с входом запуска генератора импульсов, выход которого соединен со счетным входом счетчика и )р, первыми входами первого и второго эле ментов И, вторые входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера, выходы первого и второго элементов И соеди. нены с входами второго элемента ИЛИ, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3276763/18-24 (22) 20.04.81 (46) 23.06.83. Вюл. У 23 (72) A.Ë,Рейхенберг и С.H,Ôóðñ (53) 681.325(088 ° 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

iV 640290, кл. С 06 F 7/552, 1977, 2. Авторское свидетельство СССР

У 553612, кл. G 06 F 7/552, 1975 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ

ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ФУНКЦИЙ, содержащее три сумматора, четыре регистра, блок анализа и блок управления, первый выход .которого соединен с тактовыми входами первого, второго и третьего регистров, выходы мпадших разрядов которых со.единены с первыми входами соответствующих сумматоров, выходы которых со" единены с информационными входами соответствующих регистров, выходы разрядов первого и вторОго регистров соединены соответственно. с первым-и вторым входами блока анализа, второй выход блока управления соединен с управляющим входом четвертого регистра, информационный вход которого соединен с выходом разрядов третьего регистра, о т л и ч а ю, щ е е с я тем, что, с целью расширения класса решаемых задач за счет возможности дополнительного вычисления обратной величины квадратного корня из числа, в него введены" .пятый и вестой регистры и три элемента И, причем третий и чет" вертый. выходы блока управления соединены соответственно с третьим и чет" вертым входами блока анализа, первый выход которого соединен с первым входом первого элемента И, второй вход

„„SU„„1024914 А

1024914 мента И и триггер, причем первый и второй входы блока соединены с, .первым и вторым входами схемы сравнения, прямой и инверсный выходы которой соединены с. первыми входами первого и второго. элементов И, вторые входы кото. рых соединены с третьим входом блока, четвертый вход которого соединен с первыми входами .третьего и четвертого элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго элементов И, выходы третьего и четвертого элементов И соединены соответственно с первым и вторым выходами блока анализа.

Изобретение относится,к вычисли" тельной технике и может быть использовано для аппаратной реализации one" рации вычисления квадратного корня и его обратной величины в вычисли . 5 тельных и управляющих системах, в устройствах автоматики, телемеханики, контроля и т.д.

Известно устройство для извлечения квадратного корня, содержащее два 10 сумматора, .три регистра, схему сравнения и блок управления (,1 j., Недостатком этого устройства является невозможность получения обратной величины квадратного корня, низкие 15 функциональные воэможности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для вычисления элементарных функций, содержащее четыре сумматора- 20 вычитателя, четыре регистра, блок памяти, блок анализа знака и блок управ- ления, причем выходы трех сумматоров" вычитателей соединены через соответствующие регистры со своими входами, 25 вторые выходы первого и второго регистров соединены с первым и вторым входами блока анализа, второй выход третьего регистра соединен с входом четвертого регистра, первый выход блока управления соединен с управляю-. щими входами nepeoro-третьего регистров, второй выход - с.управляющим выход счетчика соединен с входом дешифратора-шифратора, первый выход ко-, торого соединен с входом установки счетчика и входом останова генератора импульсов, второй и третий выходы де" шифратора-шифратора соединены соответственно с первым входом триггера и вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом триггера, выходы первого элемента И, второго элемента ИЛИ, первого элемента ИЛИ, прямой выход триггера и вход запуска блока соединены соответственно с первого по пятый выходами блока управления.

,3. Устройство по и,1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок анализа содержит схему сравнения, четыре эле2 входом четвертого регистра. Это устройство предназначено для вычисления либо квадратного корня, либо квадрата аргумента 2) . Однако известное устройство не предназначено Для одновременного вычисления квадратного корня и его обратной величины, т.е.. ограниченные функциональные возможности.

Цель изобретения - расширение класса решаемых задач за счет возможности дополнительного вычисления обратной величины квадратного корня из числа.

Йоставленная цель достигается тем, что в устройство для вычисления элементарных функций, содержащее три сум" матора, четыре регистра, блок анализа и блок управления, первый выход которого соединен с тактовыми входами

nepaoro, второго и третьего регистров, выходы младших разрядов которых соединены с первыми входами соответствующих сумматоров, выходы которых соединены с информационными входами соответствующих регйстров, выходы разрядов nepaoro и второго регистров соединены соответственно с первым и вторым входами блока анализа, второй выход блока управления соединен с уп" равляющим входом четвертого регистра, информационный вход которого соединен с выходом разрядов третьего регистра, введены пятый и шестой регистры и

3 1О249 .три элемента И, причем третий и четвертый выходы блока управления соеди. нены соответственно с третьим и чет" вертым входами блока анализа, первый выход которого соединен с первым вхо- g дом первого элемента И, второй вход и восход которого соединены соответствен но с выходом пятого регистра и вторым, входом первого сумматора, управляющий вход и информационный вход пятого10 регистра соединены соответственно с вторым выходом блока управления и eb> ходом разрядов первого регистра, вход установки которого соединен с пятым выходом блока управления и входом ус- >S тановки третьего регистра, второй выход блока управления соединен с управляющим входом шестого регистра, информационный вход и выход которого соеди. иены соответственно с выхОдами разря" 20 дом второго регистра и первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен-с четвертым выходом блока анализа и первым входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом четвертого регистра, выходы второго и третьего элементов И соединены с вторыми входами соответствующих сумматоров.

Кроме того, блок управления содер- 30 жит генератор импульсов, элемент за" держки,,счетчик, дешифратор-шифратор, триггер, два элемента И и два элемен" та ИЛИ, причем вход запуска блока соединен с. первым входом первого эле-3 мента. ИЛИ и через элемент задержки с входом запуска генератора импульсов, выход которого соединен со счетным входом счетчика и первыми входами пер. вого и второго элементов, И, вторые входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера, выходы первого и второго элементов И соединены с входами второго элемента ИЛИ, выход советчика соединен с входом дешифратора-шифратора, первый выход которого соединен с входом установки счетчика и входом останова генератора импульсов, второй и третий выходы дешифратора-шифратора соединены соответственно с первым входом триггера и вторым входом пер" вого элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом триггера, выходы первого элемента И, второго элемента ИЛИ, первого элемента ИЛИ, прямой выход триггера и вход запуска блока соединены соответственно с первого по пятый выходами блока управ14 4 пения. При этом. блок анализа содержит схему сравнения, четыре элемента И и триггер, причем первый и второй входы блока соединены с первым и вторым входами схемы сравнения, прямой и инверсный выходы которой соединены с первыми входами первого и второго эле. ментов. И, вторые входы которых соединены с третьим входом блока, четвертый вход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера,, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго элементов И, выходы третьего и четвертого элементов И соединеыы соответствен но с.первым и вторым выходами блока анализа, На фиг.I изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - c ðóêòóðíàÿ схема блока анализа; на фиг.3 - структурная схема блока управления.

Устройство для вычисления эле" ментарных функций содержит сумматоры .l-3, регистры 4-9, блок 10 анализа, элементы И 11"13, блок 14 управления, входы 15 и 16 и выходы 17"19 устройст,ва.

Блок 10 анализа (фиг.2) содержит схему 20 сравнения, триггер 21, элементы И 22-25, входы 26-29 и выходы

30 и 31.

Блок 14 управления (фиг.3) содер" же генератор 32 импульсов, работающий в старт-стопном режиме, счетчик

33, дешифратор-шифратор 34, триггер

35, элементы И 36 и 37, элементы ИЛИ

38 и 39, элемент 40 задержки, вход

41 запуска и -выходы 42-46.

Вычисление квадратного корня и его обратной величины производится по алгоритму, содержащему разностные рекуррентные соотношения

Х =х, Х =Х -Х-а 1>" „я. о 1 1+ 1 Х

-(5+1)

3 - =М)+ф) 9 2. > >3„,- -(Х

1 яиц.Х оэр z> x>, где )=О;....,и - порядковый номер итерации;

n - число разрядов аргумента х;

10249

° -1!

К„=1 (1+1 1 ) - коэффициент коррекции (9+ )

Ро результата.

Соотношение Z. реализуется в сумматоре 1 и регистрах 4 и 8, соотнаше" ние х - в сумматоре 2 и регистрах 5

3 и 9, соотношение ц - в сумматоре 3 и регистрах 7 и 9. Зйачение цифры о определяется в блоке 10 анализа. Каждое. из соотношений вычисляется после- 1в довательно в каждой итерации, причем все соотношения вычисляются одновременно.

Вычисление укаэанных функций осуществляется следующим образом. 1S

Первоначально s регистр 5 заносится по входу 15 аргумент Х и подается стартовый импульс на вход 16. Последний устанавливает в регистр 4 значение коэффициента 1/К (равное

И го

0,4195248), в регистр 6 - значение единицы. Значения в регистрах 4-6 соответственно повторяются в регистрах

7-9. По стартовому импульсу, а затем по импульсам конца итерации в блоке 10 25 анализа определяется значение цифры

g;, которое запоминается триггером 21.

Затем включается генератор 32 импульсов в блоке 14 управления, на втором выходе которого появляются в каждой эр итерации импульсы сдвига 1один импульс сдвига для первой итерации, два импульса для второй и т.д.), Содержания регистров 7-9 сдвигаются.

Затем импульс начала итерации, соот35 ветствующий последнему импульсу сдвига, переводит триггер 35 в блоке 14 управления в нулевое состояние и с первого выхода блока 14 управления пода.ются импульсы продвижения, которые

40 продвигают содержания регистров 4"6 и 7-9 на соответствующие входы сумматоров 1-3. В этот момент времени на блок 10 анализа с четвертого выхода блока 14 управления поступает импульс

45 бланка, при помощи которого значения цифр g- u дg- передаются для управления

2, элементами И 11-13. Содержания регистров 7-9 подаются на вторые входы сумматоров 1-3 при открытых элементах

И 11-13, причем одновременно могут быть открыты либо элемент И 11, либо эле" мент И 12-13. Результаты суммирования

14 6 с выходов сумматоров 1-3 передаются младшими разрядами вперед и освобождающиеся при продвижении информации старшие разряды регистров 4-6 и продвигаются к их началу (в сторону младших разрядов), Последний импульс сдвига соответствует импульсу конца итерации. Очередная j-я итерация закончена, триггер 35 в блоке 14 управления переводится в единичное состоя.ние и с второго выхода блока 14 выдается последовательность импульсов сдвига для следующей (j+1) -й итерации, После выполнения и итераций в регистрах 4-5 находится значение квадратного корня, в регистре 6 - значение его обратной величины.

Время вычисления двух .указанных функций для последовательного принципа работы (последовательные однораз-. рядные сумматоры и регистры сдвига) равно в тактах

Т = n(n+rn+ ), и (и+1 ) где в-11og uP — число дополнительных

2. защитных разрядов для компенсации погрешности усечения чисел при их сдвиге за пределы и-разрядной сетки.

Время вычисления двух указанных функций для параллельного принципа работы (параллельные сумматоры и мат.ричные сдвигатели) равно в тактах Т=

=2п.

Погрешность вычисления в общем случае при использовании дополнительных

m разрядов в регистрах устройства всегда меньше единицы последнего п-rv двоичного разряда.

По сравнению с известным предлагаемое устройство обеспечивает расширенные функциональные возможности, так как обеспечивает одновременное вычисление квадратного корня и его обратной величины.

Благодаря большому быстродействию применение предлагаемого устройства позволяет повысить производительность вычисления, особенно при большой частоте обращения к данным операциям.

1024914

1024914

Составитель А.Зорин

Редактор Г,Безвершенко ТехредМ,Тепер Корректор В.Гирняк .Заказ 4396/45 Тираж 706 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4