Конвейерное устройство для вычисления гиперболических функций

 

1.КОНВЕЙЕРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ГИПЕРБОЛИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ, Содержащее три входных регистра, три сумматора-вычитателя и блок синхронизации причем выходы первого, второго и третьего входных регистров соединены с первыми информационными . входами сортветственно первого, второго и третьего сумматоров-вычитателей , отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия при обработке массива чисел, в него введены. ( 2п-1) блоков вычйсления итераций {где п - разрядность аргумента ) , причем информационные входы входных регистров Соединены с входами установки начальных условий устройства, управляющие входы входных регистров соединены с выходсял блока синхронизации и тактовьами вхот дами блоков вычисления Итераций, выходы первого и второго входных регистров соединены с вторыми информационными входами соответственно первого и второго сумматоров-вычитателей , прямой выход знакового разряда третьего звходного регистра соединен с управляющими входами первого и .второго сумматоров-вычитателей, второй информационный и управляющий входы третьего, сумматора-вычитателя . соединены соответственно с входом кон станты устройства и инверсным выходом знакового разряда третьего входного регистра, выходы первого, второго и третьего сумматоров-вычитателей соединены соответственно с первым, вторым и третьим информационными входами первого блок.а вычисления итера:ций, выходы с первого по третий i-ro 4i 1,2,..., 2n-2) блока вычисления итераций соединены i соответственно с первого по тр,етий информационными входами (i + 1)-го блока вычисления . 2. Устройство по п. 1, о т Л .ич а ю щ е е с я тем, что блок в1ычислейия итераций содержит три регистра и три су л«атора-вычитателя, первые 2 информационные входы соединены с выходами соответствующих регистров , информационные входы которых соединены с соответствующивш информационныЕми входами, блока, тактовый вход которого соединен с управляюишми входами регистров, stoiopn первого и второго регистров соединены с вторыми инфсчэмационными входами соответственно второго и первого сумматоров-вычитателей , управляпоцие входы Koto{« iX соединены с прямым выходом знакового разряда третьего регистра , инверсный выход знакового разряда которого соединен с управляющим входом третьего сумматоравычитателя , второй информационный вход которого соединен с входом константы блока.

СОКИ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК зар G 06 F 7 548

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕИНЫЙ НОМИТЕТ СССР

hO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3416266/18-.24 (2 2) 23.12,81 (46) 30. 06 .83. Бюл. Р 24 (72)A. A. Мельник (53) 681. 325 (088. 8) (56)1. Авторское свидетельство СССР

9 732837, кл. G 06 F 1/02, 1980.

2. Смолов В,. Б., Байков В. Д.

"Перспективные направления использования метода вычислений. "Цифра за цифрой" в микропрограммных процессорах. - "Известия вузов", "Приборостроение",. 1978, т. 21, 9 5, с 46-53 (прототип). (54)(57)i.ÊÎÍÂÅÈÅÐÍOE УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ВЫЧИСЛЕНИЯ ГИПЕРБОЛИЧЕСКИХ ФУНКЦИИ, содержащее три входных регистра, три сумматора-.вычитателя и блок синхронизации причем выходы первого, второго и третьего входных регистров соединены с первыми информационными входами соответственно первого, вто..рого и третьего сумматоров-вычитателей, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия при обработке массива чисел, в него введены (2п-1) блоков вычйсления итераций (где и — разрядность аргумента), причем информационные входы входных регистров соединены с входами установки начальных условий устройства, управляющие входы входных регистров соединены с выходом блока синхронизации н тактовыми вхо-. дами блоков вычисления итераций, вы-. ходы первого и второго входных регистров соединены с вторыми информационными входами соответственно первого и второго сумматоров-вычитателей, прямой выход знакового разряда

„„SU„„ 1026141 A третьего входного регистра соединен с.управляющими входами первого и ,второго сумматоров-вычитателей, второй информационный и управляющий входы третьего сумматора«вычитателя соединены соответственно с входом константы устройства и инверсным выходом знакового разряда третьего входного регистра, выходы первого," второго и третьего сумматоров-вычитателей соединены соответственно с первым, вторым и третьим информационными входами первого блока вычисления итераций, выходы с первого

rio третий i-ro (i .= 1:,2,..., 2n-2) блока вычисления итераций соединены соответственно с.первого по третий Fg информационными входами .Li + if-ro блока вычисленйя итераций.

2. устройство по п. 1, о т л .ич а ю щ е.е с я тем, что блок вычис

-ления итераций содержит три регистра и три сумматора-вычитателя, первые Я информационные входы которых соединены с выходами соответствующих реги-. стров, информационные входы которых соединены с соответствующими информационными входами блока, тактовый вход которого соединен с.управляющими входамн регистров., в яходы первого и второго регистров. соединены с вторыми информационными входами соответственно второго и первого сумматоров-вычитателей, управляющие входы которых соединены с прямым вы-. ходом знакового разряда третьего регистра, инверсный выход знакового разряда которого соединен с управляющим входом третьего сумматбравычитателя,.второй информационный вход которого соединен с входом кон.станты блока.

1026141

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в специализированных вычислительных системах высокой производительности для. вычисления гиперболических функций.

В задачах, связанных с цифровой обработкой физической, навигационной и другой информации, требуется выполнить операции вычисления гиперболических Функций над массивами чисел. Вычислять данные функции необходимо также при управлении роботамиманипуляторами от ЭВМ. Причем в системах реального времени требования и скорости выполнения данных операций 15 очень высоки °

Известен цифровой генератор гиперболических функций, содержащий генера- тор тактовых импульсов, элемент запрета, делитель частоты аргумента, счет-20 чик аргумента, делитель частоты участков аппроксимации, элемент задержки, счетчик участков аппроксимации, счетчик результата, регистр, два управляемых делителя частотыp блок (1 ), . 25

Устройство относится к классу устройств на пересчетных схемах, которые имеют простую структуру, однако обладают низкой производительностью.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее четыре регистра, три сумматора-вычитателя, два блока сдвига, постоянное запоминающее устройство (П3У), счетчик адреса ПЗУ, блок микропрограммного управления.

Устройство аппаратно реализует операции вычисления ФункцийМи сЬЧ. Его быстродействие при вычислении данных функций не превышает времени

2,5 п см1 40 где n — разрядность обрабатываемых операндов, время суммирования двух чисм сел на сумматоре.

При реализации этого устройства 45 необходим блок памяти для хранения

2 констант, а также микропрограмм блока микропрограммного управления (2).

Недостатком устройства является

50 низкое быстродействие и большие объемы дорогостоящих блоков памяти для хранения констант и микропрограмм.

Цель изобретения — повышение бы55 .стродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в конвейерное устройство для вычисления гиперболических функций, содержащее три входных регистра, три сумматора-вычитателя и блок синхро- 60 низации, причем выход первого регистра соединен с первым информационным входом первого сумматора-вычитателя, выход второго входного регистра соединен с первый информа- 65 ционным входом второго сумматора-вычитателя, выход третьего входного ре.— гистра соединен с первым входом третьего сумматора-вычитателя, дополнительно введены .. (2п-1) блоков вычисления итераций (rge и — разрядность аргумента>, причем информационные входы входных регистров сое-. динены с входами установки начальных условий устройства, управляющие входы входных регистров соединены с выходом блок синхронизации и тактовыми входами блоков вычисления итераций, выходы первого и второго входных регистров соединены со вторыми информационными входами соответственно первого. и второго сумматоров-вычитателей, прямой выход знакового разряда третьего входного регистра соединен с управляющими входами первого и второго сумматоров-вычитателей, второй информационный и управляющий входы третьего сумматора-вычитателя соединены соответственно с. входом константы устройства и инверсным выходом знако- вого разряда третьего входного .регистра, выходы первого, второго и третьего сумматоров-вычитателей соединены соответственно с первым, вторым, и третьим информационными входами первого блока вычисления итераций, выходы с первого по третий

i-ro (i=1,2,..., 2п-2) блока вычисления итераций соединены соответственно с первого по третий информационными входами (i + 1)-го блока вычисления итераций, причем каждый блок вычисления итераций содержит,три регистра и три сумматора-вычитателя, первые информационные входы которых соединены с выходами соответствующих регистров, информационные входы которых соединены с соответствующими информационными входами блока, тактовый вход которого соединен с управляющими входами регистров, выходы первого й. второго регистров соединены со вторыми информационными sxo-дами соответственно второго и первого сумматоров-вычитателей, управляющие входы которых соединены с прямым выходом знакового разряда третьего регистра, инверсный выход знакового разряда которого соединен с управляющим входом третьего сумматора-вычитателя, второй информационный вход которого соединен с входом константы блока.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, на фиг. 2 — схема блока управления.

Конвейерное устройство для вычисления функций94У и сh %содержит и блоков 1 вычисления итерации, блок 2 синхронизации, входы 3 и 4 блока, выход 5 блока синхронизации. Каждый блок 1 вычисления итерации содержит

1026141

10.15 где 1t< 1 < если 1 четное, К

6 ((1i1) J2. если 1 нечетное, которые при начальных значениях х

О, фо = дают после 2 и итерацйй х 1 = с,у,1 = ч Ч. эдесь коэффициент Хо, называемый коэффициентом деформации гиперболического вектора, определяется из соотношения

Устройство работает следующим образом. В первом блоке 1 производится выВ пеРвом такте в регистр 6 блока .полнение первой итерации над вторым

1 записывается константа 4, регистр операндом, аналогичное в по анало ичное выполнение

7 сбрасывается. в "0", а в регистр 8 в первом такте над первым р д

30 в one ан ом поступает значение операнда 9 в форме а во втором блоке 1 выпо ом блоке 1 выполняется втос фиксированной запятой. Если 1 т 0, рая итерация над первым операндом.

В етьем такте результаты вычис1 регистра 8 равен нулю. Сигналы, и

35 лени, получе ступающие с прямого выхода знаково о 35 " "",,„ s, етий блок 1 а Реразряда. Регистра 8 на управляющие зультаты перв вход" сУ "атоРОВ-вычитателей 9 и 10 "В,„ р 8 первого блока 1 порой.

H c HHBePcHoro wxoPa 3Ha o oro P и д В ступает т ети

РЯда РегистРа 8 на УпРавлЯющий вход сум б 1 лняется. первая итерация матора-вычитателя 11 соответственно, 0

4л локе вып определЯют выполнЯемую на соответ- - Р я на в ран ствующем сумматоре-вычитателе опера

° и а управляющий вход, сумматора-вычитате- 1 л ля. Равен логическо у нулю. Вы- 45 таты с Регистр в 6 и 7 поступают сополняется операция сложения, а если логической единице — вычитание. Та-, 10. 9 и н д а разряда ким обРазом, на сУмматоРах-вычитате- ав а тор входе с мматоралях 9 и 10 будет выполняться операция . 11 нт н способом ф р сложения, а на сумматоре-вычитателе 50 е H „ н а Rrth2 а

11 — вычитание.

В дальнейшем результаты предыду- " рих блоков поступают в последующие вый РазРЯд РегистРа 8 Равен 1. В этом б ки а в ерв и блок поступает нослучае сигнал иэ знакового разряда вый операнд, и т.д., причем в каждом

РегистРа 8, поступая на управляющие 55 е е и л, н бло„е вхоДы сумматоров-ВычитатЕлей ОпРеДе- точи результаты из регистлит, что на сумматорах-вычитателях ров 6 и, 7 поступают соответственно

9 и 10 должно производиться вычитание, а на сумматоре-вычитателе 11 — сл ж— о е- на су ние. б0 шим, чем в предыдущих двух блоках, з м на с мматоре-вычи-. а в выражениях логарифмических аркТаким образом, на сумматорее по аются монтажтателе ор

9 ф мируется значение х, рав- тангенсов, которые под

1 на вто е входы сумманое сумме или разности, в зависимо- ным способом а Ры сти от знака „, между содержимым торов-вычитателей 11, степень двойки регистра 6 и сдвинутым на один раэряд65. возрастает на единицу. входные регистры 6-8 и сумматоры-вычитатели 9-11.

Блок 2 синхронизации содержит триггер 12, генератор 13 импульсов, элемент 14 И, счетчик 15 и элемент 16

ИЛИ-НЕ. 5

Алгоритм вычисления функций6ЪЧ и

-4gorrHcvaaeTcH следующими итерационными формулами вправо содержимым регистра 7, а на сумматоре-вычитателе 10 формируется значение Ч1, равное сумме или разности между содержимым регистра 8 и сдвинутьэ1 на один разряд вправо содержимым регистра 6. Данный сдвиг осуществляется путем соединения выходов i-го разряда регистра (i

1,2,..., n) с (i + 1)-м разрядом сумматора-вычитателя. На сумматоревычитателе 11 производится вычитание или сложение, в зависимости от знака 1, иэ содержимОго регистра 8 константы arth2 1, формируемой на входе сумматора-вычитателя 11 путем подачи в его соответствующие разряды значения логического нуля или единицы, т.е. на сумматоре-вычитателе 11 формируется значение

Во втором такте производится запись результатов вычислений первого блока 1 во второй:Чранись полученных на сумматорах-вычитателях 9-11 первого блока 1 в регистры 6-8 второго блока 1 соответственно. Одновременно в регистр 8 первого блока 1 поступает значение второго операнда.

102б141

В 2 и-м такте на выходных сумматорах-вычитателях 9.и 10 2 п-ro блока 1 получаются первые результаты вычислений, на сумматоре»вычитателе

9 "СИ, а на. сумматоре-вычитателе

10 Ì× . Результаты вычисления .от пер- 5 вого операнда массива чисел будут получены через 2 и тактов, а от каждого пжледующего операнда массивачерез один такт.

Тактовые импульсы, управляющие работой устройства, генерирует. блок

2 синхронизации, который работает следующим образом. . Перед началом обработки массива чйсел в счетчик 15 по входу 4 посту- 15 .пает число, равное длине обрабаты.ваемого массива. По входу 3 на триггер 12 поступает сигнал пуска, который. Устанавливает его в состояние "1" и сигнал с выхода триггера разрешает 20 прохрждение импульсов через элемент

14 И из.генератора 13 импульсов. С выхода элемента 14 И тактовые импульсы поступают на регистры устройства по выходу 5, а также на счетчик 15.

С поступлением каждого импульса в устройство информация. продвигается на одну ступень вниз, а из содержи- . мого счетчика 15 вычитается единица.

Как только содержимое счетчика станет ЗО равным нулю, т.е., массив чисел обработан, на выходе элемента 16 ИЛИ-.НЕ появляется сигнал, сбрасывающий триггер 12 в состояние "О", а сигнал с выхода этого триггера запрещает про- 35 хождение тактовых импульсов через элемент И 14 на регистры устройства. .Устройство работает по конвейер. ному принципу, поэтому в каждом так-. те в него можно вводить новый операнд, а на выходе получать новый результат 40 вычисления. При обработке массивов чисел быстродействие устройства определяется длительностью такта обработки данных, которая равна задержке в . одном блоке 1 устройства, т.е. Т = 45

, -где- сь — время сложения или вычитания двух чисел на сумматоре- . вычитателе.

По быстродействию предлагаемое устройство значительно -превосходит прототип при обработке массивов чисел. Быстродействие повышено в2,5 и раз.

Кроме того,в устройстве нет необ1 ходимости хранить константы, коли.чество которых QRBHO и, в блоках памяти, поскольку они подаются на сумматоры-вычитатели монтажным, способом, а также не нужен блок памяти для хранения, микропрограмм сложного блока микропрограммного управления, так как" управление устройством осуществляется от простого блока син«. хрониэации.

Так как в каждом нечетном и следующем за ним блоке 1.устройстэа выполняются одинаковые итераций, можно s каждом блоке 1 выполнять по две итерации,. поставив на его входе коммутаторы, подключающие входы входных регистров блока 1 или х выходам сумматоров-вычитателей предыдущего блока 1 или к выходам сумматороввычитаФ4. и данного блока 1. Тогда . устройство будет содержать и блоков

1 вычисления итерации, а его производительность будет определяться соотнсюением

2(се+ KM) где t„ - задержка информации коммутатором.

Промежуточными регистрами в устройстве можно разделять не каждый, блок вычисления итерации, а 2, 3, блоков, что;позволит. сократить затратй на оборудование, однако это уменьшит производительность.-.

Предлагаемое устройство обладает высокой однородностью структуры,.что, позволяет реализовать его в виде боль; ших интегральных схем.

1026141

ВНИИПИ Заказ 4559/60 Тираж 706 Подаисное:

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