Вычислительное устройство

 

СОЮЗ СОВЕТСКИ)(СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (S1) g О 06 J 3/00, G 06 G 7/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3886274/24-24 (22) 16.01.85 (46) 23.09.86 ° Бюл. ¹ 35 (72) В.В. Беззубцев и Е.И. Боравлева (53) 681.34(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 714925, кл. G 01 R 19/10, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 744655, кл, G 06 G 7/20, 1980. (54 ) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

-(57) Изобретение относится к области, автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для функционального преобразования цифровых и аналоговых величин. Целью изобретения является расширение класса решаемых задач. Вычислительное устройство содержит два счетчика, генератор импульсов, цифроуправляемый делитель частоты, делитель частоты, цифроаналоговый преобразователь, аналоговый блок сравнения, цифровой блок сравнения, переключатель режимов код-аналог, мультиплексор, регистр, переключатель входных аналоговых сигналов и микропрограммный автомат.

Алгоритм работы устройства определяется программой, заложенноч в микропрограммном автомате. Выбор программы работы определяется кодом программы на входе устройства. В зависимости от кода программы устройство может вычислять функции и х=1о8 а, х=а, х=а " х=а Ь, х=а/b и другие программы. 3 ил.!

25930!

Изобретение, относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для функционального преобразования цифровых и аналоговых величин.

Цель изобретения — расширение класса решаемых задач.

На фиг. 1 изображена функциональная схема вычислительного устройства; на фиг. 2 и 3 — алгоритм работы микропрограммного автомата.

Вычислительное устройство содержит первый 1 и второй 2 счетчики, генератор 3 импульсов, цифроуправляемый делитель 4 частоты, делитель 5 частоты, цифроаналоговый преобразователь 6, аналоговый блок 7 сравнения, цифровой блок 8 сравнения, переключатель, 9 режимов код-аналог, мультиплексор 10, регистр ll пере-. ключатель 12 входных аналоговых сигналов и микропрограммный автомат 13.

Устройство работает следующим образом.

Коэффициент передачи цифроуправляемого делителя 4 частоты задается кодом Б счетчика 2. Код и счетчика

1, являясь функцией времени t onpeделяется выражением

6 1 и= — dt=1 о о где f — частота генератора 3.

Код N no BpeMpHH меняется по линейному закону

N=N + — t

f (2)

rpe N, — начальный код счетчика 2;

К вЂ” коэффициент передачи делителя 5 частоты.

Знак "+" перед вторым членом в формуле (2) соответствует работе счетчика 2 в режиме сложения и знак — режиму вычитания.

Дифференцируют (2) и решают его относительно

ЙИ= 2 — dt dt= «+ — Й11.

К

К (3)

Подставив (3) в (1) получают

n=4K 1 — =+ К1п

dN N (4) д рт

f4

"о о

Устройство обеспечивает вычисление логарифма x=ln а, произведения b х=àiib частного х= — и возведение в степень ха . Выполнение вычислеb ний обеспечивается вполне определенной последовательностью логических!

О l5

20 сигналов на выходах микропрограммного автомата 13 управления.

Алгоритм работы микропрограммного автомата 13 при цифровых входах аргументов приведен на фиг. 2, Входные сигналы блока 13 обозначены символом у, выходные — символом z. Индексы при у и z совпадают с цифровым обозначением- соответствующего входа или выхода на фиг. !.

Функциональное описание входных и выходных сигналов микропрограммного автомата 13 следующее.

Установочный вход 14 задания программы работы устройства является

4-разрядной входной шиной и задает вид вычислительной операции — логарифм, умножение или деление, возведение в положительную или отрицательную степень в соответствии со следующими условиями: при ум =0001 выполняется функция x=ln а

=0010 х=а. Ъ

"f4 у =1010

ll

Ъ

f4 к=в а у„=Ol OO

tl х=а

Ь у =1100

<4 х=а

Запуск устройства осуществляется импульсом, поступающим на вход

15 микропрограммного автомата. Выс25

По выходам 23, ..., 27 блок 13 формирует короткие импульсы (Л) в моменты, укаэанные в алгоритме. При ший управляющий сигнал yf определяет режим работы устройства: 0"— работа с цифровыми аргументами; "1"— работа с аналоговыми аргументами.

Входы 17 и 18 подключены соответственно к выходам счетчика 1 и бло1 ка 7 сравнения. yfz =l(0) -„ содержимое счетчика равно (неравно) нулю; у, =1(0) — код счетчика 2 больше (меньше) кода регистра 11. Аналогично для выходных управляющих сигналов:

z,о — пуск (останов) генератора 3;

z„ =O(1) — режим сложения (вычитания) счетчика 1; к =0(1) — режим сложе- . ния (вычитания) счетчика 2.

Выход 29 является 2-разрядной двоичной шиной и поступает на адресный вход мультиплексора 10. Двоичный код на этой шине принимает три значения: 00, 01, 10. При этом z4 =, =00 — адрес входной шины Ngy,, т.е, на выход мультиплексора выдается код входной шины; z =OI — адрес счетчика 1; z =10 - адрес счетчика 2.

1259301 4 режим вычитания счетчика 1, и по (41! вновь запускается генератор.

При выполнении Г42) код счетчика

2 увеличивается или уменьшается с

5 кодовеличины в, а код счетчика 1 уменьшается с величины и<. В момент обнуления счетчика 1 генератор 3 ос— танавливается (43), при этом в зависимости от старшего разряда у<, име— ем соотношение

n =K Ln — или х, b (6) (7) (5) и! =Kin а г. =K ln х, 7 1 (10) 3 этом z (П.} — установка счетчика

z3 в исходное состояние; z (Л.) — установка счетчика 2 в исходное состояние; z (Л.) — стробирование счет— чика 1, т.е. запись в него выходного кода мультиплексора 10; z «() стробирование счетчика 2; zz (rt) стробирование регистра 11.

Кроме того, символом S обозначена логическая переменная, являющаяся внутренней для блока 13 и используемая при выполнении операции возведе— ния в степень.

Запуск устройства осуществляется подачей импульса на вход у, (29), !5 (фиг. 2). При работе с цифровыми входными величинами с выхода 28 блока 13 поступает потенциал "О", и устройство настраивается на сравнение кодов счетчика 2 и регистра !1 130) . 20

При этом обнуляются выходы z „,..., з„ микропрограммного автомата 13 (31) . Счетчики 1 и 2 устанавливаются в исходное состояние 132) . Исходным состоянием счетчика 1 является "0«, 25 т.е. 00...00, а счетчика 2 т.е, — 001, ОО...ОО

Стробируется регистр 11 (33), в который через мультиплексор 10 записывается код первого цифрового аргумента на адресном входе мультиплексора. Код 00 запускает генератор 3 !34) и счетчики 1 и 2 !35! . В момент сравнения кода 1

Если у, =000 (37), т.е. если задано вычислить ln а,то по адресной шине 22 устанавливается код 01 138), код счетчика 1 через мультиплексор

10 выдается на цифровой выход устройства 1

I T. Если же задано вычислить произведение или частное у!4 =0010 или

1010, то по алгоритму приходят к операторам (38, 39 . По первому из них P8j стробируется счетчик 2 и с входа второго цифрового аргумента

<< <

f х

< Ъ где х;, — код счетчика 2 к моменту

P3), решив (6) и (7) относительно х с учетом(5), получают

K ln а=К 1п — ; х,=аЬ; (8) К lп а=-К ln —; -. =Ь/а (8а)

Х7

По $44j код счетчика 2 выдается на выходную шину Il,<» . Поскольку

S†=, то через (48) выходят на окончание работы устройства.

TTI . Для возведения в степень после (37) выходят на (46) . Поскольку

S=0, далее следуют на (47) и на управляющем входе мультиплексора 10 ус-. танавливается по шине 2? адрес счетчика 1. Выполнив (33,...,36) как это описано в 1, вычисляют и =Кlп n,=К lп lп а, (9) где и„ вЂ” код счетчика в момент 136! при S=l.

Вновь проходят через (37) и (46), но из-3a S=l выходят на (38, 39).

По аналогии с rr к моменту j43, S=1j получают соотношения, аналогичные (6) и (7):

Х: и =-K ln—

z b

Подставив (9) в (10) и (11), получают х„=К. Ь -ln а; (12) х7 =-К.д lп а (13)

Теперь, поскольку вновь S=l проходят (49,...,52j, код х, счетчика

2 записывает "О" в счетчик 1 (50), счетчик 2 устанавливается в исходное состояние и режим сложения (51, 52).

Затем вновь проходят (40. ..43) .

Теперь по аяало"ии с (6) и (10) имеют х К 1пх<7,. (!4) где х — новое значение кода счетчика 2.

1259301

Решаем (14) с учетом (12), (13) .

КЬ-)пa=К1пх,; КЬ:1п а=-К1пх; (15)Ä

1п х, = Ь 1п а; х, =а (16)

1п х =-b 1n а; х =а (17) 5

1 C

Таким образом устройство обеспечивает вычисление логарифма, множительно-делительные операции и возведение в степень.

Рассмотрим работу устройства при 10 аналоговых входных величинах (фиг.3).

Для управления переключателем 12 используется младший разряд адресной шины 22. По выходу 28 блока 12 устанавливается потенциал "1" и блок 7 !5 настраивается на сравнение аналоговых величин переключателя I и ЦАП 6

f54) .

Алгоритм приведен на фиг. 3. По запуску блока 13 $53) счетчики 1 и 20

2 устанавливаются н исходные состояния Я и режимы сложения (56) . Переключатель 12 устанавливается в положение Ue„, $57), запускается генератор 3 импульсов 158) . С ростом кода счетчика 2 растет выходной сигнал ПАП6 (59) и при 1 wx e =Uex у(8 переходит из "О" н "1". Генератор 3 импульсов останавливается (60j . В счетчике l в этот момент имеется код 30 и!.

n,=К 1n Uex, . (18)

Если задано вычислить логарифм входной величины, т.е. у, =00,01 то код n счетчика 1 записывается . З5 н счетчик 2 (62), и на выходную клемму !1в„!„поступает сигнал

Пвв!„, -К 1п Uex (19)

Так как по шине 22 установлен адрес счетчика I òî код и,, являющий- 4{) ся цифровым эквивалентом Б ;„„ поступает на цифровой выход устройства

Ne„„, т.е. выходная величина представлена в двух видах.

Если задано вычислить произведе"вxi ние x=U „, 1!в, или частное х= — „

2 "вх то после (60, 611 приходят к (63, 64, 65). Переключатель 12 переводится н положение Ue„ C63) и к входу аналого50 ного блока ? сравнения подключается

Счетчик 2 устанавливается в исходное состояние (64) режим счетчика 1 устанавливается в соответствии со старшим разрядом у« j65j . При

5S этом в нем сохраняется код и,. Запускается генератор 3 (66) и в момент

f67) !!

440 g exp

Генератор 3 останавливается $68) в счетчике 1 зафиксируется код где знак " " определяется старшим

РазрядoM у!4 °

Счетчик 2 вновь устанавливается в исходное состояние (69),, счетчик

1 переводится в режим вычитания (70), при этом в нем сохраняется код и

Запускается генератор 3 импульсов (71j . Код счетчика 1 уменьшается (72), и при обнулении его генератор

3 останавливается (70 . В этот момент на аналоговом выходе устройства в зависимости от знания старшего разряда у,4 имеем:

Пвых !1в, Uв„ (ст. разряд у!<=0); () 1т — (ст, разряд у, =1). (22)

"вх

На цифровой выход устройства при этом выдается код счетчика 2, являющийся цифровым эквивалентом Uee!x .

Описанная последовательность выполнения вычислений не является единственной и может быть весьма разнообразна беэ изменения структуры устройства путем изменения внутренних связей блока !3 или изменением программы его работы, Очевидно также, что и объем вычислений не ограничивается приведенным. В частности, при выполнении 38, 44) или (65,..., 70) производится вычисление антилогарифма числа, занесенного в счетчик 1. Можно также выполнить множительно-делительные операции типа аЬ а с

Х= и также х= — . с Й

Можно одновременно использовать одни входные величины в аналоговой форме, другие — в цифровой. Для этого достаточно сделать изменяемым в процессе вычислений сигнал у .

Необходимую точность вычислений, особенно для цифровых величин, можно обеспечить уменьшением дискретности воспроизведения логарифмической функции (4) за счет увеличения разрядности дробной части счетчика 2.

Формулаизобретения

Вычислительное устройство, содержащее генератор импульсов, два счетчика, аналоговый блок сравнения., цифровой блок сравнения, цифроаналоговый преобразователь, переключатель

1259301

7 входных аналоговых сигналов и микропрограммный автомат, причем выход сигнала нулевого состояния первого счетчика соединен с первым входом микропрограммного автомата, выход 5 второго счетчика соединен с цифровым входом цифроаналогового преобразователя и с первым входом цифрового блока сравнения, выход цифроаналогового преобразователя соединен с первым tp входом аналогового блока сравнения, первый вход переключателя входных аналоговых сигналов соединен с входом задания первого аналогового аргумента устройства, входы начальной установки первого и второго счетчиков соединены соответственно с первым и вторым выходами микропрограммного автомата, входы установки режимов сложение — вычитание 2р первого и второго счетчиков соединены соответственно с третьим и четвертыми выходами микропрограммного автомата, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения класса 25 решаемых задач, в него введены цифроуправляемый делитель частоты, делитель частоты, регистр, мультиплексор и переключатель режимов, причем выход генератора импульсов соеди- gp нен с информационными входами делителя частоты и цифроуправляемого делителя частоты, управляющий вход которого соединен с выходами второго счетчика, выходы цифроуправляемого делителя частоты и делителя частоты соединены соответственно со счетными входами первого и второго счетчиков, первый информационный вход мультиплексора соединен с выходом 4О второго счетчика, второй информационный вход мультиплексора соединен с входом задания первого цифро8 вого аргумента устройства, третий информационный вход мультиплексора соединен с выходом первого счетчика, выход мультиплексора соединен с информационным входом регистра, информационными входами первого и второго счетчиков, цифровым выходом устройства и входом второго цифрового аргумента устройства, управляющий вход мультиплексора соединен с пятым выходом микропрограммного автомата, младший разряд пятого выхода микропрограммного автомата соединен с управляющим входом переключателя входных аналоговых сигналов, второй вход .которого соединен с входом второго аналогового аргумента устройства, а выход — с вторым входом аналогового блока сравнения, выход аналогового блока сравнения соединен с первым входом переключателя режимов, второй вход цифрового блока сравнения соединен с выходом регистра, выход цифрового блока сравнения соединен с вторым входом переключателя, управляющий вход которого соединен с шестым выходом микропрограммного автомата, седьмой, восьмой и девятый выходы которого соединены соответственно со стробирующими входами первого и второго счетчиков и регистра, выход цифроаналогового преобразователя соединен с аналоговым выходом устройства, вход задания программы работы устройства соединен с четвертым входом. микропрограммного автомата, пятый вход которого является входом пуска устройства, а десятый выход соединен с входом пуска-останова генератора импульсов, при этом вход задания режима код-аналог устройства соединен с шестым входом микропрограммного автомата.

125930!

1 25930)

Составитель Н. Фирсов

Редактор Н. Яцола Техред М.Ходанич Корректор Т.Колб

Заказ 5)24/48 Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4