Устройство для возведения в степень

 

Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено для возведения в произвольную степень информационного сигнала, представленного в параллельном двоичном коде, и может быть использовано в геофизической аппаратуре для поиска и разведки газовых месторождений, а также для определения концентрации газа в различных технических средах и сооружениях. Цель изобретения - расширение класса решаемых задач за счет дополнительной возможности реализации функции Y Хт для произвольного положительного числа т. Устройство содержит генератор тактовых импульсов 1, два управляемых делителя частоты 2,3, три элемента ИЛИ 4-6, элемент задержки 7, адресный счетчик 8, генератор одиночного импульса 9, блок памяти 10, дифференцирующий элемент 11, схему сравнения 12, регистр 13, три элемента И 14-16, два триггера 17, 18 и реверсивный счетчик 19. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (()) (sl)s G 06 F 7/552

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4777317/24 (22) 03.01.90 (46) 23.06.92.. Бюл. М 23 (71) Физико-механический институт им.

Г.В. Карпенко (72) П.П;Драбич и О.П.Бухало (53) 681.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1499338, кл. G 06 F 7/552, 1987.

Авторское свидетельство СССР

K 1456953, кл. G.06 F 7/552, 1987. (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ В ,СТЕПЕНЬ (57) Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено для возведения в произвольную степень информационного сигнала, представленного в параллельном двоичном коде, и можетбыть использовано в геофизической аппаратуре для поиска и .разведки газовых месторождений, а также для определения концентрации газа в различных технических средах и сооружениях.

Цель изобретения — расширение класса решаемых задач за счет дополнительной возможности реализации функции Y = Xm для произвольного положительного числа е. Устройство содержит генератор тактовых .импульсов 1, два управляемых. делителя частоты 2, 3, три элемента ИЛИ 4-6, элемент задержки 7, адресный счетчик 8, генератор одиночного импульса 9, блок памяти 10, дифференцирующий элемент 11, схему Я сравнения 12, регистр 13, три элемента И .14-16, два триггера 17, 18 и реверсивный счетчик 19. 4 ил.

1742818

Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено для возведения в произвольную степень информационного сигнала, представленного в параллельном двоичном коде, и может быть использовано в геофизической аппаратуре для поиска и раз.ведки газовых месторождений, а также для определения концентрации газа в различных . технических средах и сооружениях.

Известное устройство, содержащее аналого-цифровой преобразователь, масштабный усилитель, источник опорного напряжения, инкрементор, пять кодоуправляемых делителей напряжения, преобразователь кодов, три суммирующих усилителя и две группы по m-2 {m — показатель степени) кодоуправляемых делителей напряжения, Однако устройство отличается сложностью технической реализации.

Известно также устройство для возведения в степень, содержащее два счетчика, регистр, два триггера, три группы элементов И, элементы И и ИЛИ, rpynny э»ементов ИЛИ, сумматор и элементы задержки. Устройство обеспечивает возведение в геометрически возрастающую степень чисел, заданных последовательным позиционным кодом или последовательностью импульсов.

Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает реализацию вычисления функции Y = X для произвольного значения m.

Наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее четыре счетчика, три элемента И, шесть элементов

ИЛИ, два элемента НЕ, два элемента запрета, два элемента задержки, тактовый генератор и механический переключатель, причем подвижный контакт переключате.ля подсоединен к шине источника постоянного напряжения, к первому неподвижному контакту переключателя подключены объединенные первый вход второго и третьего элементов И и вход предварительной запи. си второго счетчика, информационные входы которого являются входами показателя степени и подсоединены к входам третьего элемента ИЛИ, к первому входу .первого элемента И подключен выход тактового генератора, вторые входы первого и второго элементов И объединены и подключены к выходу четвертого элемента ИЛИ, входы которого подсоединены к информационным выходам первого счетчика, третий вход первого элемента И и инверсный вход первого элемента запрета объединены и подключены к выходу третьего элемента ИЛИ, прямой вход первого элемента запрета соединен с выходом второго элемента И, информационные входы первого счетчика к выходу второго элемента ИЛИ, второй вход

30 которого соединен с выходом первого элемента запрета, к второму неподвижному кон35

45

55

25 являются входами задания основания сте.— пени, входы предварительной записи первого и третьего счетчиков объединены и подключены к выходу третьего элемента И, второй вход которого объединен с первым входом первого элемента ИЛИ и через второй элемент задержки подключен в точку соединения выхода переноса первого счетчика с входом первого элемента Н Е, к выходу первого элемента И подключены объединенные первый вход второго элемента ИЛИ и вычитающий вход первого счетчика, к информационным входам второго счетчика подключены входы шестого элемента ИЛИ, выход которого соединен с прямым входом второго элемента запрета,.инверсный вход которого через. первый элемент задержки подключен в точку соединения выхода первого элемента

ИЛИ с вычитающим входом второго счетчика и входом предварительной записи четвертого счетчика, информационные входы которого подключены к выходам третьего счетчика, являющимся выходами устройства, выходы четвертого счетчика подключены . к остальным входам первого элемента ИЛИ, вход установки в "0" третьего счетчика соединен с выходом пятого элемента ИЛИ, суммирующий вход третьего счетчика подключен такту переключателя подключены первый вход пятого элемента ИЛИ, вход установки в

"0" четвертого счетчика и вход второго элемента НЕ, к выходу которого подключен суммирующий вход четвертого счетчика, вычитающий вход которого подключен к выходу первого элемента НЕ, а второй вход пятого элемента ИЛИ подключен к выходу второго элемента запрета.

Однако устройство обеспечивает возведение двоичных чисел в целую степень и не обеспечивает реализацию функции Y = X для произвольного положительного числа

m. Кроме того оно отличается низким быстродействием.

Целью изобретения является расширение класса решаемых задач за счет дополнительной возможности реализации функции Y =. Х для произвольного положительного числа е.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для возведения в степень, содержащее генератор тактовых импульсов, адресный и реверсивный счетчики, элемент задержки, с первого по третий элементы И и ИЛИ, причем выход генератора тактовых . импульсов соединен с первым входом второго элемента И, тактовый вход и вход установки в ноль адресного счетчика соединены

1742818

20 товым входом первого триггера и через диф- -25

35

45

50 гистра является выходом устройства.. -55 с выходами первого и второго элементов

ИЛИ соответственно, дополнительно введены генератор одиночного импульса, блок памяти, первый и второй управляемые делители частоты. схема. сравнения; регистр, дифференцирующий элемент и первый и второй триггеры, причем тактовые входы первого и второго управляемых делителей частоты объединены и подключены к выходу генератора тактовых импульсов, управляющие входы соединены с входами задания показателя степени устройства, а выходы подключены к первому и второму входам первого элемента ИЛИ, выход которого через элемент задержки соединен со стробирующим входом схемы сравнения, первый информационный вход которой соединен с информационным входом устройства, а второй информационный вход — объединен с информационным входом регистра и подключен к выходу блока памяти, адресный вход которого соединен с выходом адресного счетчика, выход генератора одиночного импульса соединен непосредственно с такференцирующий элемент — с первыми входами второго. и третьего элементов ИЛИ и входами установки в "0" регистра и реверсивного счетчика, выход схемы сравнения соединен с первым входом первого элемен, та И, второй вход которого объединен с вторым входом второго элемента И и подключен к прямому выходу первого триггера, инверсный выход которого соединен с входом установки в "0" первого уп равляемого делителя частоты и с тактовым входом второго триггера, вход установки в "0" которого подключен к выходу третьего элемента

-ИЛИ, второй вход которого объединен с синхронизирующим входом регистра и подключен к выходу переполнения реверсивного счетчика, суммирующий и вычитающий входы которого соединены с выходами соответственно второго и третьего элементов

И, первый и второй входы последнего из которых подключены соответственно к прямому выходу второго триггера и выходу генератора тактовых импульсов, инверсный выход второго триггера соединен с входом установки в "0" второго управляемого делителя частоты, выход первого элемента И соединен с вторым входом второго элемента

ИЛИ,, выход которого подключен к входу установки в "0" первого триггера, выход реНа фиг.1 представлена функциональная схема устройства для возведения в степень; на фиг.2 — эпюры импульсов напряжения, поясняющие работу устройства: на фиг.3— генератор одиночного импульса; на фиг.4—

15 диаграммы, иллюстрирующие работу генератора.

Устройство для возведения в степень состоит из генератора 1 тактовых импульсов, первого 2 и второго 3 управляемых делителей частоты, первого 4, второго 5 и третьего 6 элементов ИЛИ, элемента 7 задержки, адресного счетчика 8, генератора 9 одиночного импульса, блока 10 памяти, дифференцирующего элемента. 11, схемы 12 сравнения, регистра 13, первого 14, второго

15 и третьего 16 элементов И, первого 17 и второго 18 триггеров и реверсивного счетчика 19. Кроме того, обозначены вход 20 устройства, входы 21 и 22 задания показателя степени, выход 23 устройства, выход 24 генератора 9 одиночного импульса, К выходу генератора 1 тактовых импульсов подсоединены объединенные тактовые входы первого 2 и второго 3 управляемых делителей частоты и вторые входы второго

15 и третьего 16 элементов И. Входы управления делителей 2 и 3 частоты являются входами задания показателя степени. Выходы первого 2 и второго 3 делителей частоты подключены к входам первого элемента

ИЛИ 4. К выходу этого элемента подсоединены тактовый вход адресного счетчика 8 и через элемент 7 задержки, стробирующий вход схемы 12 сравнения. К выходу генератора 9 одиночного импульса подсоединен тактовый вход первого триггера 17 и вход дифференцирующего элемента 11, к выходу которого подключены объединенные первые входы второго 5 и третьего 6 элементов

ИЛИ и входы установки в "0" регистра 13 и реверсивного счетчика 19. К выходам адресного счетчика 8 подключены адресные входы постоянного блока 10 памяти, к выходам которого подсоединены объединенные информационные входы схемы 12 сравнения и информационные входы регистра 13. Вторые информационные входы схемы сравнения являются входами устройства. Выход схемы 12 сравнения соединен с первым входом первого элемента И 14, второй вход которого объединен с первым входом второго элемента И 15 и подключен к прямому выходу первого триггера 17. К выходу первого элемента И 14 подключен второй вход второго элемента ИЛИ 5, выход которого соединен с входами установки в "0" адресного счетчика 8 и первого триггера 17. Объединенные входы установки в "0" второго управляемого делителя 3 частоты подключены к инверсному выходу второго триггера

18. Вход установки в "0" первого управляемого делителя 2 частоты объединен с тактовым входом второго триггера 18 и соединен с инверсным выходом первого триггера 17, 1742818

К прямому выходу триггера 18 подключен первый вход третьего элемента И. Выходы второго 15 и третьего 16 элементов И соединены с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 19, выход переполнения которого соединен с объединенными входом синхронизации регистра

13 и вторым входом элемента ИЛИ 6, к выходу которого подключен вход установки в

"О" второго триггера 18, а выходы регистра

13 являются входами устройства.

Устройство реализует функцию типа

Y= X, где m — показатель степени;

X и У вЂ” входное и выходное двоичные числа, и работает следующим образом, В блоке 10 памяти записаны 2 значений

1 экспоненты, причем нулевому адресу соответствует максимальное значение экспоненты. Генератор 1 вырабатывает на своем выходе последовательность прямоугольных импульсов частотой fo.

Пусть на выходе генератора 9 появляется импульс напряжения (фиг.2а). Выделенный с помощью дифференцирующего элемента 11 передний (отрицательный) фронт импульса напряжеия с выхода генератора 9 в виде короткого (несколько микросекунд) положительного импульса (диаграмма б, фиг.2) поступает через элементы ИЛИ 5 и 6 на входы установки в "О" триггеров 17 и 18 и адресного счетчика 8.

Импульс с выхода дифференцирующего элемента 11 подается также на входы установки в "0" регистра 13 и реверсивного счетчика 19. При этом триггеры 1? и 18, регистр

13 и адресный и реверсивный счетчики обнуляются. Появившимися на инверсных выходах триггеров 17 и 18 положительными потенциалами обнуляются делители 2 и 3 частоты и блокируются по тактовым входам на время присутствия на их входах установки в "О" положительных потенциалов.

Задним положительным фронтом импульса с выхода генератора 9 триггер 17 переводится в состояние логической единицы и на его инверсном выходе образуется потенциал логического нуля, снимающий блокировку с делителя 2 частоты. На выходе последнего появляются импульсы с частотой fpk1 (к1 — коэффициент деления частоты делителем 2), которые поступают через элемент ИЛИ на тактовый вход адресного счетчика 8.

Задержанные с помощью элемента 7 задержки импульсы с выхода элемента ИЛИ

4 подаются также на стробирующий вход схемы 12 сравнения.

10 где% В С(0. Im — номер адреса;

i — максимальный адрес, по которому в блоке 10 памяти записано минимальное

15 а к1 значение экспоненты Nmü; ивЂ

f0tn N

Nmin

В момент, когда значение этой экспоненты станет равным двоичному коду Мвх

20 входного сигнала, на выходе схемы 12 сравнения появляется положительный импульс (диаграмма а, фиг.2), поступающий на один из входов элемента И 14. На втором входе этого элемента в это время присутствует

25 положительный потенциал с прямого выхода триггера 17, разрешающий прохождение импульса с выхода схемы 12 сравнения на второй вход элемента ИЛИ 5, Появившийся на выходе этого элемента положительный импульс (диаграмма ж, фиг,2) обнуляет адресный счетчик 8 и триггер 17. На прямом и инверсном выходах триггера 17 формируются положительный и отрицательный импульсы (диаграмма в и r, фиг.2) длительностью

Под действием импульсов с выхода элемента ИЛИ 4 на выходах счетчика 8 формируются сигналы в порядке возрастания адреса для блока 10 памяти и на его выходе формируются в двоичном коде значения затухающей цифровой экспоненты (диаграмма д, фиг.2) N1=exP(— — ) =eXP(— — ), С Ik1 1 оТ1

Q> = т11n — In

1 1тИ 1

Мех „1 Мвх

Nmin

Положительный импульс с прямого выхода триггера 17 поступает на один из входов элемента И 15 и через последний на протяжении интервала С4 поступают на суммирующий вход счетчика 19 импульсы частотой fo с выхода тактового генератора 1, т.е, за время 64 в счетчике 19 зарегистрировано 4 64 импульсов.

Задним положительным фронтом импульса напряжения с инверсного выхода триггера 17 переводится в единичное состояние триггер 18, формируя при этом на своем прямом выходе передний фронт положительного импульса напряжения Q, (диаграмма з; фиг,2). Образовавшийся на инверсном выходе триггера 18 потенциал логического ноля (диаграмма и, фиг.2) снимает блокировку с делителя 3 частоты и на выходе последнего появляются импульсы напряжения с частотой fok2 (k2 — коэффициент деления часто10

1742818

Формула изобретения

Устройство для возведения в степень, содержащее генератор тактовых импульсов, адресный и реверсивный счетчики, элемент

40 задержки, с первого по третий элементы И и ИЛИ, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом второго элемента И, тактовый вход и вход установки в "0" адресного счетчика соединены с

45 выходами первого и второго элементов ИЛИ соответственно, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения класса решаемых задач за счет дополнительной возможности реализации функции Y - =X для произволь50 ного положительного числа m, в него введены генератор одиночного импульса, блок памяти, первый и второй управляемыеделители частоты, схема сравнения, регистр, дифференцирующий элемент и первый и

55 второй триггеры, причем тактовые входы первого и второго управляемых делителей частоты объединены и подключены к выходу генератора тактовых импульсов, управляющие входы — соединены с входами задания ты делителем 3), которые поступают через элемент ИЛИ 4 на тактовый вход адресного счетчика 8. Под действием импульсов с выхода элемента ИЛИ 4 на выходах счетчика 8 вновь формируются в порядке возрастания адреса для блока 10 памяти, что приводит к появлению на выходе последнего экспоненты

N2 =ехр(- — ) =ехр(- — ), 1 1 2

4 тг где тг — „(диаграмма к, фиг.2).

Im "2 то Iп

NmIn

Одновременно, под действием положительного потенциала с прямого выхода триггера 18, элемент 16 начинает пропускать на вычитающий вход счетчика 19 импульсы с выхода генератора 1. В момент перехода содер имого счетчика 19 через нулевое значени на его выходе переполнения появляется и нциал логической единицы (диаграммы л м, фиг.2), триггер 18 установится в исходное состояние, а в регистр 13 записывается число

Imk110 „„

Мвх о 1п

1 1т! п

4 1п 1 1

1 йт@

1(1

=ехр(— — In ) .

1 2 Мвх

Nx= exp(— ) =exp (Q тг

Поскольку е " = A, то

1( й„=() k> xk>

Мвх

Таким образом на выходе предлагаемого устройства формируется число Nx при произвольных соотношениях коэффициентов k1 и k2.

Генератор 9 одиночного импульса (фиг,3) состоит из кнопочного переключателя. 24, резисторов 26 и 27 и триггера 28.

Кроме того, обозначены шины 23 и 25потенциала логической единицы и нулевого потенциала соответственно. Приведенный генератор может быть реализован на микросхемах серии К176 и К561. При использовании триггеров серии К155, К133 и т.п., резисторы 26 и 27 должны быть подключены к шине потенциала логической единицы, а на клемму 23 должен быть подан потенциал логического нуля.

Принцип действия генератора (фиг.З) поясняется диаграммами (фиг.4), где диаг5

25 раммы а и б иллюстрируют импульсы напряжения (дребезг контактов) на R- u S-входах триггера 28, а диаграмма в — на выходе последнегоо.

Если в качестве генератора 9 использовать мультивибратор, формирующий непрерывную последовательность отрицательных импульсов с паузами между ними большими

2 64П, то предлагаемое устройство работает в автоматическом режиме.

Поскольку предлагаемое устройство обеспечивает реализацию функции Y = Х при произвольных значениях показателя степени m, то оно обладает более широкими функциональными возможностями.

Отличительные признаки предлагаемого устройства дают возможность использо.вать его в портативной геофизической аппаратуре для выявления газовых месторождений и определения концентрации газа в шахтах, скважинах и т.п., так как последняя при использовании в качестве первичного датчика полупроводниковых элементов определяется из соотношения где R> — сопротивление датчика при отсутствии газа в воздухе;

Rx — сопротивление датчика при наличии газа в воздухе;

P — показатель степени, лежащий в пределах 1,5 — 3,5,.

1742818

12 ир а

Фщ", Э

Г

3. Фиг. Ф

Составитель П.Драбуч

Техред М.Моргентал

Редактор Н.Бобкова

Корректор Н.Kopor,ь

Заказ 2286. Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 показателя степени устройства, а выходы подключены к первому и второму входам первого элемента ИЛИ, выход которого через элемент задержки соединен со стробирующим входом схемы сравнения, первый информационный вход которой соединен с информационным входом устройства, а второй информационный вход объединен с информационным входом регистра и подключен к выходу блока памяти, адресный вход которого соединен с выходом адресного счетчика, выход генератора одиночного импульса. соединен непосредственно с тактовым входом первого триггера и через дифференцирующий элемент с первыми входами второго и третьего элементов

ИЛИ и входами установки в "0" регистра и реверсивного счетчика, выход схемы сравнения соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого объединен с вторым входом второго элемента И и подключен к прямому выходу первого триггера, инверсный выход которого соединен с входом установки в "0" первого управляемого делителя частоты и с тактовым входом второго триггера, вход установки в "0" кото5 рого подключен к выходу третьего элемента

ИЛИ, второй вход которого объединен с синхронизирующим.входом регистра и подключен к выходу переполнения реверсивного счетчика, суммирующий и вычитающий

10 входы которого соединены с выходами соответственно второго и третьего элементов И, первый и второй входы последнего из которых подключены соответственно к прямому выходу второго триггера и выходу генерато-15 ра тактовых импульсов, инверсный выход второго триггера соединен с входом установки в "0" второго управляемого делителя частоты, выход первого элемента И соединен с вторым входом второго элемента

20 ИЛИ, выход которого подключен к входу установки в "0" первого триггера, выход регистра является выходом устройства.