Устройство для логарифмирования

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61)Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 280830 (21) 3211179/18-24 (5$ } М. Кд. з с присоединением заявки ¹

G 06 F 7/556

Государствеиный комитет

СССР по делам изобретений.и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 1509.82. Бюллетень № 34

Дата опубликования описания 150982 (S3) УДК 681. 3 (088.8) (72) Авторы изобретения

В Я Тимко и Ю М Дурасов (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛОГАРИФМИРОВАНИЯ

Изобретение относится к цифровой, вычислительной технике к может быть использовано прк построении специализированных вычислительных устройств.

Известно устройство, которое состоит иэ дешифратора характеристики и блока сдвига, содержащего группы коммутаторов, причем выходы коммутаторов одной группы соединены с первыми информационными входами одноименных коммутаторов следующей группы, а выходы коммутаторов последней группы соединены с выходными шинами мантиссы устройства. Входы управления коммутаторов определенной группы, . обьединены н соединены с определенной группой дешифратора характеристики устройства $1).

К недостаткам данного устройства следует отнести низкую точность выполнения операции отыскания двоично го логарифма числа. В частности число

01010111 имеет двоичный логарифм с точцюстью семиразрядной мантиссою

110.1010111, хотя истинное значение двоичногб лОгарифма будет равно

110.0111000, илн число 00001101 имеет двоичный логарифм на выходе устройства 011.1101000, а его истинное значение 011.1011001.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее дешифратор характеристики, формирователь приближенной мантиссы, входное и выходное переключающие устройства, индикатор-: ные устройства "0" и "1" и устройство образования нулевого и.единичного логарифма. Входное переключающее устройство связанозсвоими входами c: входной шиной устройства и с источ- . ником сигнала динамического сдвига, а выходами — с дешифратором характеристики, с информационным входом уст-, 15 ройства формирования приближенной мантиссы, а также со вкодами индика торных устройств "0" и "1". Выходы индикаторных устройств 0 к 1 соединенены со входами устройств образования нулевого к единичного логарифма.Выход дешифратора характеристики связан с управляющими входами устройства формирования приближенной .мантиссы и с выходным переключающим

25 устройством. Выходы устройства формирования приближенной мантиссы связаны со входами устройства формирова ния точкой мантиссы,, а выходы последйего соедийены с выходным переключаю30 щим устройством.Кроме того, на вхол 959072 выходного переключающего устройства подключен сигнал динамического сдвига, который также подключен к индикаторному устройству "О". Выходы выходного переключающего устройства связаны со входами устройства образова- 5 ния нулевого логарифма, выходы которого подключены ко входам устройства образования единичного логарифма, а выход устройства образования единичного логарифма связан с выходной шиной.,устройства. Принцип действия этого устройства заключается в сле дующем. Входное и выходное переклю.чающие устройства, представляющие собой в общем случае группу мультиплексоров, устанавливают требуемый динамический диапазон для измерения используя сигналы динамического сдвига. Это происходит за счет сдвига всех разрядов двоичных чисел на выходе переключающих устройств относительно разрядов входного чис-. ла. После установления динамического диапазона происходит определение наличия единицы в разрядах, превышающих этот диапазон и, если таковая имеется, то устанавливается 1 BD всех разрядах выходного двоичного логарифма, а все числа, имеющие единицу в одном из предшествующих выбранному динамическому диапазону разряда гри условии 30 наличия нулей внутри него, будут представлены нулями во всех разрядах характеристики. Обеспечение необходимой точности в выбранном динамическом диапазоне достигается путем точного $5 определения мантиссы иэ разрядов, следующих за самым старшим двоичным разрядом со значением "1", причем двоичное число, представленное этими двоичными разрядами, сопоставляется с корректирующим числом, зависящим от величины этого двоичного числа.

Корректирующее число определяют по точному значению логарифма двоичного числа которое находится между цвоич 4 ным числом, представленным последующими двоичными разрядами и двоичным числом, которое больше на единицу младшего разряда (2 ).

Недостатком этого устройства является сравнительно низкое быстродейст- 5О вие,. связанное с наличием переключающих устройств. Кроме того, устройство,характеризуется сложностью, поскольку необходимо иметь априорные данные о величине входного числа и 55 источник сигнала динамического сдвига.

Цель изобретения — повышение быстродействия и упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, 60 что в устройство, содержак(ее дешифратор характеристики, блок формирования мантиссы, блок управления, блок коррекции и сумматор, первый вход кото.рого соединен с выходами блока. коррек-65 ции, входы дешифратора характеристики соединены с входами устройства и информационными входами блока формирования мантиссы, управляющие входы которого соединены с выходами дешифратор» характеристики, введены группа элементов ИЛИ, выходы которых соединены с выходами блока коррекции и вто >ым входом сумматора, выходы дешифратора характеристики соединены с входами блока управления, причем блок формирования мантиссы содержит и групп мультиплексоров, где

n = Е (+ у (В); И - разрядность

Г И

m входного числа, m — количество инфор" мационных входов у мультиплексоров,  — дробная часть отношения М/m,3(3) =

1 при В Ф О, и y(8) = 0 при В = О, управляющие и информационные входы которых являются управляющими и информационными входами блока формирования мантиссы, коммутационные входы и выходы мультиплексоров 1 -й группы (i = 1,2,...,n) соединены соответственно с -м выходом блока управления и входами i-го элемента ИЛИ группы, выходы лешифратора характе-, ристики и сумматора являются выходами характеристики и мантиссы соответ-! ственно устройства, причем блок управления содержит два элемента НЕ и два элемента И-НЕ, причем первый вход блока управления соединен с входом первого элемента НЕ и первым входом первого элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с первым входом второго элемента И-НЕ и выходом второго элемента НЕ, вход которого соединен со вторым входом блока управления, выход первого элемента НЕ соединен со вторым входом второго элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым выходом блока управления, второй и третий выходы которого соединены с выходом первого элемента И-НЕ и вторым входом блока унравления соответственно, причем блок коррекции содержит пять элементов НЕ и двадцать элементов И-НЕ, причем первый вход блока коррекции соединен с первым входом первого элемента И-НЕ и через первый элемент НЕ с первыми входами второго и третьего элементов

И-НЕ, вторые входы которых подключены к выходу второго элемента НЕ, вход которого подключен к второму входу блока коррекции, вторым входам первого элемента И-НЕ и первым входам четвертого элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента НЕ и первыми входами пятого и шестого элементов И-НЕ, вход третьего элемента НЕ соединен с третьим входом блока коррекции, третьим входом второго элемента И-НЕ и первыми входами седьмого и восьмого элементов И-НЕ, вторые входы которых соедиДешифратор характеристики служит для определения характеристики двоичного логарифма входного числа и может быть выполнен в виде схемы комбинационной логики на основе. формирования выходного кода в зависимости от положения старшей единицы во входном числе аналогично тому, как это выполнено в устройстве (2). Блок управления 2 служит для выработки управляющих стробов и может быть выполнено в виде и-выходной логической схемы, при этом первый выход связан по логике И с инвертированными выходами разрядов дешифратора характеристики, старших выхода разряда, номер которого равен количеству управляющих входов на мультиплексоре, второй выход связан по логике И с выходом разряда на единицу большего, чем разряд, номер которого-равен количеству управляющих входов на мультиплексоре, и с инвер-. тированными выходами остальных более старших разрядов и так далее со сдвигом прямого разряда, М-ый выход схеаеа связан со старшим разрядом дешифратора характеристики. Блок коррекции 8 необходим для выработки.корректирующего числа и выполнен в виде комбинационной схемы на элементах

И-НЕ, реализация которой для случая

5-ти разрядной мантиссы представлена на фиг. 4 и соответствует логическим выражениям для 1-го разряда корректирующего числа иены соответственно с выходами первого и третьего элементов И-НЕ, выход второуо элемента И-HE соединен со . вторым входом пятого и первым входом девятого элементов И-НЕ, второй вход девятого элемента И-HE соединен с выходом пятого элемента И-НЕ, третьим входом. седьмого элемента И-НЕ, первыми входами десятого и одиннадцатого элементов И-НЕ, четвертым входом блока коррекции и входом четвертого 10 элемента НЕ; выход которого соединен с первыми входами двенадцатого и тринадцатого элементов И-НЕ, вторые входы которых соединены соответственно с выходами четырнадцатого и восьмого f5 элементрв И-НЕ, первые входы четырнадцатого, пятнадцатого, шестнадцатого, семнадцатого, восемнадцатого, девятнадцатого и двадцатого элементов И-НВ соединены о выходами соот- щ ветственно второго, седьмого, одиннадцатого, пятнадцатого, тринадцатого, десятого и восемнадцатого элемен" тов И-НЕ, пятый вход блока коррекции .соединен с входом пятого элемента

НЕ и вторыми входами шестнадцатого и семнадцатого элементов И-НЕ, выход .пятого элемента НЕ соединен со вторыми входами десятого и восемнадца того элементов И-HE и третьим входом Зо двенадцатого элемента И-НЕ, второй и третий входы соответственно одиннадцатого и десятого элементов И-НЕ соединены с выходом четвертого элемента НЕ, вторые входы второго, четырнадцатого, пятнадцатого, девятнадцатого и двадцатого элементов И-:, НЕ соединены соответственно с выхб-: дами девятого, четвертого, шестого . семнадцатого и шестнадцатого элемен-ТоВ И-НЕ, третий вход девятнадцатого 49 .элемента И-НЕ соединен с выходом десятого элемента И-НЕ, выходы девятнадцатого и двадцатого элементов И;НЕ соединены с выходами блока коррек,ции. фЯ

%5XХ ХХХХ+ХХХХ+

++XX XXXX Х1Х,, для 2»го разряда корректирующего числа ,AX X X Ъ Х+Х ХХА где значения х -х соответствуют пяти разрядам приблйженной мантиссы.

Устройство работает следующим образом.

Двоичное число поступает на вход дешифратора характеристики 1. В зависимости от положения старшей единицы во входном числовом коде на выходе ешифратора характеристики образуется оичный код той или иной. величины.

Этот код поступает на блок управле-.. ния 2. В зависимости от величины выодного кода устройства 1 на одном

1 з выходов блока управления образуется. строб.. Этот строб приводит в действие одну из и групп мультиплексоров 4-6 блока формирования мантиссы

3. В качестве управляющих кодов .на мультиплексоры поступают двоичные коды характеристики логарифма входного числа, причем на первые две группы мультиплвкворов подаются младшие разряды двоичной характеристики, а на каждую aS последуюцих {n-2) групп

На фиг. 1 представлена блок-.схема;. устройства для логарифмирования на фиг. 2 — схема подключения входа устройств к информационным входам ",;.5О мультиплексоров, на фиг. 3 — вариант конструкции блока управления для слу- чая пятиразрядной характеристики на фиг. 4 — вариант конструкции блока коррекции, на фиг. 5 - вариант випол« 55 нения блока формирования мантиссы., Устройство содержит дешифратор

1 характеристики, блок, 2 управления, блок 3 формирования мантиссы, группы, 4-6 мультиплексоров, группы 7 элементов ИЛИ, блок 8 коррекцин и сумматор

9. Блок 9 управления содержит элементы 10 и 11 НЕ и элементы 12 и 13,И-НЕ

Блок 8 коррекции содержит элементы . 14-18 НЕ и элементы 19-38 И-НЕ. 5 . 959072 6, 959072

Код

00001

00011

00101

ОЙООО

01001

01010

00

01

10

10

10 мультиплексоров подаются разряды двоичной характеристики со сдвигом на один разряд в сторону старших.Входы устройства подключаются к информационным входам каждой группы так, как показано на фиг. 2. В зависимости от величины управляющего кода на выход каждого мультиплексора коммутиру" ется вполне определенный информационный вход . Таким образом, имеется воэможность выделения из входного числа 10 семи разрядов, стоящих справа от стар шей,единицы. В случае, если положение старшей единицы правее восьмого разряда, то в блоке 3 происходит выделение стоящих от нее справа разрядов и до- 15 полнение их количества до семи соответствующим количеством нулей. Для нормальной работы устройства формирования приближенной мантиссы должно выполняться условие взаимности между количеством информационных входов на мультиплексоре и разрядностью его управляющего кода, выраженное следующим соотношением

m = 2 25 где S — разрядность управляющего кода, подаваемая на мультиплексор, Это объясняется тем, что должна быть воэможность подключения на вйход ЗО мультиплексора любого информационного входа. Количество мультиплексоров в каждой из n групп устройства формирования приближенной мантиссы определяется необходимой разрядностью мантиссы или требуемой точностью вычисления двоичного логарифма. Точная величина

h определяется отношением максимальной разрядности входного числа к

4 количеству информационных входов на мультиплексоре (к пропускной способности используемой элементной базы).

Поскольку и должно быть целым числом, то его дробное значение необходимо округлить до ближайшего целого в большую сторону. Поэтому выражение для и 45 имеет вид. и = +у(), где М вЂ” разрядность входного числа, m - количество информационных 5О входов на мультиплексоре,  — дробная часть отношения —, причем у (B) = 1 при В Ф О и . (В) = 0 при В = О 55

С блОка 3 значение приближенной мантиосы поступает через группу ИЛИ

7 на блок коррекции 8, где в соответ,ствии с ее величиной на выходе блока8 формируется вполне определенное значение кода. Схема блок коррекции устройства для пятиразрядной входной мантиссы имеет двухразрядный выход корректирующего числа. При подаче (на его вход значения приближенной мантиссы на выходе образуются корректирующие числа в соответствии с приведенной таблицей.

Данная таблица составлена для лю" бой разрядности кода приближенной мантиссы и по ней определяются соответствующие логические выражения.

Выходя из нее можно получить схЕму блока коррекции устройства любой разрядности.

С выхода сумматора результирующая мантисса поступает на выход устройства логарифмирования. Кроме того, как было указано выше, на выход устройства для логарифмирования поступаетехарактеристика с дешифрато-.. ра 1.

Использование изобретения позволит повысить быстродействие устройства логарифмирования в k раз, где

)(- количество сдвигов в переключающем устройстве, что дает существенный. выигрыш при увеличении разрядности входного числа. Кроме того,использование изобретения позволит уйростить устройство логарифмирования за счет исключения из него переключающих устройств, источников сигнала динамического сдвига, индикаторных устройств и устройств образования нулевого и единичного логарифма. Необходимо отметить, что несмотря на введение двух элементов, устройство в целом претерпевает существенное упрощение поскольку исключены источники сигнала динамического сдвига и сложные функциональные связи, которые он обуславливал, а также еще ряд вышеуказанных блоков.

Приближенной ман- Корректируемого тиссы числа

«ф

959072

Продолжение табл.

Г

Код

Приближенной ман- Корректируемого тиссы числа

01011 01100

01101

0 110

01111

10000, 10001

10011

10100

10101

10111

1160.1

11011

10

01

11101

01

11111

Формула изобретения

1. Устройство для логарифмирования, содержащее дешифратор характе» ристики, блок формирования мантиссы, блок управления; блок коррекции и, сумматор, первый вход которого сое." динен с выходами блока коррекции, входы дешифратора характеристики соединены с входами устройства и информационными входами блока формирова-, ния мантиссы, управляющие входы которого соединены с выходами дешифратора характеристики, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения быстродействия, a Hего введена группа элементов ИЛИ, выход которых соединены с входами блока коррекции и вторым входом сумматора, выходы дешифратора характеристики соединены с входами блока управления, причем блок формирования мантиссы содержит >и групп мультиплексоров, где и =Š— 1 +

ГМ" rn)

;+j(B); М - разрядность входного.ч исла;

tQ rn — количество информационных входов у мультиплексоров, В - дробная часть отношенияИ/m; j(S) = 1 при ЬФО и (й1 = 0 при Ь = О, управляющие и ин- ; формационные входы которых являются .

$5 управляющими и информационными входами блока формирования мантиссы, ком-. мутационные входы и выходы мультиплексоров 1-й группы (i- =1,2,...,п) соединены соответственно с 1-м выходом блока управления и входами

j.-го элемента ИЛИ группы, выходы дешифратора характеристики и сумматора являются выходами характеристики и мантиссы соответственно устройства, 5 причем блок управления содержит два элемента НЕ и два элемента И-НЕ, причем первый вход блока управления соединен с входом первого элемента НЕ и первым входом первого элемента ИНЕ, второй вход которого соединен с первым входом второго элемента ИНЕ и выходом второго элемента НЕ, вход, которого соединен с вторым входом блока управления, выход первого элемента НЕ соединен с вторым вхоЗ5 дом второго элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым выходом блока управления, второй и третий выходы которого соединены с выходом первого элемента И-НЕ и вторым вхо46 дом блока управления соответственно.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок коррекции содержит пять элементов НЕ и 5 двадцать элементов И-НЕ, причем первый вход блока коррекции соединен с первым входом первого элемента ИНЕ и через первый элемент НЕ с первыми входами второго и третьего элементов И-НЕ, вторые входы которых подключены к выходу второго элемента

HE вход которого подключен к второму входу блока коррекции, вторым вхо дам первого элемента И-НЕ и первым :„входам четвертого элемента И-НЕ, вто55 рой вход которого соединен с выходом третьего элемента HE и первыми входами пятого и шестого элементов И-НЕ, .вход третьего элемента НЕ соединен с третьим входом блока коррекции, е© третьим Входом второго элемента И-НЕ и первыми входами седьмого и восьмого элементов И-НЕ, вторые входы которых соединены соответственно с выхо- дами первого и третьего элементов

4$ Н-НЕ, выход второго элемента НЕ сое959072

12 динен с вторым входом пятого и первым входом девятого элементов И-НЕ, вто.— рой вход девятого элемента И-HE соединен с выходом пятого элемента ИНЕ, третьим входом седьмого элемента

И-НЕ, первыми входами десятого и одинйадцатого элементов И-НЕ, четвертым входом блока коррекции и входом четвертого элемента НЕ, выход которого соединен с первыми входами двенадцатого и тринадцатого элементов 10

И-HE âòîðûå входы которых соединены соответственно с выходами четырйадцатого и восьмого элементов И-НЕ, первые входы четырнадцатого, пятнадцатого, шестнадцатого, семнадцатого, восемнадцатого, девятнадцатого и двадцатого элементов И-НЕ соединены с выходами соответственно второго, седьмого,. одиннадцатого, пятнаддатого, тринадцатого, десятого и во- щ семнадцатого элементов И-НЕ, пятый вход блока коррекции соединен с входом пятого элемента НЕ и вторыми входами шестнадцатого и семнадцатого элементов И-НЕ, выход пятого элемента НЕ соединен с вторыми входами десятого и восемнадцатого элементов

И-НЕ и третьим входом двенадцатого элемента И-НЕ, второй и третий входы соответственно одиннадцатого и десятого элементов И-НЕ соединены с выходом четвертого элемента НЕ, вторые входы второго,, четырнадцатого,, . пятнадцатого, девятнадцатого и двадцатого элементов И-НЕ соединены соответственно.с выходами девятого, четвертого-, шестого, семнадцатого и шестнадцатого элемейтов И-НЕ, третий вход. девятнадцатого элемент И-HE соединен с выходом десятого элемента

И-НЕ, выходы девятнадцатого и двадцатого элементов И-НЕ соединены с выходами блока коррекции.

Источники информации, принятые во внимание при экспертиэе

1, Авторское свидетельство СССР

Р 717760, кл. G 06 F 7/38, 1980.

2, Патент ФРГ В 2505383, кл. G 06 F 5/02, опублик. 1980 (прототип).