Цифровое устройство для вычисления логарифма числа

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.СССР ио делам изобретений и открытий53) УДК 681. 3088,8) Дата опубликования описания 070333 Г. Соколов, И.И. Рабин, Г.М. Кузнецов и С.С. Дорофеев 72) Авторыизобретения озненское научно-производственно1) Заявитель 4 ) ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛ ЛОГАРИФМА ЧИСЛАВЫЧ ИЯ к областитехники ив различныханических Известно устройство, содержащее счетчик характеристики, дешифратор характеристики, первый и второй де- шифраторн, счетчик мантиссы, причем выход переноса счетчика мантиссы соединен со входом счетчика характеристики, выходы которого соединены со входами дешифратора характеристики, выходы которого соединены с первой группой входов первого дешифратора, выходы счетчика мантиссы соединены с информационными входами второго дешифратора, входная шина устройства соединена с входом делителя частоты, выходы которого соединены со второй группой входов первого де" шифратора, выходы которого соединены со входами элемента ИЛИ-НЕ, выход которогз соединен с управляющим входом второго дешифратора и первым входом элемента И-НЕ, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходом второго дешифратора 1 . Изобретение относитс цифровой вычислительной может быть использовано автоматических к телеме устройствах. Недостатком этого устройства явля"ется сложность его реализации, вычисление логарифмов чисел, представленных только унитарным кодом и низкаяточность вычислений чисел меньше 16,Известно также цифровое устройство для вычисления логарифмов чисел,содержащее первый и второй счетчики, 10 элементы И блока, блок умножения,элемент задержки, элемент ИЛИ, причем входы первого и второго счетчикасоединены с импульсными и потенциаль.ными входами элементов И блока соответственно, выход элемента ИЛИ соединен со входом блока умножения ипервого счетчика, выход элемента Иблока соединен со входом элементазадержки, выход которого соединен спервым входом элемента ИЛИ, второйвход которого соединен со входомустройства и входом второго счетчика 1,2.Недостатком этого устройства является мал,е быстродействйе иэ-за огра- ничения максимальной частоты поступления входных импульсов, котороесвязано-с наличием элемента задержки, а также невозможность вычисле 1ния логарифмовчисел, представленныхдвоичным параллельным кодом.40 П - 109 Кв2 Х С 2. Наиболее блИэким по техническойсущности к предлагаемому являетсяцифровое устройство для вычислениялогарифмов чисел, содержащее элемент И, регистр сдвига и вычитающийсчетчик, а также два элемента эадержки и элемент ИЛИ ЗД.Недостатком известного устройстнаявляется низкая точность вычисления.Фактически устройство определяеттолько значение характеристики дво.- Оичных логарифмов,Кроме того, недостатком устройства является невозможность вычисления логарифмов чисел, представленныхдвоичным параллельным кодом), . 5Целью изобретения является повышение точности и упрощение устройст-)ва.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройстве, содержащемэлемент И, регистр сдвига и вычитаю-),ций счетчик, вход записи регистрасдвига соединен с управляющим входом устройства и входом установкив единицу вычитающего счетчика, входвычитания которого подключен к выходу элемента И и сдвигающему входу регистра сдвига, инверсный выходстаршего разряда которого подключенк первому входу элемента И, второйвход последнего подключен к тактируют,ЗОщему входу устройства, разрядныевходы регистра сдвига соединены синформационными входами устройства,разрядные выходы регистра сдвига инычитающего счетчика соединены свыходами устройства.Число разрядов вычитающего счетчи.ка связано с числом разрядов регистра сдвига соотношением где и - число разрядов "вычитающегосчетчикаК - число разгядов регистра сдви 45га.На чертеже схематично представлена функциональная схема устройства.Устройстно для вычисления логарифма числа содержит регистр 1 сдвига, вычитающий счетчик 2 и элемент И 3.Устройство работает следующим образом,.Управляющим импульсным сигналом . Сн производится запись числа Х в регистр 1 сдвига и установка счетчика 255 в единичное положение.Если соблюдается соотношение бО где Х " значение входного числа,К - число разрядов регистра сдви;га.,то с инверсного выхода старшего разряда регистра 1 сдвига поступает сиг нал логической единицы на элемент И 3. В результате импульсы тактовой частотыпроходят на регистр 1 сдвига и вычитающий счетчик 2 и тем самым производится сдвиг информации в регистре 1 сдвига и уменьшение содержимого счетчика 2. Сдвиг осуществляется до тех пор, пока на инверсном ныходе старшего разряда регистра 1 сдвига .не появится сигнал логического нуля, которым блокируется прохождение импульсов тактовой частоты на регистр 1 сдвига и вычитающий счетчик 2. Наличие сигнала логического нуля на инверсном выходе регистра 1 сдвига указывает об окончании вычисления логарифма числа, который можно использовать как сигнал Соб окончании работы устройства, Значение характеристики логарифма числа Х берется с выхода вычитающего счетчика 2, а мантиссы - с первых (К- ) разрядов регистра 1 сдвига.Если исходное число содержит логическую единицу н старшем разряде (Хк 1 ), то при записи его в регистр 1 сдвига на инверсном выходе старшего разряда появится сигнал логического нуля и процесс вычисления тем самым окончится С выходов регистра 1 сдвига и вычитающего счетчика 2 снимается вычисленное значение .логарифма числа,как было описано ранее.В предлагаемом устройстве .характе истика двоичного лога и ма опредечисла, имеющим значение логической единицы при Представлении числа в двоичном нормальном коде. Например, двоичный нормальный код числа 15 имеет вид 00001111.Номер старшего разряда, имеющего значение логической единицы рассматриваемого числа, равен трем,что соответствует. действительности (1 о 9 15=3,907 ). Значение мантиссы определяется путем линейной аппроксимации. Максимальное приращение мантиссы равно единице при измене"Р+4 .нии входного числа Х от 2 Р до 2 Ргде р - значение характеристики.Следовательно, коэффициент наклона апроксимирующей прямой равен12 Р) 2) 7 а зньчоние мантиссы равно щ.к Сх)- -Р Х - 2 2 Р ф1003082 од 15=3,875. 2 сХ Р гд Абсолютная ифма равна1 од ибка вычисления л г ХР х- -- р,2Максимальнаяет при . бсолютная ошибка бу 2 Х = 1 ответ- осьмиа, агрешНИИПИ краж каз 1554/32 ПодписноеЗначение (ХР ) является исходным числом без единицы в старшем значащем разряде, а зяачение в является формой представления значения (Х) в двоичном нормальном коде с фиксированной запятой после стар,шего разряда.Значение мантиссы логарифма числа 15 будет в двоичном коде 0,111,. или в десятичном 0,875, т.е. двоичный логарифм числа 15 будет равен Таким образом, для определения значения двоичного логарифма числа, представленного в двоичном коде, достаточно определить порядковый номер единицы в старшем значащем разряде, что является характеристикой логарифма, а в качестве мантиссы берется исходное число за вычетом значения старшего значащего разряда, т.е. значение двоичного логарифма определяется по формуле Х - 2Ру= - ур+р,и равна Ь 1 еХ =0"86 07, чтоствует младшему разряду приразрядной сетке входного чиотносительная приведенная поность равна Кх 1,Использование изобретения позволит создать устройство для вычисления логарифма числа, отличающеесяболее высокой точностью вычисления(у известного устройства максимальная абсолютная погрешность равнаДпк, =1, а,относительная приведеннаядля восьмиразрядного устройствад = 12,5 ) и простотой реализации.Простота и компактность предлагаемого устройства позволит использовать его в малогабаритных измерительных цифровых приборах, информационноизмерительных системах и в устройствах управления.15 Формула изобретенияЦифровое устройство для вычисления логарифма числа, содержащееэлемент И, регистр сдвига и вычитающий счетчик, о т л и,ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности и упрощения устройства, входзаписи регистра сдвига соединен суправляющим входом устройства и входом установки в единицу вычитающегосчетчика, вход вычитания которого .:.подключен к выходу элемента И и сдвигающему входу регистра сдвига, инверсный выход старшего разряда которого подключен к первому входу элемента И, второй вход последнего под-.ключен к тактирующему входу устройства, разрядные входы регистра сдвига соединены с информационными.вхоЗ 5 дами устройства, разрядные выходырегистра сдвига и вычитающего счетчика соединены с выходами устройства. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 605211, кл. С 06 Г 7/38, 1978.2. Авторское свидетельство СССР9 572783, кл. 6 06 Р 7/38, 1977.3. Мельников А.А., Рыжевский А.Г.иТрифонов Е,Ф. Обработка частотныхи временных импульсных сигналов. М.,1976, с. 100-101 (прототип). илиал ППП "Патентф,