Арифметическое устройство

(45) Дата опубликования описа 1 гня 14.10.76 Яасудаастае 1 на 1 й кса итст Сааета ГЛинистаав СССР па делам изабгетеиий(72) Авторы изобретения Б, В, Немытов и А. М, Оранский Минский радиотехнический институт(54) АРИФМЕТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО Изобретение относится к вычислительной технике, особенно 1 к специализированным вычислителям, и предназначено для выполне 1 ия арифметических операций,-вычисления ряда трансцендентных функций, решения задач преобразования,координат.Известны арифметические устройстза специализированных цифровых вычислительных машин.Однако пз известных устройств содержит два регистра сдвига, блок запоминания, три сумматора, схему управления, причем выход первого сумматора соединен с входом первого регистра сдвига, выход второго сумматора соединен с входом второго регистра сдвига, выход блока запоминания соелинен с входом третьего сумматора 1. Устройство предназначено для вычисления толью функций синуса и,косинуса.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство, которое содержит три сумматора-вычитателя, два регистра сдвига, две группы элементов И, блок памяти и блок управления, причем первый вход первого сумматоравычитателя подключен к первому выходу устройства и первому входу первого регистра сдвига, выход которого подключен к первым входам первой нруппы элементов И, первый выход второго сумматора-вычитателя полключен к второму выходу устройства н к первому входу,второго регистра сдвига, выход котороГо подклю 1 ен Гк первым входам Второй Грппы элементов И, первый вход устройства полкл 1 очен,к псрВому Входу треть:Го сумматора-вычитателя второй вход которого подключен к выходу блока памяти, второй зыход первого сумматора-вь 1 чптателя подкл 1 очс:1 к первому входу блока управления, первые восемь выходов,которого:1 олключсны соотзетственно,к первым входам первого н второго сумматороз-Вычптателей к зторым в.,одам лвх реГпстров слВНГа, к Вторым Входам двух элементов И, к третьемт вход з третьего сумматора-вычитателя п к входу блока памяти 21. Устройство предназначепо для гы;и.- ления некоторых прямых и обратных тригонометрических функции - си 11 уса, косинуса, арктанггнса, а также выпол;1 ення опер ацпп 20умножения и деления двух лвоп 11 ых чисел,Однако высленпе трпГонометрнческпхфункций тангенса и котангенса невозможно,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, обеспечение вычислений функций У = д О и У = с 1 д О.Это лостигается тем, что в предлагаемоеустройство дополнительно введены блок сравнения, третья и четвертая группы элементов И и две группы элемептоз ИЛИ, причем вь 1 ходы первой и четвертой групп элементовИ через первую группу элементов ИЛИ подключены к второму входу второго сумматора-вычцтателя, второй выход, которо".о полключек первому входу блока сравнения, к второму входу блока сравнения подключен перзый выход третьего сумматора-вычитатсля, выход блока сравнения подключен к второму входу блока управления, девятый, десятый ц одиннадцатый выходы которого подключены к первым входам третьей и четвертой групп элементов И и;к третьему входу блока сравнения, )выходы второй и третьей гру)пп элементов И через вторую группу элементов ИЛИ подключены к второму входу первого сумматора-вычитатсля, вторые входы третьей и четвертой групп элементов 11 объелц)цены,с первыми входами соответственно первой и второй групп элементов И, второй ц третий входы устройства подключены соответственно к входам первого и второго регистров сдвига, третий выход устройства подключен к второму выходу третьего сумматора-вычитателя.На чертеже цзооражеца блок-схема предлагаемого арифметического устроистза.Устройство содержит первый сумматор-вычитатель 1, первый регистр сдвига 2, две группы элементов И 3 и 4, группу элементов ИЛИ 5, второй сумматор-вычцтатель 6, вто. рой регистр сдвига 7, лве группы элемсцтоз И 8 п 9, группу элементов ИЛИ 10, блок сравнения 11, третий сумматор-)зычцтатсль 12, блок памяти 13, блок управления 14 (15, 16 и 17 - выхо)лы устройства; 18, 19 и 20 - входы устройства).Первый выход первого сумматора-вычитателя 1 полк;почец к первому зь.холу) 15 уст. ройства и к первому входу первого регистра сдвига 2, являющемуся и первым входом 19 устройства, выход регистра 2 подключен к первым входам двух групп элементов И 3 и 4, выходы которых соединены соответственно с первыми входами групп элементов ИЛИ 10 и 5, выходы этих групп элементов ИЛИ соединены соответст)вецно с первым входами сумматоров-вычитателей 1 и б; первый выход сумматора-вычцтателя 6 полкллочен к )второму выходу 16 устройства и первому входу регистра 7, являющимся и вторым входом 20 устройства, выход регистра 7 подключен к пезвьлм входам групп элементов И 8 и 9, а их выходы полключецы соответственно,к вторым входам групп элементов ИЛИ 10 ц 5, Вторые выходы сумматороввычитателей 6, 12 иолключены к первому и второму входам блока сравнения 11, выход которого соединен с вторым входом блока управления 14, первый вход которого соединен с вторым выходом сумматора-вычцтателя 1; третий выход 17 устройства соединен с одним выхолохл суьмматора-вычитателя 12, вход которого соединен с выходом блока 13 ц входом 18 у)стройства. Олллпналцать выходов блоаса управления 14 соединены соответст)веннос вторь)гми входами сумматоров-зьлчцтятелсй 1, 6, 12, с вторыми входами регистров слзц. га 2, 7, с вторыми входами групп элементов И 3, 4, 8, 9, с входом блока памяти 13 ц 5 третьим входом блока сравнения 11.В устройстве использован своеобразный способ выполнения операций умножения, леления, а также множительцо-лелцтельцой олеах рации, вила а .= - причем оиа выполняется) тапаке за )время одного умножения цли деления, Действительно, лля числителя и знамецаа. 15 теля уравнения сг = (гле а, Ь, с - нормализованные числа) можно подобрать такойП множнгель 1 г = 1+ ;:;2 ч+1)что оц перевез лет операнд (Ь) в величину, разную операнду (а). В этом случае искомый результат окажется разным операнду с; после 1 иреобразовапця, которое предлагается проводить по следующему алгоритму 25 Ь)+1= Ьл+ 1)Ь 02 "+", Ь-+а; (1) с;+, = с, + =;с- ц+1, с -а, (2) гле направление итерационного процесса определяется знаком+ 1, если Ь,(а с; = - 1, еслц Ь;,аостанов, если Ь;, = ас, 35 )при этом К = О, 1, 2Выполнение условия 1 пп Ь, = а приводит к справедливости равенства 11 гп с, = с 1, 40),О)Выполнение мпожитсльцо-лслительцой операции представляет собой итерационный процесс, реализующий зависимости (1) - (3), ц состоит цз ряда однотипных тактов. 45Число (с) вводится в сумматор-вычцтатель 1, число (Ь) - в сумматор-вычитатель б, а число (а) - в сумматор-зычцтатель 12. В регистрах 2 и 7 путем слзцгозой операции реализуется получение величин с . 2 - 1+н и 50 Ь 2 ц+" (К - номер итерации)которые суммцру ются в соответствии со знаком 5; с содержимым сумматоров-зычитателей 1 и б, в,которые оци поступают через блоки 3, 10 и 9, 5 соответственно, Знак ;,вырабатывается блоком сравнения 11, )в котором сравццзаются 55 значения (а) и (Ь) сумматоров 6 и 12, и сигнал, соответствующий значецгцо р, поступает в блок управления 14, вырабатывающий соответствующие управляющие сцпналы. Результат операции формируется в сумматоре-вычитателе 1 и поступает,на выход 15 устройства, Если требуется выполнить операцию целеа с ния двух чисел вила с 1 =- - пли д = - , тогдаЬ 55 в качестве сомножителя (с) и (а) соответст(7) л,Т.,25 40 вегно вводится единица, Для выполнения операции умножения и = а с ввос 1 ится 0 = 1, Если на катком-либо такте блоком управления 14 вырабатывается сигнал ; = останов (а это может быть и на первом такте), то это влечет до.-олнительное сокраи 1 ение времени, Максимальное время выполнения указа;шых операций ие превосходит и тактов сложения, Вы шсление тригонометрических функций основано на соотношениях= 1, 2 3п и = сопз 1 Х, = сов О У, =зпО;13 =90; р, = агс 1 д 2-- ".; = О - Х , ,. Время вычисления тригонометрических функций состоит из и тактов сложения и тактов сдвига для получения величин У, 2 - ), Х 2 - и - ь Используя опи" анную операцию деления, приняв в,качестве операндов величины Х; и У;, устройство позволяет вычисление фун: ций 1 д О и с 1 оО.При вычисле 1 ии тригонометрических функций в сумматор-вычптатсль 1 вводится исходная величина 1/1 г = сопз 1, где К, == /7 П (1+ 21 - ), а в сутатор-вычи - 1татель 12 аргумент О через вход 18 устройства, Еон танты р; считываются из блока,па. мяти 13 и подаотся на вход сухатора-вычг. тателя 12, по знаковому разряду, которого, находящемуся слева от двоичной запятой, блоком сравнения 11 определяется величина в соответствии с которой ведется управление процессом, вычисления блоком управления 14. При вычислении функции агс зи У, агс соз Л, агс 1 д У, агс сф Л в соответствующие регистры записываются Л-значеия синуса, косичуса, тангеиса, котангенса. Обратные величины получают в сумматоре-вычитателе 12. Так, например, при вычислении агс с 1 д 7, в регистр 2 записывается У, а в рег:стр 7 единица. Время вычисления обратных тригонометрических функций равно времени вычисления прюых. При вычислении корня квадратного из величины Х в регистр 2Х+ 0,25заносится величиа, а в регистр 7 -п О. Время вычисления так:ке равно времени вы нс,ения прямих функции.При решении задач преобразования коордипат из декартовой системы в полярную про цесс вылчпсления подчиняется также выражениям (4) - (б). Исходные да:ные заносятся в регистры 2 и 7. Время преобразования равно времени вычисления тригонометрической функциии.10 Время вычисления 1 значения трансцендентной функции пли преобразования координат составляет величину где Т. - время такта суммирования;Т - время такта сдвига;20 г - количество итерационных шагов.Время выполнения 1, любой из указанныхвыше арифметических операций составляетвели-шну что подчеркивает высокое быстродействие устройства при широком круге фупкциоиагьых возможностей, з 0 Предусмотренная возможность останова процесса при б;= а(3) или у= О (7) дает допогителььое сокращение времени вычислений по сразненшо с известными устрой стзами,35 Максимальную погрешность вычислении в можно оценить выражениемагс 1 д 2 в " + л 2 " + 2 " (1 - 2 в "). (10) Формула изобретения Лрифветическое устройство, содержащеетри сумматора-вычптателядва регистра сдвига, две группы элеме:тов И, блок памяти и блок управления, причем первый выход пер вого сумматора-вычитателя подксночеи к первому вьходу устройства и к пергому входу первого регистра сдвига, выход которого подклю чен к первым входам первой группы элементов И, первый выход второго сумматора-вы читателя подключеч к второму выходу устройства и к:первому входу второго регистра сдвига, вьход которого подключен к первым входам второй группы элементов Ипервый вход устройства подключен к первому 55 входу третьего сумматора-вычитателя, второйвход которого подкло ен к выходу олока па мяти, второй выход первого сумматора-вычитателя подключен к первому входу блока управлеия, первые восемь выходов которого подключены соотзетствечпо к первым входам первого и второго сумматоров-вычитателей, к вторым входам двух регистров сдвига, к вторым входам двух групп элементов И, к третьему входу третьего сумматора-вычитате ля и к входу блока памяти, о тл ич а ю щ е еИзд. ЛЪ 1673 Государственного к по делам изобр Москва, )К, РТираж 8митета Совета Митений и открытийушская наб., д. 4/5 каз 926/1221ЦНИИП 64ис Подписв СССР Тип. Харьк. фил. пред, Патент ся там, что, с целью расширения функцпональных возможностей, оно содержит третью и четвертую группы элементов И, блок сравнения и две грунины элементов ИЛИ, причем,выходы первой и четвертой групп элементов И через первую группу элементов ИЛИ подключены к второму входу второго сумматора-вычитателя, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, к второму входу блока сравнения подключен первый, выход третьего сумматора-вычитателя, выход блока сравнения подключен,к второму входу блошка управления, девятый, десятый и одиннадцатый выходы которого подключены соответственно к первым входам третьей и четвертой групп элементов И и к треть. ему входу блока сравнениявыходы второй и третьей групп элементов И через вторую группу элементов ИЛИ подключены к второму входу первого сумматора-зычитателя, 5 вторые входы третьей и четвертой групп элементов И объединены с первыми входами соответственно первой и,второй групп элементов Ивторой и третий входы устройства подключены соответственно,к входасн первого 10 и второго регистров сдвига, третий выход устройства подключен к второму выходу третьего сумматора-вычитателя.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.15 1, Оранский А. М. и др. Быстродействующее устройство вычисления синусно-косинусных функций. Вестник Белорусского университета, сер. 1, 1969,3.2, Авт, св, СССР234753, кл, 6 06 Р 7/38, 20 1967.