Цифровой функциональный преобразователь

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социапистинеских Республик(51)м. Кл. 6 06 Г 15/20 Государственный комитет СССР по делам изобретений и .открытийИзобретение относится к цифровой вычислительной технике и может найти применение при аппаратном вычислении квадратов тригонометрических или гиперболических синуса и косину-. са.Известен цифровой функциональный преобразователь, содержащий сумматоры, регистры сдвига, логические схемы, схемы анализа 1 . Недостатком его является невозможность вычисления квадратов синуса и косинуса.Наиболее близким техническим ре шением к данному изобретению является цифровой функциональный преобразователь, содержащий сумматоры-вычитатели, регистры, блоки сдвига, блок памяти и блок управления, причем 29 первый выход первого регистра соеди" нен с первым входом первого сумматора-вычитателя, выход которого соединен со входом первого регистра, второй выход которого соединен с пер вым входОм первого блока сдвига, выход второго сумматора-вычитателя соединен со входом второго регистра, первый выход которого соединен с пер,вым входом второго блока сдвига, 30 выход третьего сумматора-вычитателя соединен со входом третьего регистра, первый выход которого соединен с первым входоМ четвертого сумматора-вычитателя, ко второму входу которого подсоединен первый выход третьего блока сдвига, а выходчетвертого сумматора-вычитателя соеди"Нен с первым входом третьего сумма.ора-вычитателя, второй выход третьего регистра соединен с первым входомтретьего блока сдвига, выход пятогосумматора-вычитателя соединен совходом четвертого регистра, первыйвыход которого соединен с первымвходом пятого сумматора-вычитателя,на второй вход которого подсоединенвыход блока памяти, выходы блокауправления соединены со входами сдвига регистров, вторыми входами блоковсдвига и входом блока памяти 2 . устройство содержит, кроме того,коммутатор,Недостатком его является невозможность вычисления синуса двойногоаргумента,Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей засчет возможности вычисления квадратов65 синуса и косинуса, а также синусадвойного аргумента.Цель достигается тем, что цифровойфункциональный преобразователь содержит седьмой и восьмой сумматоры-вычитатели и блок анализа знака, входкоторого соединен со .вторым выходомчетвертого регистра, а выход соединенс третьими входами третьего, пятого,шестого и седьмого сумматоров-вычитателей, второй выход второго регистрасоединен с первым входом второго сумматора-вычитателя, выходы шестого иседьмого сумматоров-вычитателей соответственно соединены со вторыми входами первого и второго сумматоров-вычитателей, первые выходы первого ивторого блоков сдвига соединены с первыми входами соответственно седьмогои шестого сумматоров-вычитателей, навторые входы которых подсоединенвторой выход третьего блока сдвига,вторые выходы первого и второго блоков сдвига соответственно соединеныс первым и вторым входами восьмогосумматора-вычитателя, выход которогосоединен со вторым входом третьего р 5сумматора-вычитателя.Устройство представлено на чертеже. 1Устройство содержит сумматорывычитатели 1-8, регистры 9-12; блоки 13-15 сдвига, блок 16 памяти,30блок 17 анализа анака, блок 18 управления.Сумматоры-вычитатели 1-8 выполнены в виде одноразрядной комбинационной схемы. Регистры 9-12 являются обычными сдвигающими накопитель- .ными регистрами. Блоки 13-15 сдвигасостоят, например, из двух сдвигающих регистров. Блок 16 памяти можетбйть выполнен в виде одностороннего 40запоминающего устройства с поразрядным считыванием каждым тактовым импульсом одновременно двух констант,Блок 17 анализа знака может бытьвыполнен, например, в виде тРиггеРа 45и элемента. И. Блок 18 управления может быть выполнен, например, в видегенератора тактовых импульсов, счетчиков, логических элементов,устройство работает следующим образом.50В основу вычисления указанныхтригонометрических или гиперболических,функций положен принцип одновременного решения в итерационном процессефсистемы разностно-итерационныхсоотношений. Алгоритм вычисления три, гонометрических указанных функцийможет быть представлен в виде следующей системы рекуррентных соотношений.: бО О=: - -3-зо У.0=0- 2 2 +оЭ 2О- соОл ,1 иР о О =;фаей; 22 "+О 22. Ы Б,и 2 О Ба 26 Алгоритм вычисления Указанныхгиперболических функций может бРедставлен в виде следующеи смы Рекуррентных соотношений; Алгоритмы для вычисления тригонометрических или гиперболических функ-,ций различаются константами (агс 9 2и аги 2 " соответственно) и знаками перед вторым членом третьего соотношения и перед вторым и четвертымчленами пятого соотношения. Крометого, коэффициент удлинения для тригонометрических функций равен К= .П(1+2 2 )2 = 1,646759996, для гийерболических функций 1 авен К = П(1-2 )ф 0,8297816.Вычисления указанных функций в данном цифровом функциональном преобразователе осуществляются следующим.образом.Первоначально в четвертый регистр12 заносится значение аргумента 6,в первый регистр 9 заносится значейние 1/К , во второй и третий регистры 10 и 11 заносятся нулевые,значения,В любой д-й итерации с выходов блока 18 управления выдается последовательность (серия) тактовых импульсов, которые сдвигают содержания блоков 13-15 сдвига, продвигают содер. -жания этих блоков и регистров 9"12и очередную константу из блока 16на соответствующие входы сумматороввычитателей 1-8. Результаты алгебраического суммирования в сумматорах-вычитателях 1-3 и 5 с выходов последних записываются младшими разрядами вперед в освобождающиеся при сдвиге стар- шие разряды регистров 9-12 и продвигаются к их началу. После выполнения и+а тактов, где и - число раэРядов аргумента, и = 1 о 9 и)число дополнительных защитных разрядов для компенсации погрешности усечениячисел при сдвиге, в регистрах 9-12 содержатся результаты -Й итерации. Общее число итерациЙ равно и+1,По знаку содержания четвертого регистра 12 в конце каждой итерации в блоке 17 анализа знака вырабатывается сигнал ц, определяющий на следующей итерации для тригонометрических функций при ц = +1 сложение в сумма 3торах-вычитателях 1-3 и 7, вычитание в сумматорах-вычитателях 4-6 и 8, при о = -1 сложение в сумматорахвычитателях 1, 2, 5 и б, вычитание в сумматорах-вычитателях 3, 4, 7 и 8 Для гиперболических функций при С = +1 в сумматорах-вычитателях 1-4, 6-8 выполняется сложение, в .сумматоре-вычитателе 5 выполняется вычитание. При ц = -1 в сумматорахвычитателях 1, 2, 4, 5 и 8 выполняется сложение, в сумматорах-вычитателях 3, б и 7 выполняется вычитание. Режим сложения-вычитания в сумматорах-вычитателях 4, 8 и б определяется сигналом, подаваемым на специальный вход этих сумматоров-вычитателей с блока 18 управления, в зависимости от требуемой системы функций (на чертеже связи сумматоров-вы- читателей 4, 8 и 6 с блоком 18 для упрощения не показаны). Этот сигнал в сумматоре-вычитателе б при вычислении гиперболических функций инвертирует подаваемый сигнал ч.В любой )-ой итерации содержание О регистра 9 передается в блок 13 сдвига, с выходов которого на сумматоры-вычитатели 7 и 8 соответственно выдаются значения О 2 2 и2), Содержание х регистра 10 передается в блок 14 сдвига, с выходов которого на сумматоры-вычитатели б и 8 соответственно выдаются значения и 2 21 и и 2. Содержание У регистра 11 передается в блок 15 сдвига, с выходов которого на сумматорывычитатели 4 и б, 7 соответственно, . выдаются значения 2) 2и 2 2 2РезультатЫ суммирования-вычитания и сумматоре-вычитателе б (в зависимости от типа вычисляемых Функций и значения цифры ц) суммируются с содержанием 0 регистра 9 в сумматоревычитателе 1 и записываются в регистр9. Аналогично записываются результаты суммирования-вычитания с выхода сумматора-вычитателя 7 через сумматор-вычитатель 2 в регистр 10, Вычитание или суммирование в сумматорах-вычитателях 4 и 8 выполняется в зависимости от типа вычисляемых функций. Результаты операций с выходов сумматоров-вычитателей 4 и 8 через сумматор-вычитатель 3 записываются в регистр 11, Из содержания 6 регистра 12 в сумматоре-вычитателе 5 вычитается (или суммируется с ним) значение очередной константы 748434агстд 2 )(или агой 2" ). Знак содер,жания 9 регистра 12 определяет значение очередной цифрыдля управ 3ления режимомсложения-вычитания всумматорах-вычитателях 3,5-7.5 На следующей 3+1 итерации вычисленияпроизводятся аналогичным образом.После выполнения и+1 итераций содержание регистра 9 является квадра том функции косинуса, содержание регистра 10 - квадратом функции синуса,содержание регистра 11 - синусом двойного аргумента (причем производитсяструктурно сдвиг на один разряд влево от двоичной запятой), Содержаниерегистра 12 равно нулю.Время вычисления указанных функций в тригонометрической системеравно в тактах Т = и +п(в+2)+ (в+2).,Время вычисления указанных функций вгиперболической системе несколькобольше, так как необходимо повторятьпо два раза итерации с номерами 4,13, К, (ЗК+1)Изобретение позволяет за один 25 цикл вычисления одновременно вычислить квадраты синуса и косинуса за- данного аргумента, а также синусдвойного аргумента в тригонометрической или гиперболической системе, 30 Время вычисления даже одной из ука-.эанных функций значительно меньшевремени вычисления традиционными способами в известных устройствах.Формула изобретенияЦифровой функциональный преобразователь, содержащий сумматоры-вычитатели, регистры, блоки сдвига,блок памяти и блок управления, причем первый вьход первого регистрасоединен с первым входом первогосумматора-вычитателя, выход которо го соединен со входом первого регистра, второй выход которого соединенс первым входом первого блока сдвига, выход второго сумматора-вычитателя соединен со входом второго регистра, первьй выход которого соединен с первым входом второго блока сдвига, выход третьего сумматора-вычитателя соединен со входомтретьего регистра, первый выходкоторого соединен с первым входом 55 четвертого сумматора-вычитателя, ковторому входу которого подсоединенпервый выход третьего блока сдвига,а выход четвертого сумматора-вычитателя соединен с первЫм входом тре тьего сумматора-вычитателя, второйвыход третьего регистра соединен спервый входом третьего блока сдвига,выход пятого сумматора-вычитателясоединен со входом четвертого регист ра, первый выход которого соединен748434 дписное ЦНИИПИ Заказ 4367/1 ираж лиал ППП Патент, г, Ужгор л, Проектна с первым входом пятого сумматоравычитателя, на второй вход которогоподсоединен выход блока памяти, выходы блока управления соединены со входами сдвига регистров, вторыми входами блоков сдвига и входом блокапамяти, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью расширения функциональных возможностей за счет возможности вычисления квадратов синуса и косинуса, а также синуса двойного аргумента он содержит седьмой и восьмойсумматоры-вычитатели и блок анализазнака, вход которого соединен со вторым выходом четвертого регистра, авыход соединен с третьими входамитретьего, пятого, шестого, седьмогосумматоров-вычитателей, второй выход второго регистра соединен с первым входом второго сумматора-вычитателя, выходы шестого и седьмого сумматоров-вычитателей соответственно соединены со вторыми входами первого и второго сумматоров-вычитателей, первые выходы первого и второго блоков сдвига соединены с первыми входами соответственно седьмого и шестого сумматоров-вычи 1 ателей,на вторые входы которых подсоединенвторой выход третьего блока сдвига,вторые выходы первого и второго блока сдвига соединены соответственно спервым и вторым входами восьмогосумматора-вычитателя, выход которогосоединен со вторым входом третьегосумматора-вычитателя.15Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 234753, кл. С 06 Е 7/38, 1968,2, Авторское свидетельство СССРР 445042, кл. 6 06 Г7/18, 03,01.73.