Арифметическое устройство

ОПИСАНИЕИ З О Б Р Е Е Н И Я (" 798823К АВТОУСКОМУ СВИ ЕТЮЛЬСТВУ Союз Советскик Сциалистическик Республнк(22) Заявлено 110379 (21) 2736007/18-24 (51) М3 с присоединением заявки М 0 07 Р 7/38 Государственный комитет СССР ио дыам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения В.Д. Байков, В.Б. Смолов и А.Н. Чуватин Кировский политехническийинститут и Ленинградский орденаЛенина электротехнический институт им. В.И. Ульянова"1+ У 1+2 ",ХХ =Х У 1 10 1 л 1 Изобретение относится к цифровой вычислительной технике и может применяться в цифровых вычислительных машинах для вычисления элементарных функций.Изнестны арифметические устройства, работающие с информацией, представленной в виде векторов, преднаэ" наченные для решения задач, содержа" щих элементарные функции и содержащие регистры, блоки сдвига, сумматоры (11 и (2) .Недостаток устройств - низкое быстродействие при вычислении Функций Г =я 1 п агс 19 Ч /х и 2=соя агс 1 ду/х, где х, Ч - аргументы, й, Е - значения функций.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является арифметическое устройство, содержащее первый, второй, третий и четвертый регистры, блок сдвига, сумматор, причем выходы первого и второго регистров подключены к первому и второму входам блока сдвига, соответственно, первый, вторые, третьи и четвертые входы сумматора подключены, соответственно, к выходам первого, нторого, четвертого регистров и к выходу блока сдвига, выход суммато" ра подключен к первымвходам второго, третьего и четвертого регистров, со- . ответственно, выходы третьего регистра подключены ко входу первого регистра.Известное устройство реализует алгоритм.где 1=0,1п, и - разрядность .устройства; х., Ч, 9 - зйачения координат и угла вектора на 1-ой итерации,б. - 1, +- функция, показывающая направление вращения некто ра, а( . - угловая постоянная, равнаяагсЬу 2Известное устройство вычисляетзначения функций й =я 1 п агс 19/х и Е.в=сов агс 1 Уч/х в два этапа.На первом этапе выражения (1) реализуются с начальными условиями хо= х, Чо =Ч, Во:О, с выбором направления вращения вектора по закону- я 1 уп(-Ч ) и с конечными резуль татами х=К 1 х+Ф, Чи=о, Ви =агсцу/х,где к =.) .+2 )-2 постоянный коэф 1:Официент удлинения вектора.На втором этапе выражения (1) реализуются с начальными условиями х=1/)с уо = О, Оц= агс 1 дУ/х с выбором направления вращения вектора по закону= з 1 дп 6 и с конечными результатами хи= йг = соз агс 1 ду/х, ую = Х = зЫ агс 1 дУ/х, О= 0 2,Недостаток устройства - низкое быстродействие, ограниченное последовательным характером выполнения этапов вычислений.Цель изобретения - увеличение быстродействия арифметического устройства.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее первый, второй, третий и четвертый регистры, блок сдвига, сумматор, причем выходы первого и второго регистров подключены к первому и второму входам блока сдвига, соответственно, первые, вторые, третьи и четвертые входы сумматора подключены, соответственно, к выходам первого, второго, четвертого регистров и к выходу блока сдвига, выход сумматора подключен к первым входам второго, третьего и четвертого регистров, соответственно, выход третьего регистра подключен в входу первого регистра, дополнительно введен пятый регистр, причем вход пятого регистра подключен к выходу сумматора, а выход - ко вторым входам третьего и четвертого регистров, выход четвертого регистра подключен ко второму входу второго регистра..На фиг.1 представлена структурная схема арифметического устройства; на фиг,2 - временная диаграмма перемены содержимого регистров на 1-ой итерации.Устройство содержит первый 1, второй 2, третий 3 и четвертый 4 регистры, сумматор 5 блока б сдвига, регистр 7.Входы и выходы регистров 1-4 являются соответствующими входами и выходами устройства. устройство реализует алгоритм:Ч 1- х,х , - х+ 2-"у,где 1 = 0,1п, и - разрядность устройства, х, у и х, у - значения координат, соответственно, первого и второго вектора на 1-ой итераи 6- (1 + 1- функция,; показыв ающая направление вращения векторов.Предлагаемое устройство вычисляет значения функций Г = з 1 п агс 1 д/х и К 2= соз агсду/х в один этап путем реализации выражений (2) с начальны- ми условиями х= х, уа = ч, хо= 1/)с 0 с выбором направления вращеония векторов по закону = з 1 дп(-у 1 )и с конечными результатами х= Е.Б%у 2уи=О, х=й 2=соз агс 1 дУ/х, зЪ = Е 1==э.п агс 1 ду/х, где )с= Г 1 +(2-2- постоянный коэффициент удлинения векто 5 ра,Выходы пятого регистра 7 подключены ко входам третьего регистра 3.Тогда первый регистр 1 предназначенИ)для хранения величины У 1 первона 1 фчально равной у, второй регистр 2предназначен для хранения величиных , первоначально равной х, третийрегистр 3 предназначен для хранениявеличины у, первоначально равной у,четвертый регистр 4 предназначен дляхранения величины х 1, первоначальноравной 1/1, пятый регистр 7 предназначен для хранения величины у, первоначально равной О,щ Устройство работает циклически.Каждая итерация состоит из четырехтактов. В каждом такте выполняютсяоперации сдвига,сложения (вычитания) и занесения в регистр,Устройство работает следующим образом на 1-ой итерации.В первом такте величина у из первого регистра 1 поступает на первыевходы сумматора 5. Величина х извторого регистра 2 поступает на вто 30 рые входы блока б сдвига, где сдвигается вправо на 1-разрядов, т.е.на выходах блока б сдвига образуетсявеличина х 2 ", которая поступаетна четвертйе входы сумматора 5, В заЗ 5 висимости от значения величины ,полученной на предыдущей итераций, всумматоре 5 происходит операция сложения (вычитания), поступивших в неговеличин у и х 2 ", т.е. на выходахсумматора 5 образуется величина у+==у+ 2-"Х. В конце первого тактавеличийа упередается из сумматора 5 в пятйй регистр 7, одновременновеличина у передается из пятого регистра 7 в третий регистр 3, а величи 45 на Ч из третьего регистра 3 передается в первый регистр 1.Во втором такте величина х извторого регистра 2 поступает йа вторые входы сумматора 5. Величина у,50 из первого регистра 1 поступает напервые входы блока б сдвига, где сдвигается на 1-разрядов вправо, т.е.на выходах блока б сдвига образуетсявеличина у; 2 " , которая поступаетна четвертые .входы сумматора 5. Взависимости от значения величины1полученной на предыдущей итерации,в сумматоре 5 происходит операциявычитания (сложения) поступивших внего величин х и у 2 -", т,е. на6 О выходах сумматора 5 образуется величина х= х "уВ конце второго такта величина х+ передаетсяиз сумматора 5 в четвертый регистр4, одновременно величина х передается из четвертого регистра 4 во вто5 10 15 20 ва выполняются одни и те же операции сдвига, сложения (вычитания) и ЗО 35 40 45 формула изобретения 50 55 60 65 рой регистр 2, а величина у иэ третьего регистра 3 передается в первый регистр 1.В третьем такте величина У из первого регистра 1 поступает на первые входы сумматора 5. Величина х; из второго регистра 2 поступает йа вторые входы блока б сдвига, где сдвигается вправо на 1-разрядов, т.е. на выходах блока,б сдвига образуется величина х 2 ", которая поступает на четвертые входы сумматора 5. Взависимости от значения величины , полученной на предыдущей итерации, в сумматоре 5 происходит операция вычитания (сложения) поступивших в него величин у и х 2-", т.е. на выходах сумматора 5 образуется величина У+У-2-" Ч. В конце третьего такта величийа у+ передается иэ сумматора 5 в пятый регистр7, одновременно величина У+.( передается иэ пятого регистра 7 в третий регистр 3, а величина у из третьего регистра 3 передается в первый регистр 1В четвертом такте величина х из второго регистра 2 поступает на вторые входы сумматора 5. Величина из первого .регистра 1 поступает на первые входы блока б сдвига, где сдвигается на 1-разрядов вправо, т.е. на выходах блока б сдвига образуется величина У 2.-", которая поступает на четвертые входы сумматора 5. В зависимости от значения величиныполученной на,предыдущей, итерации, в сумматоре 5 нроисходит операция сложения (вычитания) поступивших в него величин х и у 2- , т,е. на , выходах сумматора 5 образуется величина х +, = х + .2-"у В конце четвертого такта величина х+передается из сумматора 5 в четвертый регистр 4, одновременно величина х +1 передается иэ четвертого ре 1 +гистра 4 во второй регистр 2,а величина у,( иэ третьего регистра 3 передается в первый регистр 1.По окончании четвертого такта с выхода знакового разряда первого регистра 1 или с выхода знакового разряда третьего регистра 3 снимается значение функции, показывающейнаправление вращения векторов + = =э 1 сзп (-У+ ), которое используетсяпри выполнении следующей (1+1)-ой итерации.После и-кратного повторения итераций в регистрах 1-4 и 7, образуются результатыв первом регистре 1 - у= Ово втором регистре 2 - х= ЬЩв третьем регистре 3 - У = Ов четвертом регистре 4 - х =йИ= соз агсуу/хв пятом регистре 5 - У =Е =эЫ агс 1 цу/хВходы" регистров 1-4 и 7 используются дляввода в арифметическое устройство начальных значений, а выходы регистров 1-4 и 7 используются для вывода иэ арифметического устройст" ва конечных результатов.Взаимосвязи между узлами арифметического устройства - связи выходов сумматора 5 со входами второго 2 и третьего 3 регистров и связи выходов четвертого регистра 4 с третьими входами сумматора 5 могут быть использованы при вычислении других элементарных Функций, например, 1/х,х, бои х.В этом случае Функции первого 1 и, третьего 3 регистров берут на себя, соответственно, второй 2 и четвертый 4 регистры, а Функции второго 2 и четвертого 4 регистров - первый 1 и третий 3 регистры. Поскольку в каждом такте работыизвестного и предлагаемого устройстзанесения в регистр, длительностьтакта С - величина одинаковая какдля известного, так и для предлагаемого устройства. При вычислении функций Е = =эп.агс 1 ду /х и Й =сов агс 1 ду/х известное устройство дважды реализует алгоритм (1),который требует и-циклов работы устройства по 3 такта в каждом цикле,т.е. известное устройство обладает временем вычислений бпГ, а предлагаемое устройство один раз реализует алгоритм (2), который требует и-циклов работы устройства по 4 такта в каждом цикле, т.епредлагаемое устройство обладает временем вычислений 4 пь. Предлагаемое устройство обладает быстродействием в= бпла/4 п = 1,5, раза большим, чем известное.Эффективность изобретения - повышение быстродействия устройства за счет сокращения времени вычислений. Арифметическое устройство, содержащее первый, второй, третий и четвертый регистры, блок сдвига, сумматор; причем выходы первого и второго регистров подключены к первому и второму входам блока сдвига, соответственно, первый, второй, третий и четвертый входы сумматора подключены, соответственно, к выходам первого, второго, четвертого регистров и к выходу блока сдвига, выход сумматора подключен к первым входам второго, третьего и четвертого регистров, соответственно, выход третьего регистра подключен ко входу первого регистра, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения быстродействия за798823 ННИПИ Эакаэ 10049/66 Тираж 62 одписное илиал ППП Патент, г.ужгоро роектная счет сокращения времени вычислений,в устройство дополнительно введенпятый регистр, причем вход пятогорегистра подключен к выходу сумматора, а выход - ко вторым входам третьего и четвертого регистров, выходчетвертого регистра подключен ковторому входу второго регистра. Источники информации, принятые во внимание прИ экспертизе1. Авторское свидетельство СССР. У 538363, кл. С 06 Г 7/38, 1975.2. Байков В.Д. и Смолов В.Б. Аппаратурная реализация элементарных функций в ЦВМ. Л., 1975, с.3-76 (прототип) .