Конвейерное устройство для вычисления гиперболических функций

СОЮЭ СОНЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК зб 6 С 06 Р 7 548 : ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕИНЫЙНОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) (57)1,КОНВЕЙЕРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯВЫЧИСЛЕНИЯ ГИПЕРБОЛИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ,содержащее три входных регистра, трисумматора-.вычитателя и блок синхронизации причем выходы первого, второго и третьего входных регистровсоединены с первыми информационнымивходами соответственно первого, вто.рого и третьего сумматоров-вычитателей, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения быстродействия при обработке массива чисел,в него введены (2 п) блоков вычйсления итераций (где и - разрядность аргумента), причем информационные входы входных регистров соединены свходами установки начальных условийустройства, управляющие входы входных регистров соединены с выходомблока синхронизации н тактовыми вхо-.дами дублонов вычисления итераций, выходы первого и второго входных регистров соединены с вторыми информационными входами соответственно первого и второго сумматоров-вычитателей, прямой выход знакового разряда,.Ви, 1026141 А третьего входного регистра соединенс.управляющими входами первого и ,второго сумматоров-вычитателей, второй информационный и управляющий входы третьего сумматоравычитателя . соединены соответственно с входом кон. станты устройства и инверсным выходом знакового разряда третьего входного регистра, выходы первого," второго и третьего сумматоров-вычитателей соединены соответственно с первым, вторым и третьим информационными входами первого блока вычисления итераций, выходы с первого по третий 1-го И я 1,2 2 п) блока вычисления итераций соединены соответственно с первого по третий щ информационными входами .(1 + 1)-го блока вычисленйя итераций.2. устройство по п. 1, о т л .ич а ющ е.е с я тем, что блок вычис ления итераций содержит три регистра и три сумматора-вычитателя, первые Я информационные входы которых соединены с выходами соответствующих реги-. стров, информационные входы которых соединены с соответствующими информационными входами блока, тактовый вход которого соединен с.управляющими входами регистров., вьпсоды первого и второго регистров. соединены с вторыми информационными входами соответственно второго и первого сумматоров-вычитателей, управляющие входы которых соединены с прямым вы-. ходом знакового разряда третьего регистра, инверсный выход знакового разряда которого соединен с управляющим входом третьего сумматбравычитателя, второй информационный вход которого соединен с входом кон.станты блока.Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в специализированных вычислительных системах высокой производительности для. вычисления гиперболических функций.В задачах, связанных с цифровойобработкой физической, навигационной и другой информации, требуетсявыполнить операции вычисления гиперболических Функций над массивами чисел, Вычислять данные Функции необходимо также при управлении роботамиманипуляторами от ЭВМ. Причем в системах реального времени требования искорости выполнения данных операций 15очень высоки.Известен цифровой генератор гиперболических функций, содержащий генера-тор тактовых импульсов, элемент запрета, делитель частоты аргумента, счет чик аргумента, делитель частоты участков аппроксимации, элемент задержки,счетчик участков аппроксимации, счетчик результата, регистр, два управляемых делителя частоты, блок 1 , . 25Устройство относится к классу устройств на пересчетных схемах, которыеимеют простую структуру, однако обладают низкой производительностью.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому является устройство, содержащее четыре регистра,три сумматора-вычитателя, два блокасдвига, постоянное запоминающее устройство ПЗУ), счетчик адреса ПЗУ,блок микропрограммного управления.Устройство аппаратно реализуетоперации вычисления функцийВЬ с 1 Ч,.Его быстродействие при вычисленииданных функций не превышает времениТ = 2,5 псм 1 40где и - разрядность обрабатываемыхоперандов,время суммирования двух чисмсел на сумматоре.При реализации этого устройства 45необходим блок памяти для хранения2, констант, а также микропрограммблока микропрограммного управления 2.Недостатком устройства является50низкое быстродействие и большие объемы дорогостоящих блоков памяти дляхранения констант и микропрограмм.Цель изобретения - повышение бы 55.стродействия.Поставленная цель достигается тем,что в конвейерное устройство для вычисления гиперболических функций,содержащее три входных регистра, трисумматора-вычитателя и блок синхронизации, причем выход первого регистра соединен с первым информационным входом первого сумматора-вычитателя, выход второго входного регистра соединен с первым информа ционным входом второго сумматора-вцчитателя, выход третьего входного ре. -гистра соединен с первым входом третьего сумматора-вычитателя, дополнительно введены., (2 п) блоков вычисления итераций где п - разрядность аргумента), причем информационные входы входных регистров сое-.динены с входами установки начальныхусловий устройства, управляющие входы входных регистров соединены с выходом блок синхронизации и тактовымивходами блоков вычисления итераций,выходы первого и второго входных регистров соединены со вторыми информационными входами соответственно первого. и второго сумматоров-вцчитателей,прямой выход знакового разряда третьего входного регистра соединен с управляющими входами первого и .второгосумматоров-вычитателей, второй инФормационный и управляющий входытретьего сумматора-вычитателя соединены соответственно с. входом константыустройства и инверсным выходом знако-вого разряда третьего входного .регистра, выходы первого, второго итретьего сумматоров-вычитателей соединены соответственно с первым, вторым, и третьим информационными входами первого блока вычисления итераций, выходы с первого по третий1-го 1=1,2 2 п) блока вычисления итераций соединены соответственно с первого по третийинформационными входами (1 + 1)-го блокавычисления итераций, причем каждыйблок вычисления итераций содержит,трирегистра и три сумматора-вцчитателя,первые информационные входы которыхсоединены с выходами соответствующихрегистров, информационные входы которых соединены с соответствующимиинформационными входами блока, тактовый вход которого соединен с управляющими входами регистров, выходыпервого и. второго регистров соединены со вторыми информационными вхо- .дами соответственно второго и первого сумматоров-вычитателей, управляющие входы которых соединены спрямым выходом знакового разрядатретьего регистра, инверсный выходзнакового разряда которого соединенс управляющим входом третьего сумматора-вычитателя, второй информационный вход которого соединен с входомконстанты блока. На Фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - схема блока управления.Конвейерное устройство для вычисления Функций МУ и сЬ %содержит и блоков 1 вычисления итерации, блок 2 синхронизации, входы 3 и 4 блока, выход 5 блока синхронизации. Каждый блок 1 вычисления итерации содержит1026141 вправо содержимым регистра 7, а на сумматоре-вычитателе 10 формируется значение Ч, равное сумме или разности между содержимым регистра 8 и сдвинуться на один разряд вправо содержимым регистра б. Данный сдвиг осуществляется путем соединения выходов 1-го разряда регистра 1 11,2 и) с (1 + 1)-м разрядом сумматора-вычитателя. На сумматоревычитателе 11 производится вычитание или сложение, в зависимости от знака , иэ содержимого регистра 8 константы аг 1 Ь 2 , формируемой на входе сумматора-вычитателя 11 путем подачи в его соответствующие разряды значения логического нуля или единицы, т,е. на сумматоре-вычитателе 11 Формируется значениеВо втором такте производится запись результатов вычислений первого блока 1 во второй;Чранись полученных на сумматорах-вычитателях 9-11 первого блока 1 в регистры 6-8 второго блока 1 соответственно. Одновременно в регистр 8 первого блока 1 поступает значение второго операнда,входные регистры 6-8 и сумматоры-вычитатели 9-11.Блок 2 синхронизации содержит триггер 12, генератор 13 импульсов, элемент 14 И, счетчик 15 и элемент 16 ИЛИ-НЕ. 5Алгоритм вычисления функцийбйЧ и Щописывается следующими итерационными формулами 10 Х:Х.+м,31+1-, ;(6)11, если 1 нечетное, которые при начальных значениях х,0 Уо =дают после 2 и итера цйй х = С У = 6 У. Эдесь коэффициент Хо, называемый коэффициентом деформации гиперболического вектора, определяется из соотношения 25 УстРойство работает следующим образом. В первом блоке 1 производится выВ первом такте в регистр б блока .полнение первой итерации над вторым 1 записывается константа Х , регистр операндом, аналогичное в поанало ичное выполнение7 сбрасывается,в "0", а в регистр 8 в первом такте над первым р д30в опе ан ом поступает значение операндав форме а во втором блоке 1 выпоом блоке 1 выполняется втос Фиксированной запятой. ЕслитО, рая итерация над первым операндом,В етьем такте результаты вычис 1регистра 8 равен нулю. Сигналы, и - ий полученные во втором блоке 1,35 лени , получе сту ающие с прямого выхода знаковогоРегистр 8 на управляющиев трзультаты перввходы сумматоров-вычитателей 9 и 10 . й В регистр 8 первого блока 1 порой.и с инверсного выхода знакового Раэ- а т третий операнд. В первомступает т етиряда регистра 8 на управляющий вход сум- б 1 выполняется первая итерацияматора-вычитателя 11 соответственно 0 тьим операндом во втором -4 л локе выпопределяют выполняемую на соответ- - в я итерация над вторым операнствующем сумматоре-вычитателе опера в третьем - третья итерацияцию. Если сигнал, поступающи н П Рвым операндом,причем в трей ауправляющий вход, сумматора-вычитате- " блоке 1 промежуточные резульля, равен логическому нулю, .то вы с регистров 6 и 7 поступают сополняется операция сложения, а если тветственно на сумматоры-вычитателогической единице - вычитание. Та- ,1 О. и 9 со сдвигом на два разрядаким образом, на сумматорах-вычитате- в , а на втором входе сумматоралях 9 и 10 будет выполняться операция ,ателя 11 монтажным способом форсложения, а на сумматоре-вычитателе 50 Рется константа ат 1 Ь 2 11 - вычитание.В дальнейшем результаты предыду- "рих блоков поступают в последующие вый РазРЯд РегистРа 8 Равен 1. В этом блоки, а в ерв й блок поступает но- случае сигнал иэ знакового разрядавый операнд, и т,д причем в каждомрегистра 8, поступая на управляющие 55ч ном и следующем за ним блокевходы сумматоров-вычитателей, опреде- " , точные результаты из регистлит, что на сумматорах-вычитателяхров 6 и, 7 поступают соответственно9 и 10 должно производиться вычитание,ат -вычитатели 10 и 9 соа на сумматоре-вычитателе 11 - сл ж - игом иа один разряд вправо больние.бО шим, чем в предыдущих двух блоках,з м на с мматоре-вычи-, а в выражениях логарифмических аркТаким образом, на сумматорее по аются монтажтателе ор9 ф мируется значение х , рав- тангенсов, которые подна вто е входы сумманое сумме или разности, в зависимо- ным способом а Ры сти от знака ", между содержимым торов-вычитателей 11, степень двойки регистра 6 и сдвинутым на один раэряд 65. возрастает на единицу.В 2 и-м такте на выходных сумматорах-вычитателях 9.и 10 2 и-го блока 1 получаются первые результатывычислений, на сумматоревычитателе9 "СИ , а на сумматоре-вычитателе10 МЧ . Результаты вычисления от первого операнда массива чисел будутполучены через 2 и тактов, а от каждого пжледующего операнда массивачерез один такт.Тактовые импульсы, управляющиеработой устройства, генерирует. блок2 синхронизации, который работаетследующим образом.. Перед началом обработки массивачйсел в счетчик 15 повходу 4 поступает число, равное длине обрабаты.ваемого массива, По входу 3 на триггер 12 поступает сигнал пуска, который. Устанавливает его в состояние ф 1"и сигнал с выхода триггера разрешает 20прохождение импульсов через элемент14 И из.генератора 13 импульсов. Свыхода элемента 14 И тактовые импульсы поступают на регистры устройствапо выходу 5, а также на счетчик 15.С поступлением каждого импульса вустройство информация. продвигаетсяна одну ступень вниз, а из содержимого счетчика 15 вычитается единица. Как только содержимое счетчика станет ЗО равиъ 1 м нулю, т.е., массив чисел обработан, на выходе элемента 16 ИЛИ-.НЕпоявляется сигнал, сбрасывающий триггер 12 в состояние "О", а сигнал с выхода этого триггера запрещает прохождение тактовых импульсов через элемент И 14 на регистры устройства.Устройство работает по конвейерному принципу, поэтому в каждом такте в него можно вводить новый операнд, а на выходе получать новый результат 40 вычисления. При обработке массивов чисел быстродействие устройства определяется длительностью такта обработки данных, которая равна задержке в . одном блоке 1 устройства, т.е. Т = 1. 45 где сь - время сложения иливычитания двух чисел на сумматоре" вычитателе.По быстродействию предлагаемое устройство значительно превосходит прототип при обработке массивов чисел. Быстродействие повышено в .2,5 и раз. Кроме того,в устройстве нет необходимости хранить константы, коли.чество которых равно и, в блокахпамяти, поскольку они подаются насумматоры-вычитатели монтажным, способом, а также не нужен блок памяти для хранения, микропрограмм сложного блока микропрограммного управления, так как, управление устройствомосуществляется от простого блока син.хрониэации.Так как в каждом нечетном и следующем за ним блоке 1.устройства выполняются одинаковые итерации, можно в каждом блоке 1 выполнять подве итерации,поставив на еговходекоммутаторы, подключающие входы входных регистров блока 1 или х выходамсумматоров-вычитателей предыдущегоблока 1 или к выходам .сумматороввычитай.Мй данного блока 1. Тогда,устройство будет содержать и блоков1 вычисления итерации, а его производительность будет определяться соотнсаениемТ = 21 се+ фкцб)где й- задержка информации коммутатором;Промежуточными регистрами в устройстве можно разделять не каждый,блок вычисления итерации,а 2, 3,блоков, что;позволит. сократить затратй на оборудование, однако этоуменьшит производительность,Предлагаемое устройство обладаетвысокой однородностью структуры,.что,позволяет реализовать его в виде боль;ших интегральных схем.