Устройство для вычисления логарифмической функции

,12.80 ( 2 Заявлено 1) М. 2 1327 1/18-2 6 Р 7/55 с присоединением заявки М ГаеударетеекоыЯ комитет СССР ао делам взобретеккЯ к открытой(71) Заявитель восиб электр отехниче 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ЛОГАФУНКЦИИ ФМИЧЕСК Наибвляется етчик,1Изобретение относится к цифровой вы- числительной технике и может быть использовано в вычислительных и информационно-измерительных устройствах и системах, а также в устройствах автоматики для вычисления илк ормировакия логарифмической функции.Известно цифровое устройство, предназначенное для вычисления логарифмов чисел, заданных в виде параллельного двоичного кода, в котором вычисление осуществляется с помощью итерационной процедуры многократного решения ревностных рекуррентных соотношений, реализующих численный алгоритм "цифра за цифрой" Я .Недостатки данного устройства - ма лое быстродействие и громоздкость, так как сложная многотактная логика работы, требует значительных аппаратурных заее близким к предлагаемомустройство, содержащее двоичныйключающий группу кз 1 с старших и гру 1 шу из щ младших разрядов, (оп+1)-разрядный регистр сдвига, элемент ИЛИ, три группы ключевых схем, ждущий генератор импульсов сдвига,матричную схему определения поправок, триггеры памяти и распределитель кмпулв сов, при этом выход переполнения группы младших разрядов счетчика соединен со входом ждущего формирователя импульсов сдвига, выход которого соединен со входом регистра сдвига, выход первого к второго разрядов которого через монтажный элемент ИЛИ соединен с первым входом первой ключевой схемы первой группы, а выходы третьего и йоследующих разрядов - с первыми входами соответственно второй и последующих ключевых схем первой группы, выходы ключевых схем первой группы соедкнены соответственно со счетнымк входами старшего. к последующих по старшинству в порядке убывания разрядов из группы младших разрядов счетчика, а вторые входы - со входом устройства, выходы подгруппы (3 9550 старших разрядов из группы младших разрядов соединены со" входами матричной схемы определения поправок, выходы ко-, торой соединены с первыми входами второй группы ключевых схем, вторые входь 1 которых соединены с первыми выходами распределителя импульсов, а выходысо входами триггеров памяти, выходы которых соединены с первыми входами третьей группы ключевых схем, вторые 1 О входы которых соединены со вторыми выходами распределителя импульсов, а выходы - со счетными входами подгруппы Р младших разрядов из группы младших разрядов счетчика, начиная со второго 15 по старшинству разряда 2.Недостатками устройства являются . пониженное быстродействие, сравнительно невысокая точность вычислений и сложность конструкции. 20Низкое быстродействие связано с тем, что на проведение коррекции по окончании поступления входного кода с целью получения уточненного результата необходимо дополнительное время, примерно равное по 25 длительности 2 Р тактам распределителя импульсов. Это исключает также возможность использования устройства для воспроизведения логарифмической функции с приемлемой точностью в реальном времени.Поправка определяется,по содержимому лишь небольшого числа старших разрядов мантиссы, в силу чего и сама поправка принимает приближенные значения,35 характеризуемые небольшим числом разрядов. Абсолютная погрешность вычисле ний составляет при этом не менее двух единиц дискретности кода мантиссы, При использовании большого числа разрядов40 для определения поправки резко возрастают аппаратурные затраты на и беэ топо сложные узлы определения и внесения поправок. Цель изобретения - повышение быстро 45 действия и точности устройства.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее первый счетчик, группу ключей, первый элемент ИЛИ и регистр сдвига, выходы первого и второго разрядов которого соединены со входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом первого ключа группы, первые входы осталь цых ключей группы соединены с соответствующими выходами, начиная с третьего, регистра сдвига, выходы ключей группы соединены со входами группы младших 44 4разрядов первого счетчика, дополнительновведены второй счетчик, дешифратор добавления импульса, дешифратор пропускаимпульсов, два элемента задержки, дваэлемента И и второй элемент ИЛИ, выход которого соединен со вторыми входами ключей группы, тактовый вход второго счетчика соединен со входом устройства, первыми входами первого элемента И и первого элемента задержки, выходы элементов И соединены со входамивторого элемента ИЛИ, выход второгосчетчика соединен со входами дешифраторов добавления и пропуска импульсов,выходы которых соединены соответственно с первым входом второго элемента Ии входом второго элемента И и входомвторого элемента задержки, выходы первого и второго элементов задержки соединены соответственно со вторыми вхо. дами второго и первого элементов И,вь.ход переполнения группы младших разрядов первого счетчика соединен с тактовым входом регистра сдвига.На чертеже представлена блок-схема.устройства.Устройство содержит счетчик 1, группы младших 3 и старших 2 разрядовсчетчика 1, регистр 4 сдвига, элементИЛИ 5, группу 6 ключей, счетчик 7, дешифраторы добавления 8 и пропуска: 9импульсов, элементы 10 и 11 задержки,элементы И 12 и 13, элемент ИЛИ 14и вход 15 устройства.Алгоритм работы предлагаемого устройства так же как и известного устройства основан на воспроизведении кусочно-линейного приближения к логарифмической функции с помощью управляемогоделителя частоты, регистра сдвига исчетчика порядка и на внесении в соответствии с кривой погрешности в результат вычислений поправок. Но в отличиеот известного устройства поправка вносится не по окончании, а в процессе вычислений и таким образом,.чтобы абсолютное значение методической погрешности вычислений в пределах каждой октавыне превышало половины погрешности дис-кретности.Точки, в которых необходимо в каждойоктаве осуществлять коррекцию, могутбыть определены как расчетным, так играфическим путем,Коррекция может осуществляться следующим образом.Всякий раэ, когда на восходящем участке кривой погрешности устанавливаетсязначение кода аргумента, соответствую98504 Так как число добавляемых в ходе коррекции импульсов ка восходящем участке кривой погрешности всегда равно числу пропускаемых впоследствии на нисходящем участке, то к моменту перехода на новую октаву число поступающих на группу 3 счетчика 1 импульсов уравнивается с общим числом входных импульсов на данной октаве, благодаря чему переход на следующую октаву осушествлящее точке коррекции, к линейному приближению мантиссы необходимо прибавить единицу младшего разряда. Апнаратурно это может быть реализовано добавлением в младший разряд кода линейного прибли 5 жения мантиссы данной октавы в выбранных точках задержанного входного импульса. При отработке нисходящего участка кривой погрешности всякий раз, когда устанавливается значение кода аргумента, 10 соответствующее точке коррекции, от скорректированного ранее линейного приближения мантиссы необходимо вычесть единицу младшего разряда данной октавы. Это может быть реализовано с помощью про пуска соответствующих входных импульсов. Число импульсов, добавляемых на восходящем участке, должно быть равно числу пропускаемых на нисходящем участке, 20Устройство работает следующим образом.В исходном положении все разряды счетчиков 1 и 7 устанавливаются в нулевое состояние, а в первый (старший) 25 разряд регистра 4 сдвига записывается единица, благодаря чему через элемент ИЛИ 5 открыт первый ключ из группы 6. Аргумент Х в число-импульсном коде подается на вход 15 устройства, откуда он поступает на счетный вход счетчика 7, элемент И 12 и через элемент 11 задержки - на элемент И 13. До тех пор, пока не сработает ни один из дешифраторов 8 и 9, добавления и .пропуска им 35 пульсов соответственно элемент И 12 открыт, а элемент И 13 закрыт, и импульсы входной последовательности через элементы И 12 и ИЛИ 14 поступают на вторые входы ключей группы 6. После поступления первых двух импульсов на выходе управляемого делителя частоты, образованного .группой 3 младших разрядов счетчика 1, появляется сигнал переполнения, который заносится в счетчик порядка, образованный группой 2 старших разрядов счетчика 1, а также поступает на тактирующий вход регистра 4 сдвига. Единица перемещается влево во второй разряд и тем самым через50 элемент ИЛИ 5 снова открывает первый ключ группы 6. Следующее переполнение группы 3 будет при поступлении импульса входной последовательности, имеющего номер 4. В счетчике порядка сформируется код, равный двум, а единица в55 регистры 4 сдвига переместится в третий разряд,.тем самым открывая второй ключ группы 6. Последующие переполнения 4 6группы 3 младших разрядов счетчика 1 имеют место при поступлении импульсов входной последовательности с номерами 8, 16, 32 т,е. равными 2 ( А =3, 4, 5,), а в группе 2 старших разрядов этого же счетчика формируется код порядка вычисляемой логарифмической функции.Всякий раз, когда в счетчике 7 уста навливается значение кода аргумента, соответствующее очередной точке коррекции в данной октаве на восходящем участке кривой погрешности, срабатывает дешифратор 8 добавления импульсов и открывается элемент И 13. Импульс входной последовательности, соответствующий данному коду, задержанный элементом 11 задержки, добавляет дополнительную единицу к содержимому группы 3 счетчика 1. Чтобы обеспечить необходимое разрешение с целью надежного срабатывания разрядов счетчика, время задержки 11 элемента должно превышать длительность входных импульсов. Последующий импульс входной последовательности устанавливает в счетчике 7 код, при котором разрешающий сигнал с выхода дешифратора 8 снимается и элемент И 13 закрывается.Во второй половине октавы все дополнительные ранее импульсы в соответствующие моменты времени необходимо вычесть. С этой целью всякий раз, когда в счетчике 7 устанавливается значение кода, соответствующее очередной точке коррекции в данной октаве на нисходящем участке кривой погрешности, срабатывает дешифратор 9 пропуска импульсов, Через время, определяемое элементом 10 задержки, которое также должно быть не менее длительности входных импульсов, элемент И.12 закрывается и следующий импульс входной последовательности на группу 3 счетчика 1 на проходит, а поступает только на счетчик 7, Код в нем изменяется, и через время задержки элемента 10 запрет с элемента И 13 снимается.044 7 955ется безошибочно, а именно в моментыпоступления щодных импульсов с номерами равными 24Таким образом, в предлагаемом устройстве в реальном времени, т.е, в темпе Впоступления входнойинформации, в счет-.чике 7 формируется линейный код аргумента, в группе 2 старших разрядовсчетчика 1 - код порядка логарифмической функции по основанию два, а в груп 1 Опе 3 младших разрядов счетчика 1 - кодмантиссы с погрешностью, не превышающей половины погрешности дискретностикаждой октавы.Для дешифрации кодов точек коррекции,Э могут быть использованы комбинационные схемы двуступенчатой логики И-ИЛИ, реализовашые на дискретных интегральных системах малого уровня интеграции или с применением БИС программируемых 20 логических матриц (ПЛМ), а также программируемые постоянные запоминающие устройства ППЗУ).Общее число дешифрируемых точек коррекции зависит от диапазона и равно 23 сумме чисел точек коррекции в пределах каждой используемой при вычислениях октавы. Так например, для разрядности аргумента при двоичцо-кодированном представлении, равной й 8, 12, 16, полное Зр число дешифрируемых состояний равно соответственно 44, 704 и 11280. Необходимый полный информационный объем памяти при использовании для дешифрации ППЗУ составляет в этом случае 2 дву- З разрядных слова именно 512, 8192, 131072 бит соответственно. Как. видно, применение ППЗУ сопровождается большой избыточностью, так как число дешифрируемых состояний составляет незначительную долю от оощего числа состоя-. ний счетчика 7. Ири тех же разрядностях аргумента числа разрядов й и к групп 3 и 2 счетчика 1, равные соответственно О =И -1, Зс=ЕМ 18 офп , принимают значения Ф 7, 11, 15; К 3,4,4.Дополнительным преимуществом предлагаемого устройства, является то, что помимо кода логарифмической функции в нем синхронно формируется и линейный код аргумента, что полезно при исполь- . эовании в различного вида функциональных развертывающих преобразователях исистемах. формула изобретения Устройство для вычисления логаримической функции, содержащее первыйсчетчик, группу ключей, первый элементИЛИ и регистр сдвига, выходы первогои второго разрядов которого соединенысо входами, первого элемента ИЛИ, выходкоторого соединен с первым входом первого ключа группы, первые входы остальных ключей группы соединены с соответствующими выходами, начиная с третьего,регистра сдвига, выходы ключей группысоединены с входами группы младшихразрядов первого счетчика, о т л и ч а -ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены второй счетчик, дешифратор добавления импульса, дешифратор пропуска импульса,два элемента задержки, два элемента Ии второй элемент ИЛИ, выход которогосоединен со вторыми входами ключей группы, тактовый вход второго счетчика соединен со входом устройства, первыми входами первого элемента И и первого эле-мента задержки, выходы элементов Исоединены со входами второго элементаИЛИ, выход второго счетчика соединен .со входами дешифраторов добавления ипропуска импульсов, выходы которых соединены соответственно с первым входомвторого элемента И и входом второго элемента задержки, выходы первого и второго элементов задержки соединены соответственно со вторыми входами второгои первого элементов И, выход переполнения группы младших разрядов первогосчетчика соединен с тактовым входомрегистра сдвига.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР448459, кл. Я 06 Р 7/38, 1976.2. Авторское свидетельство СССР235395, кл. Я 06 Р 7/38, 1969955044 оставитель А.екред А. Ач ин Корректор М арош 1. Пчелинская и однис кое СР аз 6438/53 Тираж 731 ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Раушитета С откр ыти схая на д. 5 илиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектна