Устройство для вычисления элементарных функций

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 5 р с 06 Р 7/55 ЕТЕНИЯВУ ЗОБ ТЕЛЬСТ Н,фурс ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ И Н АВТОРСКОМУ СВИДЕ(56) 1. Авторское свидетельство СССР И 640290, кл. С Об Р 7/552, 1977,2. Авторское свидетельство СССР У 553612, кл, О 06 Р 7/552, 1975 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ФУНКЦИЙ, содержащее три сумматора, четыре регистра, блок ана" лиза и блок управления, первый выход .которого соединен с тактовыми входами первого, второго и третьего регистров выходы мпадших разрядов которых со.единены с первыми входами соответствующих сумматоров, выходы которых со" единены с информационными входами соответствующих регистров, выходы разрядов первого и вторОго регистров соединены соответственно. с первым-и вторым входами блока анализа, второй выход блока управления соединен с управляющим входом четвертого регистра, информационный вход которого соединен с выходом разрядов третьего регистра, о т л и ч а ю, щ е е с я тем, что, с целью расширения класса решаемых задач за счет возможности дополнительного вычисления обратной величины квадратного корня из числа, в него введены" .пятый и шестой регистры и три элемента И,причем третий и чет" вертый. выходы блока управления соединены соответственно с третьим и чет" вертым входами блока анализа, первый выход которого соединен с первым входом первого элемента И, второй вход,8010249 и выход которого соединены соответственно с выходом пятого регистра и вторым входом первого сумматора, управляющий вход и информационный входпятого регистра соединены соответственно с вторым выходом блока управления и выходом разрядов первого регистра, вход установки которого соединен с пятым выходам блока управления и входом установки третьего ре"гистра, второй выход блока управлениясоединен с управляющим входом шестого регистра, информационный вход ивыход которого соединены соответственно с выходами разрядов второго регистра и первйм входом второго элемента И, второй вход которого соединен со вторым выходом блока анализа фуи первым входом третьего элемента И, фф фвторой вход которого соединен с выхо" С,дом четвертого регистра, выходы второго и третьего элементов И соединены фс вторыми входами соответствующих сумматоров,2. Устройство по п,1, о т л и"ч а ю щ е е с я тем, что блокуправления содержит генератор импульсов, элемент задержки, счетчик, )дешифратор-шифратор,:триггер, два ф,элемента И и два элемента ИЛИ, причемвход запуска блока соединен с первымвходом первого элемента ИЛИ и черезэлемент задержки с входом запуска генератора импульсов, выход которогосоединен со счетным входом счетчика и рпервыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера, выходыпервого и второго элементов И соединены с входами второго элемента ИЛИ,1024914 мента И и триггер, причем первый и второй входы блока соединены с .первым и вторым входами схемы сравнения, прямой и инверсный выходы которой соединены с. первыми входами первого и второго. элементов И, вторые входы кото, рых соединены с третьим входом блока, четвертый вход которого соединен с первыми входами .третьего и четвертого элементов И, вторые входы которых со" единены соответственно с прямым и ин" версным выходами триггера, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго элементов И, выходы третьего и четвертого элементов И соединены соответственно с первьм и вторым выходами блока анализа. Изобретение относится,к вычисли"тельной технике и может быть использовано для аппаратной реализации опе"рации вычисления квадратного корняи его обратной величины в вычисли 5тельных и управляющих системах, в устройствах автоматики, телемеханики,контроля и т.д.Известно устройство для извлеченияквадратного корня, содержащее два 10сумматоратри регистра, схему сравнения и блок управления 1 1,Недостатком этого устройства явля"ется невозможность получения. обратнойвеличины квадратного корня, низкие 15функциональные воэможности.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является устройство для вычисления элементарныхфункций, содержащее четыре сумматора Овычитателя, четыре регистра, блок памяти, блок анализа знака и блок управ-ления, причем выходытрех сумматоров"вычитателей соединены через соответствующие регистры со своими входами, 25вторые выходы первого и второго регистров соединены с первым и вторымвходами блока анализа, второй выходтретьего регистра соединен с входомчетвертого регистра, первый выходблока управления соединен с управляющими входами первого-третьего регистров, второй выход - с управляющим выход счетчика соединен с входом дешифратора-шифратора, первый выход ко-,торого соединен с входом установкисчетчика и входом останова генератораимпульсов, второй и третий выходы де",шифратора-шифратора соединены соответственно с первым входом триггераи вторым входом первого элемента ИЛИ,вцход которого соединен с вторым входом триггера, выходы первого элемента И, второго элемента ИЛИ, первого элемента ИЛИ, прямой выход триггера и вход запуска блока соединенысоответственно с первого по пятыйвыходами блока управления,,3. Устройство по и,1, о т л и "ч а ю щ е е с я тем, что блок анализасодержит схему сравнения, четцре эле 2входом четвертого регистра. Это устройство предназначено для вычисЛения либо квадратного корня, либо квадрата аргумента 2 1Однако известное устройство не предназначено для одновременного вычисления квадратного корня и его обратной величины, т.е ограниченные функциональные возможности.Цель изобретения - расширение класса решаемых задач за счет возможности дополнительного вычисления обратной величины квадратного корня из числа.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для вычисления элементарных функций, содержащее три сум" матора, четыре регистра, блок анализа и блок управления, первый выход которого соединен с тактовыми входами первого, второго и третьего регистров, выходц младших разрядов которых соединены с первыми входами соответствующих сумматоров, выходы которых соединены с информационными входами соответствующих регйстров, выходы разрядов первого и второго регистров соединены соответственно с первым и вто" рым входами блока анализа, второй выход блока управления соединен с уп" равляющим входом четвертого регистра, информационный вход которого соединен с выходом разрядов третьего регистра, введены пятый и шестой регистры и3 10249три элемента И, причем третий и четвертый выходы блока управления соединенц соответственно с третьим и чет"вертым входами блока анализа, первыйвыход которого соединен с первым вхо- %дом первого элемента И, второй вход ивосход которого соединены соответственно с выходом пятого регистра и вторым, входом первого сумматора, управляющий вход и информационный вход пятого 10регистра соединены соответственно свторым выходом блока управления и вы.ходом разрядов первого регистра, входустановки которого соединен с пятымвыходом блока управления и входом ус Зтановки третьего регистра, второй выход блока управления соединен с управляющим входом шестого регистра, информационный вход и выход которого соедииены соответственно с выхОдами разря" 20дом второго регистра и первым входомвторого элемента И, второй вход которого соединен с четвертым выходомблока анализа и первым входом третьего элемента И, второй вход которого Исоединен с выходом четвертого регистра, выходы второго и третьего элементов И соединены с вторыми входамисоответствующих сумматоров,Кроме того, блок управлениясодер- ЗОжит генератор импульсов, элемент за"держкисчетчик, дешифратор-шифратор,триггер, два элемента И и два элемен"та ИЛИ, причем вход запуска блокасоединен с, первым входом первого эле-мента. ИЛИ и через элемент задержки свходом запуска генератора импульсов,выход которого соединен со счетнымвходом счетчика и первыми входами пер.еого и второго элементов, И, вторыевходы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходамитриггера, выходы первого и второгоэлементов И соединены с входами второго элемента ИЛИ, выход счетчикасоединен с входом дешифратора-шифратора, первый выход которого соединенс входом установки счетчика и входомостанова генератора импульсов, второйи третий выходы дешифратора-шифраторасоединены соответственно с первымвходом триггера и вторым входом пер"вого элемента ИЛИ, выход которого со"единен с вторым входом триггера, выходы первого элемента И, второгоэлемента ИЛИ, первого элемента ИЛИ,прямой выход триггера и вход запускаблока соединены соответственно с первого по пятый выходами блока управ14 4 пения. При этом. блок анализа содержит схему сравнения, четыре элемента И и триггер, причем первый и второй входы блока соединены с первым и вторцм входами схемы сравнения, прямой и инверсный выходы которой соединены с первыми входами первого и второго эле ментов. И, вторые входы которых соединены с третьим входом блока, четвертый вход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого элемен- тое И, вторые входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго эле- ментов И, выходы третьего и четвертого элементов И соединеыы соответстеен но 0.первым и вторым выходами блока анализа,На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 " структурная схема блока анализа; на фиг.3 - структурная схема блока управления.Устройство для вычисления эле" ментарных функций содержит сумматоры .1-3, регистры 4-9, блок 10 анализа, элементы И 11"13, блок 14 управления, входы 15 и 16 и выходы 17"19 устройст,еа.Блок 10 анализа (фиг,2) содержит схему 20 сравнения, триггер 21, элементы И 22-25, входы 26-29 и выходы 30 и 31.Блок 14 управления (фиг.3) содер" жит генератор 32 импульсов, работающий в старт-стопном режиме, счетчик 33, дешифратор-шифратор 34, триггер 35, элементы И 36 и 37, элементы ИЛИ 38 и 39, элемент 40 задержки, вход 41 запуска и ецходы 42-46.Вычисление квадратного корня и его обратной величины производится по алгоритму, содержащему разностные рекуррентные соотношения Х =х, Х =Х -К а 1" 4 х, о 1 1+1 Х-6+1) "о-"1 1+1 "+%"1 1 "и фЗЩО где 1=0п - порядковый номер итерации; и - число разрядое аргумента х;10249-1К,= (1+. ) - коэффициент коррекции6+Ро результата.Соотношение Е реализуется в сумматоре 1 и регистрах 4 и 8, соотнаше" 5 ние х- в сумматоре 2 и регистрах 5 и 9, соотношение ц - в сумматоре 3 и регистрах 7 и 9, Зйачение цифры о определяется в блоке 10 анализа. каждое. из соотношений вычисляется после в довательно в каждой итерации, причем все соотношения вычисляются одновременно.Вычисление укаэанных функций осуществляется следующим образом. 15Первоначально в регистр 5 заносится по входу 15 аргумент Х и подается стартовый импульс на вход 16. Последний устанавливает в регистр 4 значение коэффициента 1/К (равноеИ20 0,495248), в регистр 6 - значение единицы, Значения в регистрах 4-6 соответственно повторяются в регистрах 7-9, По стартовому импульсу, а затем по импульсам конца итерации в блоке 10 25 анализа определяется значение цифры д;, которое запоминается триггером 21, Затем включается генератор 32 импульсов в блоке 14 управления, на втором выходе которого появляются в каждой 1 р итерации импульсы сдвига один импульс сдвига для первой итерации, два импульса для второй и т.д.), Содержания регистров 7-9 сдвигаются, Затем импульс начала итерации, соот 35 ветствующий последнему импульсу сдвига, переводит триггер 35 в блоке 14 управления в нулевое состояние и с первого выхода блока 14 управления пода" .ются импульсы продвижения, которые40 продвигают содержания регистров 4"6 и 7-9 на соответствующие входы сумматоров 1-3 В этот момент времени на блок 10 анализа с четвертого выхода блока 14 управления поступает импульс45 бланка, при помощи которого значения цифр д. и д передаются для управления .элементами И 11-13, Содержания регистров 7-9 подаются на вторые входы сумматоров 1-3 при открытых элементахг И 11-13, причем одновременно могут бытьоткрыты либо элемент И 11, либо эле" мент И 12-13, Результаты суммирования14 6с выходов сумматоров 1-3 передаютсямладшими разрядами вперед и освобождающиеся при продвижении информациистаршие разряды регистров 4-6 и продвигаются к их началу (в сторонумладших разрядов), Последний импульссдвига соответствует импульсу концаитерации. Очередная 1-я итерация закончена, триггер 35 в блоке 14 управления переводится в единичное состоя.ние и с второго выхода блока 14 выдается последовательность импульсовсдвига для следующей (1+1) -й итерации,После выполнения и итераций в регистрах 4-5 находится значение квадратного корня, в регистре 6 - значение.его обратной величины.Время вычисления двух указанныхфункций для последовательного принципа работы (последовательные однораз-.рядные сумматоры и регистры сдвига)равно в тактахТ= п(п+щ+ ( ,где в"- 11 од- число дополнительных защитных разрядов для компенсации погрешнос ти усечения чисел при их сдвиге за пределы и-разрядной сетки. Время вычисления двух указанныхфункций для параллельного принципаработы (параллельные сумматоры и мат.ричные сдвигатели) равно в тактах Т==2 п.Погрешность вычисления в общем случае при использовании дополнительныхи разрядов в регистрах устройствавсегда меньше единицы последнего п-годвоичного разряда.По сравнению с известным предлагаемое устройство обеспечивает расширенные функциональные возможности,так как обеспечивает одновременноевычисление квадратного корня и его об"ратной величины,Благодаря большому быстродействиюприменение предлагаемого устройствапозволяет повысить производительностьвычисления, особенно при большой частоте обращения к данным операциям..Заказ 1 н Подпкомитета СССРи открытийушская наб., д. илиал ППП "Патент", г. Ужгоро роектн Тираж 706 Государственног елам изобретений Москва, Ж"35, Ра