Матричный вычислитель гиперболических функций

(50 С 06 Р 7/54 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНВТОРСНОМЪ( СВИДЕТЕЛЬСТВУ неров о СССР80,СССР79 ачеГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ. (71) Киевский ордена ТрудовогКрасного Знамени институт инжгражданской авиации(54) (57) 1. МАТРИЧНЫЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬГИПЕРБОЛИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ, содержащийсумматор, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью увеличения быстродействия, он содержит вычитатель,два формирователя начальных значенийи матрицу сумматоров, причем выходкаждого 1-го сумматора первойстроки матрицы ( 1 = 1, 2 нгде и - разрядность результата)соединен с первым входом (1 +1)-госумматора первой строки матрицыи с вторым входом ( 1+1)-го сумматора третьей строки матрицы, управляющий вход 1"го сумматора второйстроки матрицы соединен со знаковым выходом ( 1 +1)-го сумматоравторой строки матрицы и управляющимивходами ( 1 +2)-го сумматора второйстроки и 1 -го сумматора третьейстроки, выход 1-го сумматоратретьей строки подключен к первомувходу ( 1 +1)-го сумматора третьейстроки и к второму входу ( 1 +1)-госумматора первой строки, управляющие входы формирователей начальных значений соединены между собой и подключены к управляющему входу второго сумматора второй строки и к выходу знакового разряда первого сумматора второй строки, первый информационный вход которого подключен к входу вычитателя, первый вход ( 1 +1)-го сумматора второй строки соединен с выходом 1 -го сумматора второй строки, первая группа выходов первого формирователя начальных значений соединена с первым входом первого сумматора первой строки и с вторым входом первого сумматора третьей Сз строки, первый вход которого подклюе чен к первой группе выходов второго формирователя начальных значений и к второму входу первого сумматора первой строки, выход л -го сумматора первой строки соединен с первым выходом вычислителя и первьви входами сумматора и вычитателя, вторые входы которых соединены между собой фЬф и подключены к выходу и -го суммато- Ж ра третвей строки и второму выходу Ю вычислителя, выходы сумматора и вы- ф 3 читателя устройства подключены к вивй третьему и четвертому выходам вычислителя, причем группы разрядных входов формирователей начальных значений и вторые входы сумматоров второй строки матрицы подключены к вхо- фр ду логического нуля вычислителя .2. Матричный вычислитель по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что каждый формирователь начальных зн ний содержит первый и второй элементы НЕ, причем выходы первойи второй групп выходов формировате1149251 Э 5 ля соединены соответственно с входами первой и второй групп входовформирователя, а выходы третьейи четвертой групп соединены соответФИзобретение относится к вычислительной технике и может быть применено в качестве спецпроцессора в комплексе с цифровой вычислительной машиной для оперативного вычисления гиперболических функций.Известно устройство, содержащее три сдвиговых регистра, три одноразрядных сумматора, ключ, блок памяти, схему сравнения с константой, О блок управления и три коммутатора, управляющие входы которых соединены соответственно с третьим и четвертым входами блока управления, выходы знакового и информационного 15 разрядов первого и третьего сдвиговых регистров через первый коммутатор соединены соответственно со входом ключа и группой входов схемы сравнения с константой, а выходы 2 О второго и третьего коммутаторов подключены ко вторым входам второго и первого сумматоровНедостатком устройства является относительно низкое быстродействие, определяемое последовательной организацией вычислительного процесса, а также тем, что входная информация представляется в виде последовательности импульсов, Кроме того, для устройства характерна значительная сложность управления вычислительным процессом, связанная с наличием блока памяти и представлением ин" формации в виде последовательности импульс ов.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее двоичный счетчик, четыре сумматора группы злемен О тов И, элемент задержки и дополнительный счетчик, вход которого соединен с выходом третьего элемента задержки, первый выход дополнительного счетчика соединенсо вторым вхо дом четвертого сумматора, второй ственно с управляющим входом формирователя и выходами элементов НЕ,входы которых подключены к управляющему входу формирователя. выход - с первым входом второго сумматора и третьим входом четвертого сумматора, четвертый и пятый вхо-, ды которого соединены соответственно с выходами элементов И второй группы Г 23..Недостатками известного устройства являются невысокое быстродействие, определяемое тем, что вычислительный процесс организован в виде последовательности шагов, а также относительная сложность управления вычислительным процессом.Целью изобретения является увеличение быстродействия и упрощение управления вычислительным процессом.Поставленная цель достигается тем, что в матричный вычислитель гиперболических функций, содержащий сумматор, дополнительно введены вычитатель, два формирователя начальных значений и матрица сумматоров, причем выход каждого 1-го сумматора первой строки матрицы ( 1 =1, 2, ь где П " разрядность результата) соединен с первым входом1 +1)-го сумматора первой строки матрицы и со вторым входом (+1)-го сумматора третьей троки матрицы, управляющий вход 1-го сумматора второй строки матрицы соединен со знаковым выходом ( 1+1)-го сумматора второй строки матрицы и 1-го сумматора третьей строки, выход 1-го сумматора третьей строки подключен к первому входу ( 1 +1)-го сумматора третьей строки и ко второму входу ( 1 +1)-го сумматора первой строки, управляющие входы формирователей начальных значений соединены между собой и подключены к управляющему входу второго сумматора второй строки и выходу знакового разряда первого сумматора второй строки, первый информационный вход которого подключен ко входу вычитателя, первый1149вход (+1)-го сумматора второй строки соединен с выходом -го сумматора второй строки, первая группа выходов первого формирователя начальных значений соединена с первым 5 входом первого сумматора первой строки и со вторым входом первого сумматора третьей строки, первый вход которого подключен к первой группе выходов второго формирователя начальных значений и ко второму входу первого сумматора первой строки, выход п -го сумматора первой строки соединен с первым выходом вычитателя н первыми входами суммато ра и вычитателя, вторые входы которых соединены между собой и подключены к выходу и-го сумматора третьей строки и второму выходу вычислителя, выходы сумматора и вычитателя устройства подключены к третьему и четвертому выходам вычислителя, причем группы разрядных входов формирова. телей начальных значений и вторые входы сумматоров второй строки матрицы подключены к входу логического нуля вычислителя.Каждый формирователь начальных значений содержит первый и второй элементы НЕ, причем вьпсоды первой 30 и второй групп выходов Формирователя соединены соответственно со входами первой и второй групп входов формирователя, а выходы третьей и четвертой групп соединены соответствен- З 5 но с управляющим входом формйрователя и выходами элементов НЕ, входыкоторых подключены к управляющемувходу формирователя.На фиг. 1 представлена схема 40 матричного вычислителя гиперболических функций для случая, когда и = 3;на Фиг. 2 - схема первого формирователя кодов; на Фиг. 3 - схема второго формирователя кодов для случая, 45когда й = 6.Матричный вычислитель гиперболических функций (фиг. 1) содержитсумматоры 1 матрицы, вычитатель 2,два формирователя 3 начальных значений, вход 4, первый 5, второй 6,третий 7 и четвертый 8 выходы, сумматор 9.формирователи начальных значений (фиг, 2 и 3) содержат элементы55НЕ 10.Матричный вычислитель гиперболических Функций реализует вычисление251 4Х =- сЬ", У = вЬс и функциит 2В основу функционирования устройства положено выражение Х; = сЬ(а 1+ да; ) =сЬ Ьа, (Х;+У; Ь да;)т;,= вЬ(Ы + дК ) Ььм,; П;+=О, 03135 где Начальные значения Х, У определяются следующим образом: при У (д 1 ) 3 0 Я 1 р Е 1Х 1= С(Хр+ о 2-2)где Хр =сЬ доС,=сЬ 0,549306 = =1,1547002,ф = вЬ и 1 вЬ Оф 5493060,5773497,ЙС= П с% Й 6611=2В частности; при ь 4С = 1,0435643, а начальные значения Х и У, вычисленные по выражению (3) соответственно при Е = 1, состав- ляют Х 1 щ 1 ф 3555513 У = 0,9037004(5) или по выражению (4) при Е= 0 со- ставляют Х 0,0534179;У= 0,3012332 (6) Далее вычислительный процесс реализуется по выражению(2) в двоичной системе счисленияпри= 5:Ьо= 1 О О 0 45ьсС 2= 0 1 0 0 0 (12)ЕМ,= 0 0О О50лес 0 О 0 1 0ьо 0 0 0 0 1Разделим условно разряды значений 55ЬЫ, на две группы. К левой группебудут относиться разряды, принимающиенулевые значения в выражении (12), а ко второй группе - разряды, принимающие единичные значения в выражении (12) .Запишем значения Х и У, выражений (5) и (6) в двоичной системе счисления при и = 6,Е=1,Х= 1 0У=О 1 1 1Е=О, Х= 0У = 0 0 1 01 1 0 1 10 0 (13)О О 10(14) По аналогии с описанным разделим разряды значений Х, вычисленные по выражениям и (3) и (14), и У вычисленные по выражениям (13) и. (14), на четыре .группы. К первой группе будут относиться разряды, принимающие нулевые значения в Х выражений (13) и (14) и в У выражений (13) и (14), ко второй - соответственно единичные значения. К третьей, группе будут относиться разряды, принимающие значение Е в Х выражений (13) и (14) и в У, выражений (13) и (14), и к четвертой группе - соответственно разряды, принимающие значение Е, Для значений У, .У представленных выражениями (13) и (14) (обозначим их Х 1 ф, уф), можно записатьХ= .1 О Е 0 Е 1,Уф= 0 Е 1 Е 0 Е (15)К первой группе входов относятся те разряды второго входа каждого1=го сумматора 1 второй строки,которые соответствуют первой групперазрядов значений ЬК; в выражении(12), а ко второй - соответственноразряды, которые соответствуют второй группе разрядов значений Вс;К первой, второй, третьей и четвертой группам выходов первого и второго формирователей 3 начальных значений относятся те разряды, которыесоответствуют первой, второй,третьей и четвертой группам разрядов в выражении (15), причем первыеи вторые группы выходов соответствуют первой и второй группам входов.Иатричный вычислитель гиперболических функций работает следующимобразом.На вход 4 подается значение Ч .В устройстве происходит переходныйпроцесс, после окончания которогов первом сумматоре 1 второй строкиопределяется значение Уо=ф- а о;поступающее на первый вход второго сумматора 1 этой же строки. На выходе знакового разряда первого сумматора 1 второй строки образуется сигнал Е поступающий на управ ляющие входы формирователей 3 началь-ных значений и второго сумматора 1 этой же строки. Благодаря Е с выхода первого формирователя 3 начальных значений в соответствии с выра жениями (3) и (4) значение Х поступает на первый вход первого сумматора 1 первой строки и со сдвигом 2Х на второй вход первого сумматора 1 третьей строки, на первый 15 вход которого с выхода второго формирователя 3 начальных значений поступает значение , которое со сдвигом на 2разрядов, т.е.2 э У, поступает на второй вход первого сумматорапервой строки.Во втором сумматоре 1 второй строки по выражению (7) вычисляется значение1 = адо 2а из выхода знакового разряда его по выражению (8) образуется сигнал Е поступающий на управляющие входы первых сумматоров 1 первой и третьей строк и третьего сумматора 1 второй строки. Благодаря этому в первом ЗО сумматоре 1 первой строки по выражению (9) вычисляется значение Х Х+ 6 У 2-5, поступающее на первый вход второго сумматора этой же строки, и со сдвигом 2 Х - на 35 второй вход второго сумматора третьей строки. В первом сумматоре 1 третьей строки по выражению (9) вычисляется значение 7 У+Е,Х, 2 поступающее на первый вход второго 40 сумматора 1 этой же строки, и со сдвигом 2 7 - на второй вход сумматора 1 первой строки. Аналогичным образом в каждом ( 1 +1)-ом сумматоре 1 второй строки по выражению (7) 45 реализуется вычисление значения У 1 с Ч, - ;1 Ьс; , поступающее на первый вход ( +2)-га сумматораэтой же строки, а из выхода знакового разряда его в соответствии 50 с выражением (8) образуется значение Е, поступающее на управляющие входы 1-ых сумматоров 1 первой и третьей строк, и (1 +2) -го сумматоравторой строки, 55В 1-ом сумматоре 1 первой строки по выражению (9) вычисляется значение Х;,= Х; + Я;7 2 ( поступающее на первый вход (1 +1)-го сумматора 1 этой же строки, и со сдвигом Х;2 (+э на второй вход ( 1 +1)-го сумматора 1 третьей строки. В 1-ом сумматоре 1 третьей строки по выражению (9) вычисляется значение У = у. + , Х,2 (2) поступающее на первый вход ( 1+1)-го сумматора 1 этой же строки, и со сдвигом У;, 2 на второй вход(1 +1)-го сумматора 1 первой строки. И, наконец, на выходе о-го сумматора 1 первой строки и соответственно на первом выходе 5 по выражению (9) образуется значение сЬ М, на выходе-го сумматора третьей строки и соответственно второму выходу 6 по выражению (9) образуется значение У , = зЬ Ч , а на выходе сумматора 1 и третьем выходе 7 по выражению (10) образуется значение= е, а на выходе вычитателя 2 и четвертом выходе 8 по выражению (11) образуется значение г = е -" . Эффективность изобретения заключается в повышении быстродействия устройства за счет того, что в отличие от известного устройства, в котором вычислительный процесс организован в виде последовательности шагов, в предлагаемом устройстве вычисление всех четырех функций Х = сЬ У, 7 =,вЬ 1, г= е и г = е реализуется за один такт, т,е. за время переходного процесса в схеме, равное времени задержки сигнала между входом и выходом устройства. В частности, при изготовлении его на интегральных схемах 155-й серии К 155 ИПЗ, К 155 ИП 4 и при в=16 время задержки сигнала между входом и выходом устройства составляет 960 нс. Кроме того, в отличие от известного устройства, в котором для органиэации вычислительного процесса используется достаточно большой объем управленческой информации, в предлагаемом устройстве управленческая информация не используется (благодаря тому, что оно является комбинационным), а вычислительный процесс начинается с момента подачи на входную выну исходной информации . Это способствует применению устройства в качестве спецпроцессора в составе вычислитель1149251 ных систем для реализации вычислений в натуральном масштабе времени, например, управления технологичесСоставитель В.ВенцельТехред С.Мигунова Редактор Н.Егорова оррек,Пилипен аказ 1894/34 10 Подпственного комитета СССбретений и открытий, Ж, Раушская наб.,н дилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Тираж НИИПИ Госуд по делам и 13035, Моск кими процессами или динамическимйобъектами в режиме их нормальногоФункционирования.