Вычислительное устройство цифровой интегрирующей структуры

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯ 703840 Сфез Советских Социалистических Республик(51)М, Кл,2 6 06 Х 1/02 Госудаарственный кои нтет ССС.Р по дмам кйобретеннй н открыткй(53) УДК 681.З 25. .59(088,8) Дата опубликования описания 17.1279 В. Ф. Гузик, Р. М. Крюков и И. М. Криворучко(71) ЗаЯВИТЕЛЬ Таганрогский радиотехнический институт имениВ. Д. Калмыкова(54) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ЦИФРОВОЙ ИНТЕГРИРЯОЩЕЙ СТРУКТУРЫ Изобретение относится к вычислительной технике.Известно вычислительное устройство (1), содержащее регистр и сумматор 5подынтегральной функции, регистр исумматор остатка интеграла, узел умножения, узел масштабирования, узелвыделения выходных приращений, два:элемента задержки, регистр хранения 10 ;кода операции, узел выполнения операии ограничения, узел выполнения знаковой функции и узел настройки решающего блока.Недостатком этого вычислительно- го устройства является то, что прирешении задач на цифровых интегрирующих структурах (ЦИС), построенных.на его основе, возникает необходимость предварительного масштабирова. ния задач, а это самый трудоемкий Ю этап подготовки задач к решению на ЦИС. Кроме того его недостатком является невысокая точность вычислений,Из известных вычислительных устройств наиболее близким по технической сущности к изобретению является вычислительное устройство, описанное в 2).Оно содержит сумматор входных приращений, входы которого соединены с 30 2входом устройства и выходом узламасштабирования, а выход -.со входомсумматора подынтегральной функции,второй вход которого соединен с выходом регистра подынтегральной функции, вход которого соединен с выходом узла масштабирования, выход сумматора подынтегральной функции соединен со входом узла умножения, второйвход которого соединен с входом переменной интегрирования, а выход - совходом сумматора остатка интеграла,второй вход которого соединен с выходом регистра остатка интеграла,.авыход сумматора остатка интеграласоединен со входом узла выделениявыходных .приращений.ф Недостатком данного устройстваявляется то, что при решении задачна ЦИС, построенных на его основе,возникает необходимость предварительного масштабирования задач, что требует больших затрат времени квалифицированных программистов и снижает эффективность использования цифровойинтегрирующей структуры, производительность и точность,Целью изобретения является повышение производительности и точности,что достигается тем, что в устройст7038404во,содержащее сумматор входных прира- вания подключен к третьему выходущений, входы которого соединены, со- устройства.ответственно, с первым входом устрой- Схема предлагаемого вычислительноства и с первым выходом узла масшта- го устройства представлена на чертебирования, выход сумматора входных же и содержит сумматор 1 входных при"йрйращений соединен с первым входом 5 ращений, сумматор 2 подынтегральнойсумматора подынтегральной функции, функции, регистр 3 подынтегральнойвторой вход которого соединен с выхо- Функции, узел 4 формирования сигналадом регистра подынтегральной функции, нормализации, узел 5 умножения, суммапервый вход которого соединен со вто- тор 6 остатка интеграла регистр 7рым" выходдм узла-масштабирования",остатка интеграла, узел 8 Формировавыход сумматора подынтегральной функ- нййсигнала нормализации, узел 9 выции соединен с первым входом узла , деления выходных приращений, счетчикумножения, второй вход которого сое-.10, пересчетный узел 11, узел 12 масдинен со вторым входом устройства штабирования:, счетчик 13, элемент 14выход узла умножения соединен с пер- ,ИЛИ, входы 15 16 17 устройства вы 15) Рвым входом сумматора остатка интегра- ход 18, вход 19, выходы 20,. 21 уст .ла, второй вход которого соединен с ройства.выходом регистра остатка интеграла, . Устройство работает следующим обвыход сумматора остатка интеграларазом.соединенсо -входом узла вйделения вы- перед началом-вычислений совхода,:ходных приращений, введены пересчет" Ю 17 вводятся в двоичном коде начальныеный узел;" узлы формирования "сигнала данныемантиссы подынтегральной функ- " "нормализации, два счетчика и "элементции - в регистр 3 и двоичного порядкаИЛИ, выход которого соединен с первым : подынтегральной функции - в счетчиквыходом устройства, вход первого узла 1 О;Формирования сигнала нормализации 25 После ввода начальных данных во всесоединен с выходом сумматораподынтег- вычислительные устройства ЦИС начина"ральной функции, выходы в . соМИйФйи,ется второй этап - этап обмена мас"сботВЕтственно, с-"Первым входом уэла штабной информацией В вычислительноммасштабирования и со вторым входом" устройстве ЦИС выполняется следующеерегйстра подынтегральной функции, 30 основное масштабное соотношение:вход второго узла формированиясигнала нормализации соединен с выходом :-дЧзГ 1)сумматора" остатка интеграла; выходы - где р в . двоичный порядок подынтегральЛсоединены, соответственно, со вторым , - ной функциино ункции;входом узла масштабирования и с пер : щ - двоичный порядок приращениявым входом регистра остатка интеграла, Ч., переменной интегрирования;-"входы"первого счетчика соединены, со- щ - двоичный порядок приращенияответственно, с третьим входом уст- . ьз ийтеграла.ройства и со вторым выходом узла"Мас- .: Ио так как на начальном этапе посштабирования, входы пересчетного уз ле ввода начальных данных значениела соединены, соответственно, с пер-.щ= О, то в этом случае для вычисливым входом устройства, с третьим вы- ,тельного устройства цИС основное мас 6 ЧЬходом узла масштабирования и с Выхо- штабное соотношение примет вид.щ =дом первого счетчика, выходы пересчет- шьэ фного узла подключенй; соответственно,45 иа этом этапе двоичный порядок под кд второму выходу устройства и к тре- ынтегральной функции считывается потьему Входу Узла масштабироэаНИЯ, слЕДоватеЛЬНЫМ КОДОМ сО СчетЧика 10входы второго счетчика соединены со- и поступает на вход узла 11 и, какответственйо со вто ым входомйо со вторым Входом устрой- значение двоичного порядка приращенийства и с етверт выходом. узла мас интеграла, через элемент 14 ИЛИ - наштабирования, выхо - по ключен к чет выход 21. В зависимости ст структурнбйвертому входу узла масрщаби ованияВходы" элемента ИЛИ соединены с пятымр му ду узла масьщабирования, схемы решаемой задачи двоичный порядоквыходом узла масштабированияприращейия интеграла данного К-го вывым выходом узла выделения выходныхУ а масштабирования, с пер- чисПитЕльного устройства поступаетна вход 15 или 161 последующих " вычислительных устройств ЦИС. Одновреи данного К-гочйка, третий вход регистра подынте- менно на входы 15 16ного устройства поступаютгральной Функции соединен с третьиь вычислительн гвходом .Устройства, второй вход ре- "," двоичные порядк и приращений интеграгистра остатка интеграла подключен лов с выходо 21в предыдущихвы 1 1к шестому выходу узла масштабирова числительных устройств.ния, пятый и шестой входы которогосоединены, соответственно, со вторым если двоичныйВЫходом узла выделения выходных при- интеграла пны порядок приращениянтеграла поступает на вход 16 данно,ращений и с четвертым входом устрой-го вычислитительного устройства, то он,"тва, седьмой выход узла масштабиро 65 являетСя двоичнымным порядком приращения переменной интегрирования и заносится в счетчик 13,Если же двоичные порядки приращений интеграла поступают на вход 15,то они являются двоичными порядкамиприращений подынтегральной функции ипоступают на вход узла 11, на входкоторого одновременно поступает величина и (количество числовых разрядов регистра подынтегральной Функции)В узле 11 происходит вычислениеразности двоичных порядков подынтегральной функции и приращения подынтегральной функции для определения величины сдвига приращения относительноразрядной сетки регистра 3 подынтег"ральной функции,Полученная величина сдвига длякаждого входа заносится в соответствующий масштабный счетчик узла 11.Тогда при величине сдвига, равнойнулю, входное приращение будет суммироваться с младшим разрядом мантиссы подынтегральной функции.После этапа обмена масштабной информацией выполняется третий этап -этап начального масштабирования. Наэтом этапе устанавливается заданныйшаг решения, производится нормализация мантисс подынтегральной функциии отрабатываются в нуль порядки приращений переменной интегрирования, ЭОдля того, чтобы можно было выполнятьарифметические операции так же, каки в вычислительном устройстве с фиксированной запятой.При выполнении этого этапа на вход 3516 тех вычислительных устройств ЦЙС,на которые в соответствии со структурной схемой задачи подается машиннаяпеременная, поступает ви, = -а (пришаге решения ь 1 = 2 с) и заноситсяв счетчик 13, После этого узел мас-штабирования 12 включает алгоритМавтоматического масштабирования. Вэтом алгоритме можно выделить 3 уровня е45На первом уровне отрабатцФается в .нуль порядок приращения переменной интегрирования. В этом случае узел 12производит анализ поступающего изсчетчика 13 значения. Если это зяаче О.пает сигнал о том, что мантисса подынтегральной функции не нормаливована, то в соответствии с основным масштабным соотношением (1) узел 12 выдает управляющие сигналы на входы,счетчика 10, регистра 3, счетчика 13и узла 11, при которых мантисса подынтегральной функции сдвигается влево на один разряд, порядок подынтегральной функции уменьшается на единицу, значения в узле 11 увеличиваютсяна единицу, а порядок приращения переменной интегрирования уменЪшаетсяяа единицу. Все эти действия выпбляяются до тех пор, пока значеяие порядка приращения переменной интегрирования не станет равным нулю или пока из узла 4 не поступит сигнал, что мантисса подынтегральной функции нормализована.Если из узла 4 поступит сигнал о том, что мантисса подыятегральной функции нормализована, а значение порядка приращения переменной интегрирования будет все еще больше нуля, то узел масштабирования 12 выдаст управляющие сигналы на входы счетчика 13, регистра 7 и через элемент ИЛИ на выход 21, При этом значение порядка приращения переменной интегрирования уменьшается на единицу, мантисса остатка интеграла сдвигается вправо на один разряд и на выход 21 выдается 1+1", которая свидетельствует об увеличении порядка приращения интеграла на единицу. Эта единица поступает с выхода 21 в соответствии со структурной схемой задачи на входы узлов 11 или счетчиков 13 последующих" вычислительных устройств. Все эти действийвыполняются до тех пор, пока значение порядка приращения переменной интегрирования не станет рав-ным нулюЕсли же значение порядка приращения переменной интегрирования меньше нуля, то узел 12 производит анализ обратного масштабного сигнала со входа 19. На вход 19 данного вычислительного уст-: ройства поступают масштабные сигналы с выходов 18 тех последующихфф вычислительных устройств, входы 15 которых соедййены с выходом данного вычислительного устройства. Этот сигнал осуществляет контроль за выходом приращения за младшие разряды мантиссы подынтегральной функции. И если хбтя бы в одномиз 1 фпоследующихф устройств, соединенных с данным, появится этот сигнал, то он поступит на вход 19 и яа вход узла 1.2 данного устройства. Если же масштабный сигнал на входе 19 отсутствует, из узла 8 поступает сигнал, что остаток интеграла не нормализован, а порядок приращения меньше нуля, то узел 12 выдает управляющие сигналы на входы счетчика 13, регистра 7 и через элемент ИЛИ на выход21. При этом значение порядка приращения переменной интегрирования увеличивается на единицу, мантисса остаткаинтеграла сдвигается влево на одинразряд и на выход 21 выдается -1,1которая поступает йа входы узлов 11или счетчиков 13 последующихф вычислительных устройств. Все эти действия выполняются до тех пор,пока значение порядка приращения переменыойинтегрирования нестанет равным нулюили на выходе 19 не появится масштабный сигнал, или из узла 8 поступитсигнал отом, что мантисса остатка интеграла нормализована,Если из узла 8 поступает сигнало том, что мантисса остатка интеграланормализована или на входе 19 появится масштабный сигнал, а значение порядка приращения будет все еще меньшеруля, то узел 12 выдаст управляющие 5сигналы на входы счетчиков 10 и 13,регистра 3 и узла 11. При этом двоичный порядок подынтегральной функцииувеличится на единицу, мантисса подынтегральной функции сдвигается наодин разряд вправо, значения в узле11 уменьшатся на единицу, а значениепорядка приращения переменной интегрирования увеличится на единицу. Всеэти действия повторяются до тех пор,пока значение порядка приращения переменной интегрирования не станет равным нулю.После отработки в нуль порядкаприращения переменной интегрированиявыполняется второй уровень алгоритмаавтоматического масштабирования, на. котором производится нормализациямантисс подынтегральной функции.Узел 12 масштабирования производит анализ, значений масштабных счетчиков узла 13 и, если эти значениябольше п=1, а также узлы 4 и 8 выдаютсигналы о том, что мантиссы подынтегральной функции и остатка интегралане нормализованы, и на входе 19 отсут- Оствует обратный масштабный сигнал,узел 12 выдает управляющие сигналыв счетчик 10, регистры 3 и 7, в узел11 ичерез элемент 14 ИЛИ на выход 21;При этом мантиссы подынтегральной 35функции и остатка интеграла сдвигаются на один разряд влево, значенияпорядка подынтегральной функции и порядка" приращения интеграла уменьшают ся на единицу, а значения в узле 11 4 Оувеличиваются.на единицу, Эти действия продолжаются до тех пор, пока хотябы одно из вышеперечисленных условийперестанет выполняться,После этого проверяется выполнение 4условий первого уровня, т.к. при нормализации значение порядка приращенияперем.нной интегрирования может измениться, и, после выполнения условийперво"о и второго уровня осуществляет ся переход к третьему уровню, алгоритма, на котором производится контрольза выходом приращений за старшие раз-"ряды мантиссы подынтегральной функциив данном вычислительном устройствеи за мЛа 1 шие разряды в .следующемВ этбм случае при наличии управляющего сигнала из узла 11 или при наличииобратного масштабного сигнала на входе 19 узел 12 выдает управляющие сигналы в счетчик 10, узел 11, регистры 603 и 7 и через элемент 14 ИЛИ на выход21. При этом мантиссы подынтегральнойфункции и остатка интеграла сдвигают" "ся на один разряд вправо, порядок подынтегральной функции увеличивается на 65 единицу, значения в узле 11 уменьшаются на единицу, а значение порядка при-ращения интеграла увеличивается наединицу, что осуществляется подачейна выход 21 значения +1, котораяпоступает либо в узел 11, либо в счетчик 13 последующих вычислительных устройств. Эти действия продолжаются до тех пор, пока исчезнут сигналы и из узла 11, и на входе 19.После выполнения третьего уровняалгоритма снова проверяется выполнениемасштабных условий первого и второго уровня и, после выполнения масштабных условий на всех уровнях, узел 12 выдает сигнал об окончании масштабированияна выход 20. После окончания масштабирования во всех вычислительных устройствах ЦИС начинается этап выполнения арифметических операций.На этом этапе одноразрядные приращения поступают со входа 15 на вход сумматора 1. Узел 12 производит подсчет количества сдвигов мантиссы и при совпадении количества,сдвигов созначением масштабных счетчиков узла 11 выдает управляющий сигнал на вход сумматора 1, который разрешает суммирование соответствующих входных приращенийСумма приращений с выхода сумматора 1 поступает на вход сумматора 2, на другой вход которого поступает мантисса пбдынтегральной функции. Полученное. новое значение мантиссы подынтегральной функции с выхода сумматора 2 поступает на вход узла умножения 5 и через узел 4 на вход регистра 3. В узле 5 происходит умножение мантиссы подынтегральной функции на приращение переменной интегрирования, поступающее со входа 16 на вход узла 5. Полученное в результате умножения неквантованное приращение интеграла поступает на вход сумматора 6, на второй вход которого поступает значение остатка интеграла предыдущего шага решения с выхода регистра 7. Полученная в сумматоре 6 сумма поступает в узел 9 и через узел 8 на вход регистра 7.Узел 9 производит квантование этой суммы и выделение выходных приращений через элемент 14 ИЛИ на выход 21.После выполнения математическихопераций производится контроль регистра 3 подынтегральной функции узлом 4 и, в случае его переполнения, узел 4 выдает соответствующий сигнал в, узел 12, который выдает управляющие сигналы для отработки переполненияв счетчик 10,регистры 3 и 7, узел 11 и через элемент 14 ИЛИ на выход 21. При этом происходит сдвиг вправо на один разряд мантисс подынтегральной функции и остатка интеграла, уменьшение на единицу значений в узле 11 и увеличение на единицу порядка подынтегральной функции и порядка приращения интеграла.После обработки переполнения начинается этап масштабирования, Наэтом этапе из узла 9 на вход узла 12поступает сигнал, свидетельствующийлибо о наличии, либо об отсутствиивыходного приращения, полученногопосле выполнения математических операций. В случае, если поступает "сигнал об отсутствии выходного приращения,то это свидетельствует, о том,что значения мантисс подынтегральнойФункции и остатка интеграла не нормализованы и узел 12 включает алгоритм автоматического масштабирования,причем апгоритм включается сразу совторого уровня, на котором осуществляется нормализация, а далее работаалгоритма аналогична работе этогоже алгоритма на этапе начального масштабирования, которая описана выше.,После окончания масштабирования узел12 выдает сигнал на выход 20.В случае же, если из узла 9 по.ступает сигнал о наличии выходногоприращения, то изменение масштабныхсоотношений в данном вычислительномустройстве не происходит и узел 12выдает на выход 20 сигнал об окончании масштабирования,После проведения масштабированияво всех вычислительных устройствах,.в которых отсутствовали выходныеприращения, начинается снова этапвыполнения арифметических операций,и далее этапы выполнения арифметических операций, обработки переполненияи масштабирования повторяются. Формула изобретения Вычислительное устройство цифровой интегрирующей структуры, содержащее сумматор входных приращений, входы которого соединены соответственно с первым входом устройства и с первым выходом узла масштабирова- ния, выход сумматора входных приращений соединен с первым входом сумматора подынтегральной функции, второй вход которого соединен с выходом регистра подынтегральной функции, пер-.; вый вход которого соединен со.вторым выходом узла, масштабирования, выход сумматора подынтегральной функции соединен с первым входом узла умножения, второй вход которого соединен со вторым входом устройства, выход узла умножения соединен с первым ,входом сумматора остатка интеграла, ,второй вход которого соединен с выходом регистраостатка интеграла, выход сумматора остатка интеграла соединен со входом узла выделения выход- ных приращений, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения,про=изводительности и точности за счетавтоматизации этапа масштабирования,в него введены пересчетный узел, узлы Формирования сигнала нормализации,5 два счетчика и элемент ИЛИ, выходкоторого соединен с первым выходомустройства, вход первого узла Формирования сигнала нормализации соеди-.:нен с выходом сумматора подынтегральной функции, выходы в .соединены соот- .ветственно с первым входом узла масштабирования и со вторым входом регистра подынтегральной Функции, вход второго узла формирования сигнала нормализации соединен с выходом сумматораостатка интеграла, выходы - соединены соответственно со вторым входомузла масштабирОвания и с.первым входом регистра остатка интеграла, входыпервого счетчика соединены ссответст 20 венно с третьим входом устройства исо вторым выходом узла масштабирования, входы пересчетного узла соединены соответственно с первым входомустройства, с третьим выходом узла25 масштабирования и с выходом первогосчетчика, выходы пересчетного узлаподключены соответственно ко второмувыходу устройства и к третьему входуузла масштабирования, входы второго30 счетчика соединены соответственно совторым входом устройства и с четвертым выходом узла .масштабирования,выход - подключен к четвертому входу узла масштабирования, входы эле 35 мента ИЛИ соединены с пятым выходом:узла масштабирования, с первым выходом узла выделения выходных приращений и с выходом первого счетчика,третий вход регистра подынтегральной40 функции соединен с третьим входомустройства, второй вход регистра остатка интеграла подключенк шестомувыходу узла масштабирования, пятый ишестой входы которого соединены соответственно со вторым выходом узла выделения выходных приращений и с чет вертым входом устройства, седьмой выход узла масштабирования подключен. к третьему выходу устройства.50 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРР 551669, кл. С 06 д 1/02, 1974.2. Гуэик В, Ф Крюков Р. М.,Веников А. К, Вычислительное устройство параллельной цифровой интегриующей машины. Сборник Цифровые моЪели и интегрирующие. структуры,Труды Межвузовской научной конференции по теории и принципам построения6 О цифровых моделей и цифровых интегрирующих машин,. Таганрог, 1970,стр. 507 - 517 (прототип).703840 ставитель А. Жереновхред Н,Бабурка Корректо Редактор М Минае к 4/ Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 илиал ПП 7775/43 ЦНИИ и 113035, Тираж 780 Государственного делам изобретений осква, Ж, РаушсПодписи омитета СССР открытий ая наб д.