Устройство для вычисления коэффициентов фурье

(23)Ириорит оо денем изобретений бликовано 3) УДК,681,3 открытий а опубл 2) Авторы нзобретенн Р. Д. Волошина ц Н. И, Короти Н Бострик аявнтель 4) УСТРОИСТВО ДЛЯ ВЬ 1 ЧИСЛЕНИЯ КОЗФФИБИЕНТОВ ФУРЬЕ ициентовжения и рье, со 1 мируюной и тся ычисд действитепов, регис и д стчасти весового коэ истров действитель первого операнда и фициента, выходы ре ной и мнимой части тер- вого ые( т ) подаютго запомцнеюИзобретение относи к в и- тельной техникеИзвестно специализированное арифметическое устройство для операций с комплексными числами, которое содержит регистры реагьной и мнимой частей исходных чисед А(К ) и Ф, четыре поразрядных формирователя произведений кеА ( К)- е 41,3 в А( К РтпФ дтт К;ежеОРЕ К;(К 1 Дтт 4/ ды комбинационных накапливающих сумматора 11. За счет того, что частичнйе произведения формируются одновременно на выходах четырех умножителей, это устройство обладает относительно большим быстродействием, однако, из-за того, что действия умножения и сложения производятся поразрядно, его быстродействие также недостаточно для йспользования в АУ; рабстаюших в реадьном мас штабе времени с сигналами, верхняя граничная частота которых больше 4-10 кГцНаиболее бдизким техническим решением к изобретению является устройство ддя вычисления коэфф держашее блоки умно шие блоки, регистры мнимой части операнд вцтедьной и мнимой весового коэффициента соединвымп входами соответственнопо четвертый блоков умножени входы которых соединены соответ но с выходами регистров действи ной и мнимой части весового коэффициента, мнимой ц действительной части первого операнда Ы.Операнды А (К) и Аю ся в регистры цз буферношего устройства, а значения комплексного весового коэффициента поступают из постоянного запоминающего устройства, После приема исходных данных начинается процесс вьгчцсленцй.Однако несмотря на прим".кение четырех множительных устройств ц одноврс -3 Э Именное выполнение операций умножения,ложения и вычитания, устройство обладает небольшим быстродействием, таккак все операции выполняются поспедовательно по мере поступления разрядовучаствующих в данном вычислении чисел.В результате вычислений реальные и мнимые части вычисленных чисел Аф 1 ( )" )и А,(1 ) оказываются записанными в те же регистры, куда записываются исходные данные. Поэтому вычислительное устройство не может начатьобработку следующих операндов до техпор, пока числа А(К) и А 1+ ( 3 )не будут переписаны в ОЗУ, кроме того,не предусмотрено никаккх мер по контролю и предотвращению переполнениямасштабной сетки вычислителя в процессе проведения вычислений.Целью изобретения является повышениеточности и быстродействия вычисления.Достигается это тем, что устройствосодержит бпоки сдвигов, блок управлениясдвигами, промежуточные регистры, причем выходы первого и второго блоковумножения через первый и второй промежуточные регистры подключены к входампервого суммирующего блока, выходытретьего и четвертого блоков умножениячерез третий и четвертый промежуточныерегистры подключены к входам второгосуммирующего блока, выходы первого,второго суммирующих блоков и регистров действительной и мнимой частей второго операндов подключены к первымвходам третьего, четвертого, пятого ишестого, суммирующих блоков, вторыевходы которых подключены соответственно к выходам регистров действительнойи мнимой частей второго операнда, выходам первого и второго суммирующихблоков,вьходы с третьего по шестойсуммирующих блоков подключены к входам соответствующих промежуточныхрегистров и к входу блока управлениясдвигами, выход которого подключен кпервым входам блоков сдвига, а их вторые входы соединены с шинами операндов, выходы блоков сдвига соединены свходами регистров действйтельной и мни;мой частей операндов,На фиг. 1- 2 представлена блок-схема вычислительного устройства, нафиг 3 - временная диаграмма.Предлагаемое устройство содержитблок сдвига 1 реальной части комплекснога. числа А . (К ), блок сдвига 2 мни1мой части комплексного числа А"),блок сдвига 3 действительной части ком 1 йплекснаго числа А; ( ) ) блок сдвига4 мнимой части комплексного числа А 1), регистр 5 действительной частикомплексного числа А( К), регистр 6мнимой части комплексного числа А .( К), регистр 7 действительной частикомплексного весового коэффициента %,регистр 8 мнимой части комплексноговесового коэффициента Ю, блоки умнокения 9-12, промежуточные регистры13-16 (регистр 13 произведения Ке 4ЯеК регистр 14 произведениящА ( К), 0 ц, регистр 15 произведенйя 3 А) Р.Е у, регистр16 произведения 1 е А (К). ЗмЮсуммируюшие блоки 17 и 18, регистр 19реальной части комплексного чиспа А) Ц ),регистр 20 мнимой части комплексного числа А ( ), суммирующие бпоки 21-24, блок 25 управления сдвигамирегистры 26 и 27 действительной и мнимой частей комплексного числа А ,(К)и регистры 28 и 29 действительнойи мнимой частей комплексного числаАз (3 )А работы вычислительногоустройства описывается следующим образом:1+3 =+А, (ка,,+, =А(1)-А(к 1 а,где А 1 (К), А()ОМ/ - комплексы числа.Кроме того, в процессе перемножениядвух комплексных чисел А ( К ) и Ф1необходимо выполнить четыре операцииумножения, одно сложение и одно вычитаниеееА 10 ФЯ=еАЖед-Ъ, А Мддвк., ООа 1=ом д(каем е А к 1 ва(2)Приведенный алгоритм ( 1) в предлагаемом устройстве реализуется следующим образом,Подлекашне обработке комплексныеоперанды А (К) и А (), а такжезначения весовых комплексных коэффициентов записываются соответственно во входные регистры 5,6,19,20,7,8. Действи-тельная и мнимая часть каждого числазаписывается в отдельные регистры. Причем операнды А(К) н А( ) поступают во входные регистры через блокисдвига 1-4, которые по командам из блока управления сдвигами 25 могут передать операнды на вход регистров без изменения или же сдвинутые на один илидва разряда вправо. Количество сдвиговсоставляет масштабный коэффициент, ко торый затем учитывается в результате вычислений.С выходов регистров 5-8 действитапьные и мнимые части числа А(К) и весового коэффициента Ж поступают на блоки 9-12. На выходах блоков умножения формируются одновременно четыре частичных произведения ЯВА( ) Же%;ЗттА (К) ЭщЮЯ,еА 1 (К) Зы% ЭтА(К) Р еЮ, которые записы ваются в промежуточные регистры 13-16.Введение в структуру устройства промежуточных регистров 13-16 позволяет операции умножения и суммирования выполнять одновременно, т, е. результаты 35 умножения операндов А 1 (К) и й суммируются согласно алгоритму, а новые операнды А ( К+1) и ЗЧ через регистры 5-8 поступают на умножение,С выходов регистров 13-16 частич ные произведения поступают на блоки 17 и 18, на выходах которых формируются суммы согласно выражениям (2).Зн ачения сумм ИА,К)%3 ч ЪпАИОФ с выходов блоков 17 и 18, а также действительная и мнимая части числа Ас выходов регистров 19 и 20 поступают на входы блоков 21-24. Результаты алгебраического суммирования в блоках 21 и 22 и вычитания в блоках 23 и 24 фиксируются в регистрах 26-28.На выходах регистров 26 и 27 формируются соответственно действительная и мнимая части операнда А 1 +(К), а на выходах регистров 28,29 - действиталь- З 5 ная и мнимая части операнда А+1 ( ) после 1 -й итерации.А,У=Кед (,).40КЕАМЪ Ъ А(13 Д 00%1А;,(к) =Кед- ФЮМ 4 Э А-ЭОЧ 1Наличие входных регистров 5-8, 18, 45 20, промежуточных регистров 13-16 и выходных регистров 26-29 позволяет в ВУ операции считывания операндов из ОЗУ, обработки операндов и записи результатов в ОЗУ прозодить одновременно, что в значительной мере повышает быстродействие устройства в цепом,На временной диаграмме (см. фиг.3) отрезки времени а,б,в,г соответственно обозначают следующие операции:55а - считывание из ОЗУ во входные регистры операндов А" (К)Фб - обработка операндов А 1 ( К ) иЯ в множительных блоках и запись резуль 2 6татов обработки в промежуточные регистры считывание из ОЗУ во входные регистры следуюшпх операндов А ",( К+Ц%1 и Л )в. - обработка операндов А(К),Юи А ( ) в, суммирующих блоках согласно выражениям (2) и (1) и запись результатов обработки в выходные регистры; обработка операндов А (К+1) и)Яв блоках умножения и запись результатов обработки в промежуточные регистры;, считывание из ОЗУ во входные ре:гистры следующих операндов А(К+2),Л( +1) и Фг - запись из выходных регистровв ОЗУ обработанных операндов А ь 4 ( Х ) и А .;4 ( 5 ); обработка операндовА, ( К+1), Ф и А ( +1) в суммирующих блоках, согласно выражениям(2) и (1) и запись результатов обработки в выходные регистры; обработка. операндов А (К+2) и;Р в блоках умножения и запись результатов в промежуточные регистры; считывание из ОЗУ вовходные регистры следующих операндовА, (К+3), % и Л ( )+2) и т.д.Все операции в ВУ выполняются надоперандами, представленными с фиксированным положением запятой.Для достижения максимальной точностп вычислений и исключения переполненияразрядной сетки в предлагаемом устройстве вводится автоматическое масштабирование в процессе вычислений. Операнды,поступающие на входы блоков 5,6, 19и 20, масштабированы (сдвинуты) таким образом, что 1 йе АМ-,ЭюАООС 9 д11 Ар пОэтому на Выходах блоков 8-12 не может возникнуть результат больше 1/2. В процессе формированиясумм в соответствии с (2) на выходахблоков 17 и 18 может получиться, чгоеф к)а - " или Ъ А(КУа 1но переполнение разрядной сетки не произойдет. При формировании сумм в блоках 21-24 в соответствии с выражениями (1) может возникнуть результат суммирования (вычитания) больше 1/2 илипереполнение разрядной сетки ВУ, Длятого, чтобы в этом случае не произошлопотери информации, в блоках 21-24, атакже в блоках 26-29 предусмотрендополнительный разряд, который в процессе вычислений фиксирует возможноепереполнение. ЗначенияЯеА+ 4 (К),двА: (К)Цае,А( Ц иэ АЦ)1а также сигнал о наличии или отсутствии7 736 1.3 2 переполнения с блоков 21-24 поступа 1 от в блок управления масштабированием 25,Сигналы 0 сдвигов", "1 сдвиг" и "2 сдвига" с выхода блока улравле 11 ия1 сдвигами 25 поступают на входы блоков сдвига 1-4, которые В соответствии Г этими сигналами передают значения операндов на входы регистров 5,6, 19 и 20 на следующей итерации без изме 11 ения или сдвинутые на один или два раз а ряда вправо.Арифметическое устройство, реализующее алгоритм быстрого преобразования Фурье, обладает большим быстродействием, что позволяет при его использовании в специализированных вычислительных устройствах значительно повысить верхний частотный предел обрабатываемых процессов, Сравнительно простая аппаратурная реализация, большая точ 2 о ность вычислений являются основой для получения зкономического эффекта при использовании предлагаемого устройства,Формула изобретения Устройство для вычисления коэффициентов Фурье, содержащее блоки умножения и суммирующие блоки, регистры действительной и мнимой части операндов, регистры действительной и мнимой части весового коэффициента выходы регистров действительной и мнимой части первого операнда и весового коэффициента соединены с первыми входами соответственно с первого по четвертый блоков умножения, вторые входы которых соединены соответственно с выходами регистров действительной части и мнимой части ВесовОГО козффФщиекта мнимОЙ части идействительнОЙ части первого Онера 1 н 1 ао т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с1 ель 1 О повышения точности и,быстродействия вычисления, устройство содержит блс- чи сдвигов, блок управления сдвигами,промежуточные регистры, причем выходы первого и второго блоков умножениячерез первый и второй промежуточныерегистры подключены к входам первогосуммирующего блокавыходы тр еть егон четвертого блоков умножения черезтретий и четвертый иромежуточ 1 п 1 е регистры подключены к входам второгосуммирующего блока, выходы первого,второго суммирующих блоков и регистровдействительной и мнимой частей второгооперандов подключены к первым входамтрегьего, четвертого, пятого и шестогосуммиру 1 ощих блоков, вторые входы которых подключены соответственно к выходам регистров действительной и мнимойчастей второго операнда, выходам первого и второго суммирующих блоков,выходы с третьего по шестой суммируюп 1 их блоков подключены ко входам соответствующих промежуточных регистрови к входу блока управления сдвигами,выход которого подключен к первым входам блоков сдвига, вторые входы которых соединены с шинами операндов, выходы блоков сдвига соединены с входами регистров действительной и мнимойчасти операндов.35 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР388859, 606 Г 7(38, 18(3.2. Авторское свидетельство СССР1 О421984, 606 Г 15(34,30.03.74.9 ТиранГосударств но делам изо .13035, Москва,РЛ 2 Я/3 БНИИПИ р витий ая ноб 4 ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитьчь Р, Яворовская дактор Г. Гончар Техред Н, Бабурка Корректор Ю, Макяренк