Устройство для вычисления средне-квадратического значения

Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл.з 6 06 Р 15/36 с присоединением заявки М -Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявитель Винницкий политехнический институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГО ЗНАЧЕНИЯИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для оценки параметров случайных величин.5 Известно устройство для определения среднеквадратического значения, содержащее и нуль-органов, выход каждого их которых через соответствующий дешифратор подключен к входу элемента ИЛИ, блок управления, первый выход которого соединен с управляющими входами дешифраторов, линейный и квадратичный интеграторы, входы которых подключены к выходу цифрового генератора, причем управ" ляющие входы интеграторов соединены с вторым выходом блока управления, первый выход линейного интегратора соединен с входами и нуль-органов, а вторые выходы линейного и квадратичного:интеграторов подключены к соответствующим входам блока памяти, выход элемента ИЛИ подключен к одному из входов блока управления,другой вход блока управления соединен с выходом и-го дешифратора и первым управляющим входом блока памяти 1).Однако устройство характеризуется невысокой точностью и надежностью, обусловленными применением аналоговых блоков.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для вычисления среднеквадратического значения, содержащее цифровой генератор, выход которого подключен к первому входу линейного интегратора, выход которого соединен с первым входом блока памяти, второй вход которого объединен с первым входом нуль-органа и подключен к выходу интегрирующегоквадратора, первый вход которого подключен к первому выходу блока управления, второй выход блока управления соединен с вторым входом линейного интегратора, переключатель , и информационных входов которого являются входами устройства, второй вход нуль-органа соединен с первым выходом блока памяти.второй выход которого является выходом устройства;Недостатками известного устройства .являются невысокое быстродействие и сложность.Цель изобретения - упрощение устройства и повышение быстродействия.Поставленная цель достигается тем, что в устройство введен блокпереполнения, при этом выход линейно го интегратора подключен к (и+1)-муинформационному входу переключателяи входу блока переполнения, выходкоторого соединен с первым входомблока управления, второй вход которого соединен с выходом нуль-органа,третий выход блока управления подключен к соответствующим управляющимвходам переключателя, выход которого,Входу второго триггера, нулевой вход которого соединен с выходом второго элемента 2 И-ИЛИ, третий вход которого подключен к выходу первого счетчика, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, четвертый вход второго элемента 2 ИИЛИ подключен-к выходу второго эле" мента И, первый вход которого объединен с первым входом первого элемента И и соединен с выходом второго триггера, второй вход первого элемента И подключен к первому выходу фазовращателя, второй выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, третий вход которого подключен к выходу первого элемента,ИЛИ, второй вход фазовращателя объединен с входами первого и второго делителей частоты и соединен с выходом третьего мультивибратора, выходы первого и второго делителей частоты подключены соответственно к третьему и четвертому входам первого элемента 2 И-ИЛИ, Жходы вт.,рого счетчика соединены:с соответствующими входами дешифратора, выход кь 40 50торого является третьим выходом блока управления, выход старшего разряда второго счетчика подключен квходу четвертого мультивибратора,соединен с вторым входом интегрирующего квадратора, четвертый выход 0 блока управления подключен к третье" му входу блока памяти.Кроме того, блок управления содержит два триггера, два элемента И, два делителя частоты, дешифратор, 15 два счетчика, два элемента ИЛИ, два элемента 2 И-ЙЛИ, фазовращатель, четыре мультивибратора, при этом вход первого мультивибратора объеди нен с пеРвыми входами первого эле- щ мента ИЛИ, первого и второго счетчиков, первого и второго элементов 2 И-ИЛИ и фазовращателя и подключен к единичному выходу первого триггера, выходы первого и второго мультивибраторов, первого и второго элементов И объединены и являются первым выходом блока управления, единичный выход первого триггера является вторым выходом блока управления, нулевой выход первого триггера соединен с вторыми входами первого и второго элементов 2 И-ИЛИ, выход первого элемента 2 И-ИЛИ, через второй мультивибратор подключен к второму входу второго счетчика и единичному З 5 выход которого соединен с входом установки в единицу первого триггера,вход установки в ноль которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ,входы которого являются соответственно первым и вторым входами блокауправления, выход четвертого мультивибратора является четвертым выхо,дом блока управления.На фиг.1 представлена блок-схемаустройства; на фиг.2 - схема блока,управления.Устройство содержит переключатель1, интегрирующий квадратор 2, блок3 памяти нуль-орган 4, линейныйин"тегратор 5, цифровой генератор 6,блок 7 управления и блок 8 переполнения,Блок управления состоит из первого триггера 9, первого 10 и второго 11 элементов 2 И-ИЛИ, второготриггера 12, первого мультивибратора13, первого 14 и второго 15 делителей частоты, второго мультивибратора 16, второго элемента 17 И,первого элемента .18 И, второго счетчика19, дешифратора 20, четвертого мультивибратора 21, второго элемента 22ИЛИ, фазовращателя 23, третьегомультивибратора 24, первого элемента 25 ИЛИ и первого счетчика 26Устройство работает следующимобразом.Коды входных чисел подаются наинформационные входы переключателя,а на управляющие входы с соответствующих выходов блока 7 управления втечение каждого такта работы поочередно поступают сигналы, разрешающие прохождение входных чисел винтегрирующий квадратор 2, в котором осуществляется возведение числав квадрат, суммирование результатавозведения в квадрат с числом, записанным в интегрирующем квадраторе2 в предыдущем такте работы, и хранение полученной суммы до следующего такта. В результате поочередноговозведения в квадрат входных чиселв интегрирующем квадраторе 2 оказывается записанной суммаквадратоввсех чисел.Далее производится извлечениеквадратного корня. Сначала по сигналам с блока 7 управления код,соответствующий сумме квадратоввходных чисел, переписывается в регистр блока 3 памяти, а интегрирующий квадратор 2 устанавливается внуль. Затем разрешающий сигнал сблока 7 подается на линейный интегратор 5, например счетчик импульсов,на вход которого поступают импульсыот цифрового генератора 6. Коды чисел, начиная от нуля, с выхода линейного интегратора 5 подаются на(и+1)-й информационный вход переключателя 1, и при подаче на (и+1)-Йуправляющий вход переключателя сиг849229 налов с соответствующего выхода блока 7 эти числа поочередно проходят в интегрирующий квадратор 2.Использование интегрирующего квадратора позволяет реализовать алгоритм возведения в вадра; лиРнейно изменяющихся величин Хк =Х+2 Х,+1, где Хи Х - сОответ ственно предыдущее и йоследующее число, возводимое в квадрат. Благорадя этому существенно повышается быстродействие устройства и упрощается блок управления.После возведения в квадрат каж-. дого из чисел, поступающих от линейного интегратора 5, в нуль-органе 4 осуществляется сравнение получен ного квадрата числа с суммой квадратов чисел, хранящейся в блоке 3 па-. мяти, и при достижении равенства в нуль-органе 4 формируется сигнал окончания операции извлечения квад ратного корня. По этому сигналу блок 7 останавливает линейный интегратор 5, переписывает содержимое последнего в регистр блока 3, предназначенный для хранения вычисленного средне квадратического значения, и устанавливает устройство в исходное состояние. После этого на управляющие входы переключателя 1 снова поочередно подаются разрешающие сигналы с выходов блока 7 управления и процесс вычислений повторяется.Для предотвращения сбоев в работе устройства, т.е, для повышения его надежности, выход линейного интеграторов подключен также к входу блока 8 переполнения. Если сумма квадратов чисел, хранящаяся в блоке 3 памяти, оказывается больше квадрата максимального числа, записанного в линейном,интеграторе 5, блок 8 формирует сигнал, поступающий на второй вход блока 7. Этот сигнал может быть использован, например, для изменения масштаба входных чисел либо для индикации неправильных вычислений.Блок управления в зависимости от состояния триггера 9 обеспечивает вычисление суммы квадратов или извлечение квадратного кОрня. В первом режиме единичный уровень инверсного выхода триггера 9 открывает схему выбора такта для прохождения тактовых импульсов от делителя 14 частоты. По приходу тактового импульса ждущий мультивибратор 16 формирует импульс, обеспечивающий запись числа, поступающего с первого входа переключателя 1 в интегрирующий квадратор 2.По окончании импульса триггер 12 устанавливается в единичное состояние, разрешая проведение операции возведения в квадрат (умножение числа на это же число). Умножение про 6изводится по одному из известных алгоритмов, например при сдвиге множимого в сторону старших разрядов, амножителя - в сторону младших. Приналичии ед. Чцы в младшем разрядемножителя через схему 25 ИЛИ на элемент 17 И поступает уровень, разрешающийпрохождение импульса фазовращателя 23, обеспечивающего формирование первого частичного произведения в блоке 2. По окончании импульса с первого выхода фазовращателя23 за счет разрешающего уровня триггера 12 через элемент 18 И проходитимпульс с второго выхода фазовращателя 23, Элемент 17 И пропускаетимпульс фазовращателя, если в младшем разряде сдвинутого Множителяоказывается единица, в блоке 2 формируется второе частичное произведение. Затем импульс, прошедший черезэлемент 18 И,поступает в блок 2,По прохождении числа сдвиговыхимпульсов, соответствующих максимальной разрядности числа, счетчик 26переполняется и сбрасывает триггер12 через элемент 11, открытый единичным уровнем инверсного выходатриггера 9 для импульса переполнениясчетчика 26, гК,этому моменту в блоке2 оказывается записанным квадрат первого числа. По следующему тактовомуимпульсу мультивибратора 16 счетчик19 изменяет свое состояние и подклю- .чает к входу интегрирующего квадратора 2 второй вход устройства. Поприходу второго тактового импульсааналогичным образом производитсявозведение в квадрат второгочисла,и в блоке 2 производится суммирование квадрата первого и второго чисел. После возведения в квадрат 40 и-го числа и суммирования квадратоввсех чисел ждущий мультивибратор 21формирует импульс, осуществляющийзапись суммы квадратов в блок 3 памяти и установку триггера 9 в единич ное состояние. По перепаду уровнятриггера 9 ждущий мультивибратор 13формирует импульс, устанавливающийноль блока 2.С установкой на прямом выходе 50 триггера 9, уровня 1 на входпереноса накапливающего сумматораподается единица, открывается входлинейного интегратора 5 для прохождения сигналов с цифрового генератора 6 (частота проведения операцийопределяется периодом импульсов делителя 15 частоты, связанного смультивибратором 24), изменяется временное положение импульсов фазовращателя 23, По приходу тактового 60 импульса на вход ждущего мультивибратора 16 происходит запись содержимого линейного интегратора вблок 2.Так как на входе элемента 17 И постоянно присутстйует уровень едини цы от элемента 25 ИЛИ, элемейт 17И формирует импульс, осуществляющий запись в блоке 2 суммы удвоенного числа. Этот же импульс сбрасывает триггер 12, так как единичный уровень .триггера 9 открывает элемент 11 для импульсов элемента 1 б И и поддерживает ноль в счетчике 26, К моменту действия следующего тактового импульса число линейного интегратора 5 изменяется на единицу младшего разряда, По приходу такто" вого импульса от делителя 15 частоты операции над числом производятся в той же последовательности.для предотвращения переключения логического переключателя 1 на управляющий вход счетчика 19 от триггера 9 подается уровень, поддерживающий ноль на его выходах.При равенстве числа в блоке 3 памяти и интегрирующем квадраторе 2 нуль-орган формирует импульс, обеспечивающий перезапись содержимого линейного интегратора 5 в блок 3 и сброс триггера 9 в нулевое состояние. Если сравнения не происходит, при переполнении линейного интегратора 5 блок 8 переполнения формирует импульс, сбрасывающий триггер 9. При переходе триггера 9 в противоположное состояние ждущий мультивибратор 13 формирует импульс, устанавливающий в .ноль интегрирующий квадратор, ипроцесс определения среднеквадратического повторяется.Изобретение позволяет значительно упростить устройство,и повысить быстродействие. 20 25 Формула изобретения1, Устройство для вычисления среднеква 4 ратического значения, содержащее цифровой генератор, выход которого подключен к первому входу линейного интеграторавыход которогосоединен с первым входом блока па мяти, второй вход которого объединен с первым входом нуль-органа и подключен к выходу интегрирующего квадратора, первый вход которого подключен к первому выходу блока 50 управления, второй выход блока управления соединен с вторым входом линейного интегратора, переключатель, и информационных входов которого являются входами устройства, втоРой вход нуль-органа соединенс первым выходом блока паМяти, второй выход которого является выходом устройст" ва, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства и повышения быстродействия, в него 40 введен блок суммирования, при этом выход линейного интегратора подключен к (и+1)-му информационному входу переключателя и входу блока суммирования, выход которого соединен 65 с первым входом блока управления,второй вход которого соединен с выходом нуль-органа, третий выходблока управления подключен к соответствующим управляющим входам переключателя, выход которого соединенс вторым входом интегрирующего квадратора, четвертый выход .блока управления. подключен к третьему входублока памяти,2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управ.,ления содержит два триггера, два.элемента И, два делителя частоты,дешифратор, два счетчика, два элемента ИЛИ, два элемента 2 И-ИЛИ, фазовращатель и четыре мультивибратора, при этом вход первого мультивибратора объединен с первыми входамипервого элемента ИЛИ, первого ивторого счетчиков, первого и второго элементов 2 И-ИЛИ и фазовращателяи подключен к единичному выходу первого триггера, выходы первого и второго мультивибраторов, первого и второго элементов И объединены и являются первым выходом блока, единичный выход первого триггера является вторым выходом блока управления, нулевой выход первого триггера соединен с вторыми входами первого и второго элементов 2 И-ИЛИ, выход первого элемента 2 И-ИЛИ через второй мультивибратор подключен к второму входу второго счетчика и единичному входу второго триггера, нулевой вход которого соединен.с выходом второго элемента 2 И-ИЛИ, третий вход, которого подключен к выходу первого счет чика, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, четвертый вход второго элемента 2 И-ИЛИ подключен к выходу второго элемента И, первый вход которого объединен с первым входом первого элемента И и соединен с выходом второго триггера, второй вход первого элемента И подключен к первому выходу фазовращателя, второй выход которого со" единен с вторым входом второго элемента И, третий вход которого под" ключен к выходу первого элемента ИЛИ, второй вход фазовращателя объединен с входами первого и второго делителей частоты и соединен с выходом третьего мультивибратора, выходы первого и второго делителей частоты подключены соответственно к третьему и четвертому входам, первого элемента 2 И-ИЛИ, выходы второго счетчика соединены с соответствующими входами дешифратора, выход которого является третьим выходом блока, выход старшего разряда второго счетчика подключен к входу четвертого мультивибратора, выход которого соединен с входом установки в единицу первого триггера, вход установки в ноль которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ, входы которого является соответственно первым и вторымвходами блока, выход четвертого мультивибратора является четвертым выходом блока,Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССРР 432493, кл. О Об Р 7/38, 1972. 2, Авторское свидетельство СССР Р 542997, кл. 6 Об Р 15/36, 19775 (прототип),849229 арош еЗаказ .б 095/64 Тираж 745 ПодпВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д.4/ е илиал ППП фПатент, г,ужгород, ул.Проектная Составитель Л.Григорьян-ЧтенцРедактор Г.Кацалап Техред М.Голинка Коррект