Устройство для вычисления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А Ф(51) С 06 Р 7 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТ АВТО У ТЕЛЬСТВ.8)е свидетельство СС 06 Р 7/556, 1976, свидетельство СССР 06 Р 7/38, 1978 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ1 о 8 Е, содержащее первый, второй итретий регистры сдвига и блок управления, состоящий из генератора импульсов, вычитающего счетчика, первого и второго Й 5 -триггеров, первого, второго и третьего элементов И,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности вычисления, в него введены первый и второйсумматоры-вычитатели, блок сравнения,первый и второй шифраторы, накапливающий сумматор, группа элементов Ии элемент НЕ, в блок управления введены дешифратор нуля, трехвходовый .элемент И, четвертый элемент И, элемент НЕ, первый, второй, третий ичетвертый элементы задержки, причеминформационный выход первого регистра сдвига соединен с первым информационным входом первого сумматоравычитателя,.второй информационныйвход которого объединен с первьминформационным входом второго регистра сдвига и.подключен к входу единичного потенциала устройства, информационные выходы первого регистра сдвига соединены поразрядно с информационными входами элементов И группы,выходы которых подключены к первому информационному входу второго сумматора-вычитателя, выход которого соединен с первым информационным входом блока сравнения, второй информационный вход которого подключен к выходу первого сумматора-вычитателя, выход неравенства блока сравнения соединен с управляющими входами первого и вто рого сумматоров-вычитателей, через элемент НЕ - с разрешающим входом первого шиФратора и с разрешающим входом второго шифратора, информационный выход третьего регистра сдвига подключен к информационным входам первого и второго шифраторов, выходы которых соединены с информа- ционным входом накапливающего сумматора, выход которого подключен к выходу устройства, информационный вьп;од второго регистра сдвига соединен с вторым информационным входом второго сумматора-вычитателя, информационньш вход первого регистра сдвига подключен к входу аргумента устройства, причем в блоке управления выход генератора импульсов соединен с первым входом трехвходового элемента И, выход которого подключен к первым входам первого и второго элементов И группы, второй вход второго элемента И соединен с инверсным вы- . ходом первого Р 5 -триггера, прямой выход которого подключен к второму входу первого элемента И, выход которого соединен с первьми входами третьего и четвертого элементов И и информационным входом вычитающего счетчика, прямой выход второго Р 5 -триггера подключен к второму входу четвертого элемента И, выход которого через первый элемент задержки соединен с1156067 как погрешность вычисления около одного процента.Цель изобретения - повышение точности вычисления.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для вычисления1 оя 2, содержащее первый, второй,третий регистры сдвига и блок управ-.ления, состоящий из генератора импульсов, вычитающего счетчика, пер О вого и второго 85-триггеров, первого, второго и третьего элементов И,введены первый и второй сумматорывычитатели, блок сравнения, первыйи второй шифраторы, накапливающий 13 сумматор, группа элементов И и элемент НЕ, при этом в блок управлениявведены дешифратор нуля, трехвходовой элемент,И, четвертый элемент И,элемент НЕ, первый, второй, третий 20 и четвертый элементы задержки, причем информационный выход первого .регистра сдвига соединен с первым информационным входом первого сумматора-вычитателя, второй информацион ный вход которого объединен с первыминформационным входом второго регистра сдвига и подключен к входу единичного потенциала устройства, информационные выходы первого регистра сдвига соединены поразрядно с информационными входами элементов И группы,Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено длявычисления логарифма по основаниюдва от чисел, представленных параллельным двоичным кодом,.и можетбыть использовано, например, в специальных технологических электронныхрасчетных машинах, предназначенныхдля оптимизации и выбора режимов ре,зания металлорежущих станков,Известно устройство для вычисления логарифмических функций, содержащее генератор, делитель аргумента,счетчик аргумента, счетчик результата, степенной делитель, умножитель,регистр сдвига, группу элементов И,триггер и элемент ИЛИ 13.Недостатки устройства - невысокаяточность вычисления и недостаточновысокое быстродействие.Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для логарифмирования двоичных чисел, содержащее блок управления с генератором тактовых импульсов,первый, второй и третий регистры,четыре счетчика, управляемый делитель, реверсинный счетчик, три элемента И, элемент 2 ИИЛИ, ключ, тритриггера и два одновибратора 2.Данное устройство характеризуется невысокой точностью работы, так входом второго элемента задержки,разрядные выходы вычитающего счетчика подключены к входам дешифраторануля, выход которого соединен с входом третьего элемента задержки и через элемент НЕ - с вторым входомтрехвходового элемента И, выход треть.его элемента задержки подключен квходам сброса первого и второго09 -триггеров, выход первого элемента И соединен через четвертый элемент задержки с входом установки второго Р 5 -триггера, инверсный выход которого подключен к второму входутретьего элемента И, при этом выходчетвертого элемента И блока управления соединен с входами сдвига вправопервого, второго и третьего регистров сдвига, выход первого элемента задержки блока управления подключенк входам синхронизации первого и второго сумматоров-вычитателей, выходвторого элемента задержки блока управления соединен с входом синхронизации накапливающего сумматора, выход второго элемента И блока управления подключен к входу сдвига влевопервого регистра сдвига и к входу вычитания накапливающего сумматора,выход третьего элемента И блока управления соединен с управляющимивходами элементов И группы, выходстаршего разряда первого регистрасдвига подключен к вхдду установкипервого йб -триггера блока управления,выход равенства блока сравнения соединен с третьим входом трехвходовогоэлемента И блока управления.1156067 4 рого и третьего регистров сдвига,выход первого элемента задержки блока управления подключен к входам синхронизации первого и второго сумматоров-вычитателей, выход второго элемента задержки блока управления соединенс входом синхронизации накапливающего сумматора, выход второго элементаИ блока управления подключен к входусдвига влево первого регистра сдвигаи к входу вычитания накапливающегосумматора, выход третьего элемента Иблока управления соединен с управляющими входами элементов И группы, выход старшего разряда первого регистра сдвига подключен к входу установки первого Яб;триггера блока управления, выход равенства блока сравнения соединен с третьим входом трехвходового элемента И блока управления,На фиг. 1 представлена блок-.схемаустройства для вычисления 1 ов 2; нафиг. 2-5 - функциональные схемы первого и второго шифраторов, блока управления и блока сравнения соответст.веонно.1Предложенное устройство содержитпервый и второй сумматоры-вычитатерегистры 3, 4 и 5 сдвига, блок 6 управления, блок 7 сравнения, элементНЕ 8, накапливающий сумматор 9, первый и второй шифраторы 10 и 11 и группу 12 элементов И. Причем первый 13выход блока 6 управления связан свходами сдвига вправо первого, второго и третьего регистров сдвига 3,4 и 5. Второй 14 выход блока 6 управления соединен с входами синхронизации первого н второго сумматороввычитателей 1 и 2. Третий 15 выходблока 6 управления подключен к входу синхронизации накапливающего сумматора 9. Первый 16 и второй 17 входы блока 6 управления соединены соответственно с вторым 18 выходом блока 7 сравнения и с выходом 19 старшего разряда первого регистра 3 сдвига,Первый выход 20 блока 7 сравнения связан с управляющими входами 21 режима работы первого и второго сумматоров-вычитателей 1 и 2, с входом элемента НЕ 8 и управляющим входом 22 второго шифратора 11. Четвертый выход 23 блока 6 управления связан с входом 24 сдвига влево первого выходы которых подключены к первомуинформационному входу второго сумматора-.вычитателя, выход которого соединен с первым информационным входомблока сравнения, второй информационный вход которого подключен к выходупервого сумматора-вычитателя, выходнеравенства блока сравнения соединенс управляющими входами первого ивторого сумматоров-вычитателей,через 1 Оэлемент НЕ - с. разрешающим входомпервого шифратора и с разрешающимвходом второго шифратора, информационный выход третьего регистра сдвига подключен к информационным входам 1первого и второго шифраторов, выходыкоторых соединены с информацйоннымвходом накапливающего сумматора,выход которого подключен к выходуустройства, информационный выход второго регистра сдвига соединен с вторым информационным входом второгосумматора-вычитателя, информационныйвход первого регистра сдвига подключен к входу аргумента устройства,причем в блоке управления выход генератора импульсов соединен с первымвходдм трехвходового элемента И, выход которого подключен к первым входам первого и второго элементов И30.ч ч аэгруппы, второй вход второго элемен- ли 1 и 2, первыи, второи и третинта И соединен с инверсным выходом нервого й 8 -триггера, прямой выход которого подключен к второму входу первого элемента И, выход которого соединен с первыми входами третьего и чет-Звертого элементов И и информационнымвходом вычитающего счетчика, прямойвыход второго Йб -триггера подключенк второму входу четвертого элементаИ, выход которого через первый элемент задержки соединен с входомвторого элемента задержки, разрядные выходы вычитающего счетчика подключены к входам дешифратора нуля,выход которого соединен с входом 4третьего элемента задержки и, черезэлемент НЕ - с вторым входом трехвходового элемента И выход третьего элемента задержки подключен к входам сброса первого и второго йв-.триг з 0геров, выход первого элемента И соединен через четвертый элемент задержки с входом установки второго Й 5 -триг.гера, инверсный выход которого подключен к второму входу третьего элемента И, при этом выход четвертогоэлемента И блока управления соединенс входами сдвига вправо первого, втоПосле выполнения итераий получается число 1,Ч, 1, ,(г:и)о 1 2гв минус-двоичцой системе, равцоеи(х-у)/(х+у). При у=2 - 1(; 8) оцо ирих х 5 еро раво () / ( + 1 о 8 2 = и - К + 1 о 8 (7./2"),1 О Числопоступает через вход 28 на первый регистр 3 сдвига. Под управлением блока 6, когда генератор 40 импульсов посыпает тактовые импульсы сдвига через трехвходовый элемент И 41 и второй элемент И 38, через выход 3 на вход сдвига 24 влево, производится сдвиг содержимого регистра 3 сдвига влево до тех пор, пока в старшем разряде (выходе 19) не появится единица, которая постуФф пает через вход 17 на вход 5 первого счетчика 42 и устанавливает его в "1". Сигнал с инверсного выхода триггера где и - разрядность устройства;К - наибольшее целое число, такое, как 2"2 ЕЕ = 2" г.Заметим, что ч= 7./2", т.е. нормии-крованная мантисса числа 2(Е=ч 2 ) 5лежит в диапазоне 0,5 ч(1,И, наконец, 1 о 8,7, - 3(ч-)/(ч+1)при 0,54 ч(1.Если в итерационном алгоритме иодожить х равным Е, а у=2 -1,то можно будет вычислять величину1108 (2/2 ), входящую увеличеццойв 3 раза, в качестве третьего слагаемого величины 1 о 8, Е. 25Работает устройство для вычисления двоичного логарифма следующимобразом.В исходном состоянии, перед началом очередного вычисления 1 о 8, Е, вовторой регистр 4 сдвига и в первысумматор-вычитатель 1 заносится число, состоящее иэ единиц во всехразрядах, В третий регистр 5 сдвига, выполняющий роль программатора,заносится единица в самый старшийразряд. Кроме того, в целую частьнакапливающего сумматора 9 и в вычитающий счетчик 43 блока 6 управления должна быть занесена константа г (число разрядов), например девять. Первый и второй триггеры 42блока 6 управления должны быть сбро.шены в "0",42 закрывает второй .мемент И 38, прекращая поступление млульсор сдвига на вход 24 первого регистра 3 сдвига. При каждом сдвиге втево ца один разряд содержимого первого регистра 3 с выхода 23 посылается сигнал еще . о вычитании "1" из содержимого накапливающего сумматора 9 ио входу 25. Это вычитание выполняется столько раз, сколько нулей было в старшей части первого регистра 3. После всех сдвигов содержимое накапливающего сумматора 9 будет равно ( -к) .Сигналом к началу осцовных вычислений, т.е. вычисления логарифма нор. мализованной мантиссы числа Я, служит переброс первого триггера 42 в состояние 1 после появления единицы в старшем разряде регистра 3 сдвига. После этого иервьй же импульс, . иостуиинший от генератора 40 импульсов через открытые первый и третий элементы И 38, поступит на выход 37, а оттуда - ца вход управления групп 12 элементов И и занесет содержимое первого регистра 3 сдвига во второй сумматор-вычитатель 2 через группу 2 элементов И. Этот же импульс в блоке 6 управления, пройдя через четвертый элемент задержки 45, поступит ца вход б второго триггера 42, устанавливая его до конца вычислений в состояние1". Тем самым закрывается третий и открьвается четвертый элементы И 38 схемы. Теперь второй и последующие тактовье импульсы, поступающие от генератора 40 импульсов, направляются на первый 13, а через цепочку, составленную из первого и второго элементов 45 задержки - на второй 14 и третий 15 выходы блока 6 управления, Оци и создают в каждом такте последовательные во врелени действия: выход 13 - сдвиг содержимых всех трех регистров сдвига вправо на один. разряд; выход 14 - суммирование или вычитание содержимого сумматоров-вычитателей и сод.ржимых одноименных регистров сдвига.В зависимости от знака разности новых содержимых обоих сумматороввычитателей 1 и 2,поступающих на входы 30 и 29 блока 7 сравнения, на его первом выходе 20 появится сигнал "1" или "0", которьа переключит один сумматор-вычитатель в режим сложения, 1156067 10а другой - в режим вычитания, и наоборот для следующей итерации; выход 15 производит подсуммирование ксодержимому накапливающего сумматора 9 константы +3 2-3 с приходом синхросигнала на вход 27. Для этого используются первый 10 и второй 11 шифраторы, управляемые сигналом с первого выхода 20 ( . ) блока 7 сравнения, поступающим через элементНЕ 8 для первого 10 и напрямую длявторого 11 шифраторов,Процесс сравнения в блоке 7 сравнения.Сравнение начинается со старшегоразряда и проводится в каждом разряде с помощью элемента И 46 и элементов ИЛИ 47, Причем, если в каком-торазряде первое число больше второгото сравнение в остальных, более младших разрядах, не производится, асигнал об этом передается на первыйвыход 20, а если равны, то сигнал ввиде напряжения низкого уровня подается через второй выход 18 на вход16 блока 6 управления. Этот сигнал,запирая элемент И 4 1, прекращаетработу генератора 40 импульсов досрочно.В общем случае количество итераций определяется вычитающим счетчиком 43 и дешифратором, 44 нуля, навыходе которого после (в)-ной итерации возникает сигнал о концевычислений, который через элементНЕ 8 отключает с помощью элементаИ 41 генератор 40 импульсов, ас участием третьего элемента 45задержки сбрасывает триггеры 42 висходное, нулевое состояние.Формирование констант в каждомтакте происходит под управлением содержимого третьего регистра 5 сдвига,Там содержится число с одной единицей, при сдвиге задающей позициюединиц в константах. Первый шифратор 10 формирует константу -3 2с помощью двухвходовых элементов3 И 38 и трехвходовых элементов ИЛИ 39.Второй шифратор 11 с помощью двухвходовых элементов И 38 и элементовИЛИ 39 формирует константу +3 2,Появление единицы в каком-то одном10 разряде, задаваемом третьим регистром 5 сдвига, вызывает автоматическое повторение единиц на выходах всехболее старших разрядов, кроме соседнего, для первого шифратора 10, Это13 вызвано необходимостью представленияотрицательных констант -3 2 1 в дополнительном коде.Для второго шифратора 11 появление единицы в каком-то одном разряур де на входе от третьего регистра 5сдвига, приводит эа счет связей входов элементов ИЛИ 39 к появлениюз двух подряд стоящих разрядах высокого уровня напряжения на выходе25 второго шифратора 11. Разрядные выходы, соответствукицие целой частиконстант, формируются равными либонулю, либо единице в зависимости отзнака константы, реализуемой шифраторомПосле выполнения (и) итераций,(иногда и раньше), начальное содержимое накапливающего сумматора 9,равное -к, изменится, т.к. уменьшится на 3.(ч)/(ч+1) и станет равным1 о 8 Е,Применение изобретения обеспечивает возможность более точного вычисления двоичного логарифма, причем абсолютные и относительные погрешности снижаются в 3,8-5,0 разапо сравнению с прототипом, и составляют величины 0,015 и 0,197 соответственно.1156067 Фь 7,з НИИПИ лиал аз 3147/46 Тираж 710 Подписноеи веПатент , г.Ужгород, ул.Проектна