Устройство для логарифмирования

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 1959072(22) Заявлено 280830 (21) 3211179/18-24 51 1 М. Кп.з с присоединением заявки ЙВ О 06 Г 7/556 Государственный комитет СССР по делам изобретений(71) Заявитель л.м УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛОРАРИФМИРОВАНИЯ и ой Изобретение относится к цифровой ,вычислительной технике к может быть использовано прк построении специали зированных вычислительных устройствИзвестно устройство, которое состоит иэ дешифратора характеристики и блока сдвига, содержащего группы коммутаторов, причем выходы коммутаторов одной группы соединены с первы ми информационными входами одноименных коммутаторов следующей группы, а выходы коммутаторов последней гру пы соединены с выходными шинами мантисСы устройства. Входы управления коммутаторов определенной группы,1 обьединены н соединены с определенн группой дешифратора характеристики устройства 1.К недостаткам данного устройства следует отнести низкую точность выполнения операции отыскания двоичного логарифма числа. В частности число 01010111 имеет двоичный логарифм с точцостью семиразрядной мантисс 110.1010111, хотя истинное значение двоичногб логарифма будет равно 110.0111000, илн число 00001101 имеет двоичный логарифм на выходе устройства 011.1101000, а его истинное значение 011.1011001. Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является устройство, содержащее дешифратор характеристики, формирователь приближенной мантиссы, входное и выходноепереключающие устройства, индикатор"ные устройства фОф и и 1" и устройство образования нулевого и.единичного логарифма, Входное переключающееустройство связанозсвоими входами а .входнойшиной устройства и с источ- .,фником сигнала динамического сдвига,а выходами - с дешифратором характе"ристики, с информационным входом уст-, 15 ройства формирования приближенноймантиссы, а также со вкодами индикаторных устройств фОн и "1". Выходыиндикаторных устройств 0 к 1 соединенены со входами устройств образова ния нулевого к единичного логарифма,.Выход дешифратора характеристикисвязан с управляющими входами устройства формирования приближенной,мантиссы и с выходным переключающим 25 устройством. Выходы устройства формирования приближенной мантиссы связаны со входами устройства формирова 1 ния точкой мантиссы а выходы последйего соедийены с выходным переключаю щим устройством.Крометого, на вхолвыходного переключающего устройства подключен сигнал динамического сдвига, который также подключен к индикаторному устройству "О". Выходы выходного переключающего устройства связаны со входами устройства образова ния нулевого логарифма, выходы которого подключены ко входам устройства образования единичного логарифма, а выход устройства образования единичного логарифма связан с выходной 30 шиной.,устройства. Принцип действия этоГо устройства заключается в следующем. Входное и выходное переключающие устройства, представляющие собой в общем случае группу мультиплексоров, устанавливают требуемый динамический диапазон для измерения используя сигналы динамического сдвига. Это происходит за счет сдвига всех разрядов двоичных чисел на выходе переключающих устройств относительно разрядов входного числа. После установления динамического диапазона происходит определение наличия единицы в разрядах, превышающих этот диапазон и, если таковая имеется, то устанавливается 1 во всех разрядах выходного двоичного логарифма, а всечисла, имеющие единицу в одном из предшествующих выбранному динамическому диапазону разряда гри условии 30 наличия нулей внутри него, будут представлены нулями во всех разрядах характеристики. Обеспечение необходимой точности в выбранном динамическом диапазоне достигается путем точного 35 определения мантиссы иэ разрядов, следующих за самым старшим двоичным разрядом со значением ф 1", причем двоичное число, представленное этими двоичными разрядами, сопоставляется 40 с корректирующим числом, зависящим от величины этого двоичного числа. Корректирующее число определяют по точному значению логарифма двоичного числа, которое находится между двоич ным числом, представленным последующими двоичными разрядами и двоичным числом, которое больше на единицумладшего разряда 2 ",1Недостатком этого устройства является сравнительно низкое быстродейст вие,. связанное с наличием переключающих устройств. Кроме того, устройство,характеризуется сложностью, поскольку необходимо иметь априорные даНные о величине входного числа и 55 источник сигнала динамического сдвига.Цель изобретения - повышение быстродействия и упрощение устройства.Поставленная цель достигается тем, 60 что в устройство, содержащее дешифратор характеристики, блок формирования мантиссы, блок управления, блок коррекции и сумматор, первый вход кото.рого соединен с выходами блока. коррекции, входы дешифратора характеристики соединены с входами устройства и информационными входами блока формирования мантиссы, управляющие входы которого соединены с выходами дешифратор характеристики, введены группа элементов ИЛИ, выходы которых соединены с выходами блока коррекции и вторым входом сумматора, выходы дешифратора характеристики соединены с входами блока управления, причем блок формирования мантиссы содержит и групп мультиплексоров, где и = Е+ у (В); И - разрядностьГ ИЯвходи(эго числа, в - количество инфор" мационных входов у мультиплексоров, В - дробная часть отношения М/в,у(8) =1 при В Ф О, и Э(8) = О при В = О, управляющие и информационные входы которых являются управляющими и информационными входами блока формирования мантиссы, коммутационные входы и выходы мультиплексоров 1 -й группы "(= 1,2п) соединены соответственно с-м выходом блока управления и входами 1-го элемента ИЛИ группы, выходы лешифраторахаракте-, ристики и сумматора являются выходами характеристики и мантиссы соответственно устройства, причем блок управления содержит два элемента НЕ и два элемента И-НЕ, причем первый вход блока управления соединен с входом первого элемента НЕ и первым входом первого элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с первым входом второго элемента И-НЕ и выходом второго элемента НЕ, вход которого соединен со вторым входом блока управления, выход первого элемента НЕ соединен со вторым входом второго элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым выходом блока управления, второй и третий выходы которого соединены с выходом первого элемента И-НЕ и вторым входом блока управления соответственно, причем блок коррекции содержит пять элементов НЕ и двадцать элементов И-НЕ, причем первый входблока коррекции соединен с первым входом первого элемента И-НЕ и через первый элемент НЕ с первыми входами второго и третьего элементов И-НЕ, вторые входы которых подключены к выходу второго элемента НЕ, вход которого подключен к второму входу блока коррекции, вторым входам первого элемента И-НЕ и первым входам четвертого элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента НЕ и первыми входами пятого и шестого элементов И-НЕ, вход третьего элемента НЕ соединен с третьим входом блока коррекции, третьим входом второго элемента И-НЕ и первымивходами седьмого и восьмого элементов И-НЕ, вторые входы которых соедииены соответственно с выходами первого и третьего элементов И-НЕ, выход второуо элемента И-НЕ соединен со .вторым входом пятого и первым входомдевятого элементов И-НЕ, второй входдевятого элемента И-НЕ соединен свыходом пятого элемента И-НЕ, третьимвходом, седьмого элемента И-НЕ, первыми входами десятого и одиннадцатого элементов И-НЕ, четвертым входом блока коррекции и входом четвертого 10элемента НЕ; выход которого соединенс первыми входами двенадцатого и тринадцатого элементов И-НЕ, вторые входы которых соединены соответственнос выходами четырнадцатого и восьмого 35элементрв И-НЕ, первые входы четырнадцатого, пятнадцатого, шестнадцатого, семнадцатого, восемнадцатого,девятнадцатого и двадцатого элементов И-НВ соединены о выходами соот- щветственно второго, седьмого, одиннадцатого, пятнадцатого, тринадцатого, десятого и восемнадцатого элементов И-НЕ, пятый вход блока коррекции .соединен с входом пятого элементаНЕ и вторыми входами шестнадцатогои семнадцатого элементов И-НЕ, выход .пятого элемента НЕ соединен со вторыми входами десятого и восемнадца- того элементов И-НЕ и третьим входом Зодвенадцатого элемента И-НЕ, второйи третий входы соответственно одиннадцатого и десятого элементов И-НЕсоединены с выходом четвертого элемента НЕ, вторые входы второго, четырнадцатого, пятнадцатого, девятнадцатого и двадцатого элементов И-:, НЕ соединены соответственно с выхб-дами девятого, четвертого, шестого . семнадцатого и шестнадцатого элемен-.тов И-НЕ, третий вход девятнадцатого 49 .элемента И-НЕ соединен с выходом десятого элемента И-НЕ, выходы девятнадцатого и двадцатого элементов И,НЕ соединены с выходами блока коррек,ции. фЯ На фиг. 1 представлена блок-,схема;, .устройства для логарифмирования нафиг. 2 - схема подключения входаустройств к информационным входам зрмультиплексоров, на фиг, 3 - вариантконструкции блока управления для слу-чая пятиразрядной характеристики нафиг. 4 - вариант конструкции блокакоррекции, на фиг. 5 - вариант випол"нения блока формирования мантиссы., Устройство содержит дешифратор 1 характеристики, блок, 2 управления, блок 3 формирования мантиссы, группы , 4-6 мультиплексоров, группы 7 элементов ИЛИ, блок 8 коррекцин и сумматор 9. Блок 9 управления содержит элементы 10 и 11 НЕ и элементы 12 и 13,И"НЕ Блок 8 коррекции содержит элементы . 14-18 НЕ и элементы 19-38 И-НЕ, . фэ Дешифратор характеристики служит для определения характеристики двоичного логарифма входного числа и может быть выполнен в виде схемы комбинационной логики на основе, формирования выходного кода в зависимости от положения старшей единицы во входном числе аналогично тому, как это выполнено в устройстве 2. Блок управления 2 служит для выработки управляющих стробов и может быть выполнено в виде и-выходной логической схемы, при этом первый выход связан по логике И с инвертированными выходами разрядов дешифратора характеристики, старших выхода разряда, номер которого равен количеству управляющих входов на мультиплексоре, второй выход связан по логике И с выходом разряда на единицу большего, чем разряд, номер которого равен количеству управляющих входов на мультиплексоре, и с инвер-. тированными выходами остальных более старших разрядов и так далее со сдви" гом прямого разряда, М-цй выход схе" ваю связан со старшим разрядом дешифратора характеристики, Блок коррекции 8 необходим для выработки.корректирующего числа и выполнен в виде комбинационной схемы на элементах И-НЕ, реализация которой для случая 5-ти разрядной мантиссы представлена на Фиг. 4 и соответствует логическим выражениям для 1-го разряда корректирующего числа,+ХХ ХХХХ Х Хдля 2"го разряда корректирующего числа,Х 5 Х Х Ъ 1+Х ХХХгде значения х-х 5 соответствуют пятиразрядам приблйженной мантиссы,Устройство работает следующим образом.Двоичное число поступает на входдешифратора характеристики 1. В зависимости от положения старшей единицыво входном числовом коде на выходеешифратора характеристики образуетсяоичный код той или иной величины.Этот код поступает на блок управле-ния 2, В зависимости от величины выодного кода устройства 1 на одномз выходов блока управления образуется. строб Этот строб приводит в действие одну из д групп мультиплексоров 4-6 блока Формирования мантиссы3. В качестве управляющих кодов .намультиплексоры поступают двоичные коды характеристики логарифма входногочисла, причем на первые две группымультиплвкворов подаются младшиеразряды двоичной характеристики, ана каждую из последуюцих (и) группКод 00000 00010 00011 00100 00101 00110 01000 01001 01010 00 00 01 01 01 10 10 10 10 мультиплексоров подаются разрядыдвоичной характеристики со сдвигомна один разряд в сторону старших.Входы устройства подключаются к информационным входам каждой группы так,как показано на фиг. 2. В зависимостиот величины управляющего кода на выход каждого мультиплексора коммутиру"ется вполне определенный информационный вход. Таким образом, имеется воэ"можность выделения из входного числа 10семи разрядов, стоящих справа от старшей,единицы. В случае, если положениестаршей единицы правее восьмого разряда, то в блоке 3 происходит выделениестоящих от нее справа разрядов и дополнение их количества до семи соответствующим количеством нулей, Длянормальной работы устройства формирования приближенной мантиссы должновыполняться условие взаимности междуколичеством информационных входов намультиплексоре и разрядностью егоуправляющего кода, выраженное следующим соотношениема = 2 25где 5 - разрядность управляющего кода, подаваемая на мультиплексор.Это объясняется тем, что должнабыть воэможность подключения на вйход З 0мультиплексора любого информационноговхода. Количество мультиплексоров вкаждой из и групп устройства формирования приближенной мантиссы определяется необходимой разрядностью мантиссы или требуемой точностью вычислениядвоичного логарифма. Точная величинаи определяется отношением максимальной разрядности входного числа к4количеству информационных входов намультиплексоре (к пропускной способности используемой элементной базы).Поскольку п должно быть целым числом,то его дробное значение необходимоокруглить до ближайшего целого в большую сторону. Поэтому выражение для п 45имеет вид.и:Е +у(б),где М - разрядность входного числа,а - количество информационных 5 Овходов на мультиплексоре,В - дробная часть отношения - ,.Фпричем3(В) = 1 при В Ф О иУ(В) = 0 при В = 0 55 С блОка 3 значение приближенной мантиссы поступает через группу ИЛИ 7 на блок коррекции 8, где в соответ,ствии с ее величиной на выходе блока.8 Формируется вполне определенное значение кода. Схема блок коррекции устройства для пятиразрядной входной мантиссы имеет двухразрядный выход корректирующего числа. При подаче )на его вход значения приближенной мантиссы на выходе образуются корректирующие числа в соответствии с приведенной таблицей.Данная таблица составлена для лю" бой разрядности кода приближенной мантиссы и по ней определяются соответствующие логические выражения. Выходя из нее можно получить схЕму блока коррекции устройства любой разрядности.С выхода сумматора результирующая мантисса поступает на выход устройства логарифмирования. Кроме того, как было указано выше, на выход устройства для логарифмирования поступаетехарактеристика с дешифрато-., ра 1. Использование изобретения позволит повысить быстродействие устрой" ства логарифмирования в 1 раз, где )( - количество сдвигов в переключающем устройстве, что дает существенный выигрыш при увеличении разрядности входного числа. Кроме того,использование изобретения позволит уйростить устройство логарифмирования за счет исключения из него переключающих устройств, источников сигнала динамического сдвига, индикаторных устройств и устройств образования нупевогр и единичного логарифма. Необходимо отметить, что несмотря на введение двух элементов, устройство в целом претерпевает существенное упрощение поскольку исключе" ны источники сигнала динамического сдвига и сложные функциональные связи, которые он обуславливал, а также еще ряд вышеуказанных блоков. Приближенной ман- Корректируемоготиссы числа- 40101101100 01101 01110 01111 10000, 10001 10010 10011 10100 10 10 10101 10110 10111 11000 110 0.1 11010 11011 10 10 10 01 01 11100Ф 11101 01 11110 11111 00 формула изобретения 1. Устройство для логарифмирования, содержащее дешифратор характеристики, блок формирования мантиссы, блок управления; блок коррекции и , сумматор, первый вход которого сое." динен с выходами блока коррекции, входы дешифратора характеристики соединены с входами устройства и информационными входами блока Формирова-, ния мантиссы, управляющие входы которого соединены с выходами дешифратора характеристики, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введена группа элементов ИЛИ, выход которых соединены с входами блока коррекции и вторым входом сумматора, выходы дешифратора характеристики соединены свходами блока управления, причем блокФормирования мантиссы содержит игрупп мультиплексоров, где и = Е- ) +ГМв);+В); М - разрядность входного.ч исла;10 п - количество информационных входову мультиплексоров, В - дробная частьотношения И/щ; 1Ь ) = 1 при Ь Ф 0 и(Ь) = 0 при Ь = О, управляющие и ин формационные входы которых являются.;15 управляющими и инФормационными входами блока формирования мантиссы, ком-. мутационные входы и выходы мультиплексоров 1-й группы (3 = 1,2. и) соединены соответственно с 1-м выходом блока управления и входами -го элемента ИЛИ группы, выходы дешифратора характеристики и сумматораявляются выходами характеристики имантиссы соответственно устройства,причем блок управления содержит дваэлемента НЕ и два элемента И-НЕ, причем первый вход блока управления соединен с входом первого элемента НЕи первым входом первого элемента ИНЕ, второй вход которого соединен спервым входом второго элемента ИНЕ и выходом второго элемента НЕ,вход, которого соединен с вторым входом блока управления, выход первогоэлемента НЕ соединен с вторым вхоЗ дом второго элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым выходомблока управления, второй и третийвыходы которого соединены с выходомпервого элемента И-НЕ и вторым вхо дом блока управления соответственно. 2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок коррекции содержит пять элементов НЕ идвадцать элементов И-НЕ, причем первый вход блока коррекции соединенс первым входом первого элемента ИНЕ и через первый элемент НЕ с пер"выми входами второго и третьего элементов И-НЕ, вторые входы которыхподключены к выходу второго элементаНЕ, вход которого подключен к второму входу блока коррекции, вторым входам первого элемента И-НЕ и первым.входам четвертого элемента И-НЕ, вто-рой вход которого соединен с выходомтретьегц элемента НЕ и первыми входами пятого и шестого элементов И-НЕ,.вход третьего элемента НЕ соединенс третьим входом блока коррекции,третьим Входом второго элемента И-НЕи первыми входами седьмого и восьмого элементов И-НЕ, вторые входы которых соединены соответственно с выхо.дами первого и третьего элементов И И-НЕ, выход второго элемента НЕ соединен с вторым входом пятого и первым входом девятого элементов И-НЕ, вто. - рой вход девятого элемента И-НЕ соединен с выходом пятого элемента ИНЕ, третьим входом седьмого элемента И-НЕ, первыми входами десятого и одинйадцатого элементов И-НЕ, четвертым входом блока коррекции и входом четвертого элемента НЕ, выход которого соединен с первыми входами двенадцатого и тринадцатого элементов 10 И-НЕвторые входы которых соединены ф соотВетственно с выходами четырйадцатого и восьмого элементов И-НЕ, первые входы четырнадцатого, пятнадцатого, шестнадцатого, семнадцатого, 5 восемнадцатого, девятнадцатого и двадцатого элементов И-НЕ соединены с выходами соответственно второго, седьмого,. одиннадцатого, пятнадцатого, тринадцатого, десятого и во- щ семнадцатого элементов И-НЕ, пятый вход блока коррекциисоединен с входом пятого элемента НЕ и вторыми входами шестнадцатого и семнадцато" го элементов И-НЕ, выход пятого элемента НЕ соединен с вторыми входамидесятого и восемнадцатого элементовИ-НЕ и третьим входом двенадцатогоэлемента И-НЕ, второй и третий входысоответственно одиннадцатого и десятого элементов И-НЕ соединены с выходом четвертого элемента НЕ, вторыевходы второго четырнадцатогопятнадцатого, девятнадцатого и двадцатого элементов И-НЕ соединены соответственно с выходами девятого,четвертого-, шестого, семнадцатого ишестнадцатого элемейтов И-НЕ, третийвход. девятнадцатого элемента И-НЕсоединен с выходом десятого элементаИ-НЕ, выходы девятнадцатого и двадцатого элементов И-НЕ соединены с выходами блока коррекции. Источники информации,принятые во внимание при экспертиэе 1, Авторское свидетельство СССР Р 717760, кл, 6 06 Г 7/38, 1980. 2, Патент ФРГ В 2505383,кл, 6 06 Г 5/02, опублик, 1980 прототип),