АДАПТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ВЫЧИСЛЕНИЯ ПРЯМЫХ ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ Российский патент 2008 года по МПК G06F7/548 

Описание патента на изобретение RU2326427C2

Изобретение относится к автоматике и информационно-вычислительной технике, может быть использовано в цифровых информационно-вычислительных системах, предназначенных для решения однотипных по структуре задач с переменной точностью расчетов (в частности, задач оптимизации) или для решения многотипных по структуре задач с постоянной в пределах структуры, но различной от структуры к структуре точностью расчетов.

Большинство современных электронно-вычислительных средств оперируют данными, разрядности и форматы которых весьма ограничены. При расчете прямых тригонометрических функций это часто приводит к недостаточной или избыточной точности расчетов. В первом случае полученные результаты не могут быть использованы в дальнейших вычислениях, во втором - время расчета неоправданно возрастает.

Аналог к способу.

Для устранения указанных недостатков используется метод рекуррентных соотношений, который позволяет рассчитывать данные с произвольной точностью [Благовещенский Ю.В., Теслер Г.С. Вычисление элементарных функций на ЭВМ. - Киев: Техника, 1977. - 208 с.]. Главным недостатком такого подхода является то, что этот метод не оптимален во всем диапазоне разрядностей данных с точки зрения времени расчета функций, т.е. приводит к неоправданному возрастанию времени вычисления.

Аналоги к устройству.

К настоящему времени были предложены различные вычислительные устройства, позволяющие менять внутреннюю структуру устройства непосредственно в процессе работы.

1. Так, в Патент США №5600845 от 1994 года рассмотрено вычислительное устройство, построенное на базе динамически реконфигурируемой программируемой логической интегральной схемы и содержащее:

- процессор с RISC-архитектурой;

- реконфигурируемый вычислитель;

- блок памяти для хранения конфигураций;

- интерфейсный модуль, соединенный с внешним вычислительным устройством.

В устройстве отсутствуют блоки выбора и загрузки конфигураций - данные функции возложены на внешнее вычислительное устройство, которое передает данные через системную шину. По этой причине главным недостатком данного устройства является неоправданно большое время выбора и загрузки конфигураций, которые реализуют вычислительные структуры для расчета функций, что приводит к увеличению общего времени вычисления.

2. В научной статье [Руфицкий М.В., Федотов М.Ю. Применение ПЛИС в качестве динамически реконфигурируемого сопроцессора. - Сборник научных трудов преподавателей, сотрудников и аспирантов "Электроника, информатика и управление". Вып.1. - Владимир: ВлГУ, 2000. - С.158-163.] предложено:

- использовать динамически реконфигурируемую программируемую логическую интегральную схему только для выполнения расчетов;

- ввести блок загрузки конфигураций;

- выбор конфигурации возложить на микроконтроллер.

В данном устройстве по-прежнему отсутствует блок выбора конфигураций, поэтому главным недостатком такого устройства является неоправданно большое время выбора конфигураций, что приводит к увеличению общего времени расчета прямых тригонометрических функций.

Цель изобретения - сокращение времени вычисления прямых тригонометрических функций.

Способ расчета прямых тригонометрических функций заключается в том, что в зависимости от условий и ограничений решаемой задачи выбираются различные вычислительные структуры, при этом в качестве критерия выбора используются формат и разрядность данных: в случае изменения точности расчета прямых тригонометрических функций изменяются формат и/или разрядность данных (автоматически - на основании алгоритма, заложенного пользователем, или непосредственно пользователем - в интерактивном режиме), затем в соответствии с форматом и разрядностью данных выбирается такая вычислительная структура, использование которой потребует наименьших временных затрат на расчет прямых тригонометрических функций.

Адаптивное устройство вычисления прямых тригонометрических функций содержит микроконтроллер 1, блок выбора конфигурации 2 (далее по тексту блок 2), блок загрузки конфигурации 3 (далее по тексту блок 3), блок памяти 4 (далее по тексту блок 4), динамически реконфигурируемую программируемую логическую интегральную схему (далее по тексту ДР ПЛИС) 5.

Устройство работает следующим образом.

Микроконтроллер 1 передает блоку 2 набор 6 сигналов, кодирующих сведения о формате и разрядности данных. Микроконтроллер 1 формирует также сигналы 7, 8, 9, которые разрешают работу соответственно блоков 3, 4, 5, и сигнал 10, который задает операцию чтения данных из блока 4.

Блок 2 по заложенному в него алгоритму производит выбор конфигурации и генерирует поток данных 11 о начальных и конечных адресах выбранных конфигурационных файлов, хранящихся в блоке 4. Эти данные 11 поступают к блоку 3, который, если требуется изменение конфигурации в ДР ПЛИС 5, формирует набор 12 управляющих сигналов для ДР ПЛИС 5 и адреса ячеек памяти блока 4, в которых хранятся конфигурационные данные. Адреса конфигураций через шину адреса 13 поступают к блоку 4. Конфигурационные данные через шину данных 14 поступают к ДР ПЛИС 5. После того как ДР ПЛИС 5 конфигурирована, к ДР ПЛИС по шине 15 поступает поток входных данных (значения аргументов и управляющие сигналы) от микроконтроллера 1. ДР ПЛИС 5 производит расчет значений прямых тригонометрических функций на основе заложенной в нее вычислительной структуры и формирует поток выходных значений (значения функций и сигналы индикации состояния ДР ПЛИС 5), передаваемых по шине 15 к микроконтроллеру 1. Обмен данными с внешними устройствами микроконтроллер 1 осуществляет по внешней шине данных 16.

Для того чтобы пользователь мог изменить и дополнить набор конфигураций, блок 2 выполняется на основе программируемой логической интегральной схемы.

Изменение и дополнение набора конфигураций производится следующим образом: микроконтроллер 1 формирует сигналы 7, 8, 9, которые запрещают работу соответственно блоков 3, 4, 5, и сигнал 10, который задает операцию записи данных в блок 4. Через шину 13 микроконтроллер 1 передает адреса ячеек памяти в блоке 4, в которые должны быть записаны конфигурационные данные. Через шину 14 микроконтроллер 1 передает конфигурационные данные в блок 4. Затем микроконтроллер 1 формирует сигналы 17 и перепрограммирует блок 2, изменяя тем самым алгоритм выбора конфигурации. Блок 2 реализуется на основе программируемой логической интегральной схемы для того, чтобы алгоритм выбора конфигураций мог быть изменен без замены аппаратного обеспечения. Предлагаемое устройство позволяет сократить время расчета прямых тригонометрических функций при обработке больших массивов данных, разрядность и формат которых меняются с течением времени.

Похожие патенты RU2326427C2

название год авторы номер документа
БОРТОВАЯ РЕКОНФИГУРИРУЕМАЯ СИСТЕМА ВСТРОЕННОГО КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА 2015
  • Савкин Леонид Васильевич
RU2604438C1
ВЕКТОРНОЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ ЯДРО 2023
  • Конотопцев Валерий Николаевич
  • Сергеев Игорь Сергеевич
RU2819403C1
Способ нейроморфной обработки данных и устройство для его осуществления 2019
  • Малашин Дмитрий Олегович
  • Малашин Роман Олегович
RU2739340C1
РЕКОНФИГУРИРУЕМЫЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ КОНВЕЙЕР 2011
  • Дыдыкин Сергей Владимирович
  • Авдеев Максим Петрович
  • Попов Вячеслав Сергеевич
  • Холостов Алексей Александрович
RU2461867C1
Высокопроизводительная вычислительная платформа на базе процессоров с разнородной архитектурой 2016
  • Лобанов Василий Николаевич
  • Чельдиев Марк Игоревич
RU2635896C1
РЕКОНФИГУРИРУЕМАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА 2017
  • Будкина Ольга Анатольевна
  • Будник Александр Владимирович
  • Воротников Константин Игоревич
  • Горбунов Виктор Станиславович
  • Демин Федор Вячеславович
  • Елизаров Георгий Сергеевич
  • Корябочкин Владилен Сергеевич
  • Кульков Георгий Борисович
  • Парамонов Виктор Викторович
  • Сергеев Игорь Сергеевич
  • Симонов Аркадий Васильевич
  • Титов Александр Георгиевич
  • Цыбов Александр Альбертович
RU2677363C1
УСТРОЙСТВО ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА ФОРМИРОВАНИЯ КЛЮЧЕВОЙ ИНФОРМАЦИИ И РАДИОДАННЫХ ДЛЯ РАДИОСТАНЦИИ 2016
  • Баранов Сергей Игоревич
  • Драгунов Виталий Анатольевич
RU2634202C1
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ С ДИНАМИЧЕСКИМ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ 2023
  • Будкина Ольга Анатольевна
  • Воротников Константин Игоревич
  • Демин Федор Вячеславович
  • Морозов Илья Александрович
  • Парамонов Виктор Викторович
  • Симонов Аркадий Васильевич
  • Цыбов Александр Альбертович
RU2823113C1
КОМАНДЫ СОХРАНЕНИЯ/СОХРАНЕНИЯ БЛОКА ДАННЫХ ДЛЯ СВЯЗИ С АДАПТЕРАМИ 2010
  • Дан Грейнер
  • Дейвид Краддок
  • Томас Грегг
  • Марк Фаррелл
RU2522314C1
Управляющая система для квантовых вычислительных устройств 2023
  • Кулик Сергей Павлович
  • Моисеевский Алексей Денисович
  • Бобров Иван Борисович
  • Стручалин Глеб Игоревич
RU2814936C1

Реферат патента 2008 года АДАПТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ВЫЧИСЛЕНИЯ ПРЯМЫХ ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ

Изобретение относится к автоматике и информационно-вычислительной технике и может быть использовано для расчета прямых тригонометрических функций. Техническим результатом является уменьшение времени выполнения расчетов. Устройство содержит микроконтроллер, блок выбора конфигурации, блок загрузки конфигурации, блок памяти, динамически реконфигурируемую программируемую логическую интегральную схему. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 326 427 C2

Адаптивное устройство вычисления прямых тригонометрических функций, содержащее микроконтроллер, блок загрузки конфигурации, блок памяти, предназначенный для хранения конфигураций, динамически реконфигурируемую программируемую логическую интегральную схему (ДР ПЛИС), предназначенную для расчета значений прямых тригонометрических функций на основе заложенной в нее вычислительной структуры, причем выходы адреса блока загрузки конфигурации соединены с входами адреса блока памяти, входы-выходы блока загрузки конфигурации, на которых формируются сигналы управления и контроля за загрузкой конфигурации, соединены с входами-выходами ДР ПЛИС, входы-выходы данных блока памяти соединены с входами данных ДР ПЛИС, входы-выходы данных микроконтроллера соединены с входами-выходами данных ДР ПЛИС, управляющие выходы микропроцессора, на которых формируются сигналы разрешения/запрета работы, соединены с управляющими входами блока загрузки конфигурации, блока памяти и ДР ПЛИС, выход микропроцессора, на котором формируется управляющий сигнал записи/считывания данных, соединен с другим управляющим входом блока памяти, отличающееся тем, что в него введен блок выбора конфигурации, который производит выбор конфигурации на основе алгоритма, заложенного в него пользователем, причем выходы микроконтроллера, через которые передаются сигналы, кодирующие сведения о способе представления данных, соединены с входами данных блока выбора конфигурации, управляющие выходы микроконтроллера, на которых формируются сигналы перепрограммирования, соединены с управляющими входами блока выбора конфигурации, выходы данных блока выбора конфигурации соединены с входами данных блока загрузки конфигурации, выходы микроконтроллера, на которых формируются адреса ячеек для записи конфигурационных данных при перепрограммировании, соединены шиной адреса с входом адреса блока памяти, выход данных микроконтроллера соединен шиной данных с входом данных блока памяти, шина для обмена данными между микроконтроллером и ДР ПЛИС, предназначенная для передачи значений аргументов вычисляемых прямых тригонометрических функций и управляющих сигналов от микроконтроллера к ДР ПЛИС и передачи вычисленных значений функций и сигналов индикации состояния от ДР ПЛИС к микроконтроллеру, внешняя шина данных, предназначенная для обмена данными между микроконтроллером и внешними устройствами.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2008 года RU2326427C2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ 1993
  • Келехсаев Борис Георгиевич
RU2060549C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ФУНКЦИЙ 1988
  • Евстигнеев В.Г.
  • Козырькова М.В.
  • Кошарновский А.Н.
  • Марковский А.Д.
  • Сафонов Е.Н.
  • Бондаренко А.В.
  • Силаев А.И.
SU1755650A1
Устройство для воспроизведения тригонометрических функций синуса и косинуса 1989
  • Маслов Алексей Алексеевич
  • Георгица Юрий Васильевич
  • Георгица Юрий Михайлович
SU1661800A1
JP 10003379, 06.01.1998
JP 62249285, 30.10.1987.

RU 2 326 427 C2

Авторы

Филиппов Алексей Константинович

Руфицкий Михаил Всеволодович

Даты

2008-06-10Публикация

2004-08-17Подача