Устройство для извлечения корня @ -й степени Советский патент 1984 года по МПК G06F7/552 

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для построения специализированных .вычислительных машин и функциональных преобразователей. Известно устройство для извлечения корня N-й степени, содержащее даа счетчика, группу управляемых делителей частоты, триггер запуска и остановки, элемент И и переключатель показателя степени l . Недостатком устройства является его низкое быстродействие , так как для получения значения- необходимо X тактов работы устройства. Наиболее близким по технической С1ацности к предлагаемому является устройст;зо для возведения в степень и извлечения корня, содержащее груп пу сумматоров, число которых .равно показателю степени, причем выход каждого предыдущего сумматора соеди нен с входами сложения и вычитания каждого последующего сумматора через соответствующие элементы И, а выход регистра соединен с входами сложения и вычитания первого сумматора через соответствующие элементы И, выходы блока сравнения соединены с входами распределителя импульсов, подключенного выходами к входам реверсивного счетчика, управ ляющим входам элементов И и первому в -.оду блока, сравнения, выходы запом нающего блока соединены с установоч ными входами сумматоров и регистра выходы регистра показателя степени соединены с управляющими входами запоминающего блока, распределителя импульсов и блока переключения, подключенного информационными входа ми к выходам реверсивного счетчика старшего сумматора, управляющим входом - к одному из выходов распре делителя импульсов, а выходом - к второму входу блока сравнения, вход регистра показателя степени подключены к соответствующим входным шинам, а третий вход блока сравнения подключен к входной шине информацио ной шине устройства. В соответствии с кодом показател степени заданной функции запоминающий блок выдает на установочные вхо ды суммат9РОв и регистра коды начальных значений и разностей функци а распределитель импульсов - сигнал передачи кодов с(ч-2)-го сумматора и )-го на п-и. В резу тате этого в реверсивном счетчике получается код величины, соответствук)щей значению функции у 7. Вре tflK одного, цикла вычислений равно 1 +1, где ,3,..., И - показатель корня вычисляемой функции 2 . Недостатками изведтного устройст ва являются низкое быстродействие отработки рассогласовс1ний при изменении показателя степени корня и большое количество оборудования, недостаточное быстродействие вытоф ет непосредственно из алгоритма работы устройства. Использование п сумматоров, сложного распределителя импульсов и запоминающего блока с ll() ячейками для запоминания кодов начальных значений для h функций приводит к сложной схеме. На практике часто не требуется совмещение операций возведения в степень и извлечения корня. Цель изобретения - повышение быстродействия и уменьшение аппаратурных затрат. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для извлечения корня N-й степени, содержащее генератор импульсов, схему сравнения, группу элементов И, блок управления, регистр результата, введены группа управляемых делителей частоты, управляемый делитель частоты,- элемент ИЛИ, формирователь импульса, а блок управления содержит счетчик, триггер, элемент И, реверсивный счетчик, счетный вход которого соединен с выходом элемента И, первый вход которого соединен со счетным входом счетчика, входом управляемого делителя частоты, входог: первого управляемого делителя частоты группы и выходом генератора импульсов, разрядные выходы реверсивного счетчика соединены соответственно с разрядными входами регистра результата и управляющими входами всех управляемых делителей частоты группы, выход каждого управляемого делителя частоты группы соединен с информационньгм входом следующего управляемого делителя частоты группы и первым входом соответствующего элемента И группы, второй вход каждого из которых соединен с соответствующим разрядным входом показателя степени устройства выходы элементов И группы соединены с входами элемента ИЛИ, выход.которого соединен с первым входом схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом управляемого делителя частоты, входом управления счетчика и установочным входом триггера, вход сброса которого соединен с выходом переполнения счетчика, разрядные входы которого соединены свыходами старших разрядов реверсивного счетчика, вход выбора режима работы которого соединен с первым выходом схемы сравнения, второй, выход кото рой соединен с вторым входом элемента И и выходом формирователя импульса, выход которого соединен с тактовым входом регистра результата,

третий выход элемента И соединен с выходом триггера, вход аргумента устройства соединен с управляющими .входами управляемого делителя частоты.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для извлечения корней; на фиг. 2 - схема сравнения.

Устройство содержит генератор 1 импульсов, управляемый делитель 2 частоты, схему 3 сравнения, группу Ю 4 управляемых делителей частоты; группу 5 элементов И, элемент ИЛИ. 6, блок 7 управления, формирователь 8 импульса и выходной регистр 9, а также вход 10 показателя степени, 15 вход 11 аргумента и выход 12 функции.

Блок 7 управления содержит счетчик 13, триггер 14 элемент И 15 и реверсивный счетчик 16.

Схема сравнения фиг.2) содержит 20 элемент 2И-ИЛИ 17, D К-триггер 18, элемент 2И-ИЛИ 19, триггер 20, элементы И 21 и 22, триггер 23 и элемент ИЛИ 24.

Устройство для извлечения корней

работает следующим образом.

На информационную шину 11 устройства подается величина, из которой необходимо извлечь корень К-й сте- 30 пени. На входную шину 10 поступает признак извлечения корня, в зависимости 6т которого подается разрешение на соответствующий логический элемент И группы 5, разрешающий 35 прохождение на логический элемент ИЛИ б частоты i, , считываемой с соответствующего -го управляемого елителя частоты группы 4. Генератор 1 импульсов вырабатывает посто- «40 янную (стабильную) частоту о ii . На выходе i -го управляемого делитея частоты группы 4 частота ii опрееляется следующим выражением:

(1) 45

где Q - коэффициент деления, формируемый на выходе блока 7 управления (в частности :) 2 -М, здесь h7 - разрядность управляемого делителя часто- ,. ты; М - число с выхода 7 блока управления, однако можно непосредственно считывать CJ в соответствующем коде, что технически не пред ставляет трудностей); 55 i - показатель степени, соответствующий номеру управляемого делителя частоты в группе 4. Параллельно частоте fg поступает а импульсный вход и второго управля бО мого делителя 2 частоты, на выходе оторого образуется частота f , опрееляемая следующим выражением:

)

де X - код аргумента.. 5

Схема 3 сравнения постоянно сравнивает частоты 1, и{ и вырабатывает сигналы модуля разности частот /if/ /ig i/ и знака разност eign At, в зависимости от которых .блок 7 управления вырабатывает код о так, чтобы в пределе (установившийся режим) достигалось приблизительное paвeнcтвof { тoгдa из выра жений (1) и(2) следует, что . io/V-io/X . .

ИЛИ у (фуикция; .

Устройство содержит два контура управления (внешний и внутренний), реализованные в блоке 7 управления. Внешний контур, образованный схемой 3 сравнения, блоком 7 управления, группой 4 управляемых делителей частоты, группой 5 элементов И и элементом ИЛИ б, осуществляет отрицательную обратную связь с целью поддержания частоты ,что возможно только при соответствующем ( , считвание которого осуществляется j момент if соответствующий/ь1|гй доп.Последнее позволяет однозначно определить функцию. Момент времени считывания t определяется формирователем 8 импульса по заднему фронту импульса .Обратная связь по частоте i; позволяет следить с достаточными динамическими характеристиками за изменениями частоты fj (что происходит при смене показателя степени). Для исключения возможных автоколебаний (так как система нелинейная и импульсная) управляющее воздействие ( на группу 4 подается таким образом, что ( изменяется каждый раз на один шаг только при определенном рассогласовании по ч астате} kll hlj oответствующим выбором величины шага можно получить требуемую инерционность устройства (определяющую быстродействие и вероятность возйикновения автоколебаний). Разность, частот ,д1 измеряется заполнением г|epиoдa i импульсами постоянной (высокой)частоты fo с Bt

выхода генератора 1 импульсов.

В блоке 7 управления на реверсивном счетчике 16 за времяAi ii it-(f) (где ь (1э) - время, определяемое счетчиком 13 и фиксируемое триггером 14) подсчитываются импульсы высокой частоты fo« В установившемся режиме при 1 const, it- min и управляющее воздействие с выхода контура управления постоянно, т.е. . cons t. .

При изменении-частоты i изменяется количество импульсов частоты i,, что приводит к динамической ошибке внутри дискрета импульсов

9 Требуемое в этом случае изменение частоты импульсов 15 осуще«ртвляется изменением через контур .внутренней обратной связи по результатам подсчета не только ко { честна импульсов высокой -частоты о за период 4t,.Ho и с учето частоты ij , что эквивалентноf(i;),B результате такого управления улучшаютсд динамические характеристики (быстродействие), а следовательно, расширяется и диапазон изменения, что эквивалентно пределам и скорости изменения аргумента х. Изменение частоты импульсов f достигается изменением С} , причем последнее осуществляется таким образом, что Я/а со 151 достижение такой пропорции обеспечивается замыканием старших разрядов реверсивного счетчика 16 на установочный вход счетчика 13. Счетчик 13, триггер 14 и логический элемент И 15 выполняют функции внутренней обратной связи блока 7 управления по управлению воздействием реверсивного счетчика 16 на группу 4 управляемыз .д ителей частоты. Счетчик 13. подсчитываёт импульсы частоты fo в интервале от входного импульса ij яо импульса переполнения счетчика 13. Импульсы (, суммируются с числом, введенным в счетчик 13 с части выходов реверсивного счетчика 16, причем разрешение на ввод числа дается каждым импульсом i . С выхода счетчика 13 импульс переполнения управляет триггером 14, сбрасывая его в нулевое состояние (установка осуществляется каждым импульсом частоты 9). Триггер 14 определяет разрешающий потенциал на логический элемент И 15 в интервале времени. в течение которого необходимое .количество импульсов io поступает через логический элемент И 15 на счетный вход реверсивного счетчика 16 для изменения управл гющего воздействия ( на группу 4 управляемых делителей частоты. Переключение реверсивного счетчика 1б на сложение или вычитание осуществляется в зависимости от знака рассогласования частот 1 и f по сигналу5 п if с второго выхода схемы 3 сравнения.

По сравнению с известным устройством Б предлагаемом повышается быстродействие по отрс1ботке рассогласований при изменении показателя степени корня и уменьшаются аппара5 турные затраты. По данным эксперимента достигается повышение быстродействия в динамике более чем на 30% после ввода устройства в синхронизм. С учетом только оборудования известного устройства, используемого для извлечения корней, аппаратурные затраты сокращаются не менее чем на 25%.

и

О

t

VI

sijfnA f.

1 ,

f-f.

г

Фа г. 2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ КОРНЯ Н-Я СТЕПЕНИ, содержащее генератор импульсов, схему сравнения, группу элементов И, блок управления, регистр результата, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и уменьшения аппаратурных затрат, оно содержит группу управляемых делителей частоты, управляемый делитель частоты, элемент ИЛИ, формирователь импульса, а блок управления содержит счетчик, триггер, элемент И, реверсивный счетчик, счетный вход которого соединен с выходом элемента И, первый вход которого соединен со счетным входом счетчика, входом управляемого делителя частоты, входом первого управляемого делителя частоты группы и выходом генератора импульсов, разрядные выходы реверсивного счетчика соединены соответственно с раз(рядными входами регистра результата и управляющими входами всех управляе мых делителей частоты группы, выход каждого управляемого делителя частоты группы соединен с информационным входом следующего управляемого делителя частоты группы и первым входом соответствующего элемента И группы, второй вход каждого из которых соединен с соответствующим разрядньм входом показателя степени устройства, выходы элементов И группы соединены с входами элементов ИЛИ, выход которого соединен с первым входом схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом управляемого делителя частоты, входом управления счетчика и установоч(Л ным входом триггера, вход сброса которого соединен с выходом переполнения счетчика, разрядные входы которого соединены с выходами старших разрядов реверсивного счетчика, вход выбора режима работы которого соединен с первым выходом схемы сравнения, второй выход которой соединен с вторым входом элемента И и входом формирователя импульсов, выX ход которого соединен с тактовым входом регистра результата, третий выход элемента И соединен с выходом ч| триггера, вход аргумента устройст00 ва соединен с управляющими входами ((Управляемого делителя частоты. :о