Устройство для возведения в степень и извлечения корня Советский патент 1984 года по МПК G06F7/552 

Изобретение относится к автоматике, вычислительной и измерительной технике и может быть использовано в качестве специализированного вычислителя, входящего в состав устройств автоматики, управления и контроля.

Известно частотно-импульсное устройство для возведения в степень, содержащее двоичный делитель, схему вьщеления периода, схему управления, умножитель, два реверсивных счетчика схемы И и ИЛИ, счетчик степени и ключи набора возводимой степени fЛ .

Недостатками устройства являются его сложность и невозможность восщ)оизведения степенных функций с дробным показателем степени.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для возведения в степень и извлечения корня, содержащее реверсивный счетчик, первый и второй накапливающие сумматоры 2J .

Однако известное устройство характеризуется сложностью, увеличением аппаратурных затрат с ростом показателя степени и невозможностью воспроизведения степенных функций с любым дробным показателем степени.

Цель изобретения - расширение области применения путем получения возможности воспроизведения степенных функций с любым дробным показателем степени.

I .

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для возведения в степень и извлечения корня, содержащее реверсивньй счетчик, первый и второй накапливающие сумматоры, введенный генератор опорной частоты, триггер, формирователь импульсов, сумматор-вычитатель, пять коммутаторов и счетчик, причем входы первой группы первого коммутатора соединены соответственно с входами первого коэффициента показателя степени устройства, входы первой группы первого коммутатора соединены срответственно с входа ш второго коэффициента показателя степени устройства, выходы первого коммутатора соединены соответственно с информационными входами первого накапливающего сз мматора, вход сброса которого соединен с входом сброса второго накапливающего сумматора, с входом установки в 1 счетчика и выходом формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом триггера, с управляющими входами всех коммутаторов и управляющим входом сумматоравычитателя, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с выходами второго накапливающего сумматора и второго коммутатора, первьй информационный вход которого соединен с первьм информационным входом третьего коммутатора и информационным входом устройства, второй информационный вход второго коммутатора соединен с первым информационным входом четвертого коммутатора и выходом генератора опорной частоты, второй информационный вход третьего коммутатора соединен с вторым информационным входом четвертого коммутатора и выходом сумматора-вычитателя, инверсные вых:оды счетчика соединены соответственно с информационньми входами второго накапливающего сумматора, тактовый вход которого соединен с выходом четвертого коммутатора и с тактовьм входом первого накапливающего сумматора, выход которого соединен с информационным входом петого коммутатора, первый и второй выходы которого соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, выход которого соединен с входом сброса триггера, информационный вход которого соединен с входом .задания режима устройства, выход третьего коммутатора соединен с тактояым входом счечика.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства для возведения в степень и извлечения корня; иа фиг. 2 - один из возможных вариантов реализации,сумматора-вычитателя; на фиг. 3 и 4 - структурные схемы коммутаторов.

Устройство для возведения в степень и извлечения корня (фиг. 1) содержит информационный вход 1, вход 2 задания режима устройства, накапливающие сумматоры 3 и 4, счетчик 5, реверсивный сч€гтчик 6, генератор 7 опорной частоты, формирователь 8 импульсов, триггер 9, сумматор-вычитатель to с информационными входами 11 и 12, управлякщим входом 13 и лыходом 14, коммутатор 15 с входом 16, управлякхцим входом

17 и выходами 18 и 19, коммутаторы 20-22 с входами 23-24, 25-26, 27-28 управляющими входами 29-31 и выходами 32-34 соответственно и коммутатор 35 с группами 36 и 37.

Сумматор-вычитатель 10 (фиг.2) содержит триггер 38, элементы 39 и 40 задержки, элементы И 41-43, элементы НЕ 44 и элемент ИЛИ 45.

Коммутатор 15 (фиг.З) содержит элемент НЕ 46 и элементы И 47 и 48.

Коммутаторы 20-22 (фиг.4) содержат элемент НЕ 49 и элементы И 50 и 51 и элемент ИЛИ 52.

Сумматор-вычитатель 10 (фиг.2) работает следующим образом.

В исходном положении триггер 38 в единичном.состоянии, или же он устанавливается в него первым импульсом с входа 12. В режиме суммирования на управляющем входе 13 нулевой потенциал, на выходе элемент НЕ 44 - единичный. Импульсные последовательности с входов 12 и

11через элементы И 43 и 42 соответ ственно поступают на элемент ИЛИ 45 Элемент 39 задержки исключает возможность наложения импульсов, поступаияшх на входы 12 и 11. В режиме вычитания на управляющем входе 13 единичный потенциал, а на выходе элемента НЕ 44 - нулевой. Импульсная последовательность с входа

12через элементы И 43 и ИЛИ 45 проходит на выход 14. При постугшеНИИ импульса на вход 11 триггер

38 устанавливается в нулевое состояние, запрещая прохождение очередного импульса с входа 12 через элемент И 43. Этот импульс вновь установит триггер 38 в единичное состо.яние, которое повторится на выходе элемента 40 задержки через некоторое время, уже по окончаиии имдульса на входе 12. Таким образом, из импульсиой последовательности,

поступающей на вход 12, вычитается

один импульс.

: Работа коммутаторов 15 и 21-22

/показана на г. 3 и 4 соответствен .

;НО.

Устройство ДЛЯ возведения в степень, и извлечения корня (фиг. 1)

I работает следующим образом.

I В исходном состоянии накапливающие сумматоры 3 и 4, триггер 9. на-

|Ходятся в нулевом состоянии, счетчи 5 - в единичном (т.е. на его инверсных выходах нулевые потенциалы), на выходах коммутатора 35 нулевым потенциалом на управляющем входе установлен код числа О с группы входов 36. .

Импульсная последовательность х с входа 1 через коммутатор 21 поступает на ВХОД счетчика 5. Каждый импульс последовательности у , поступающей на тактовый вход накапливающего сумматора 3, переносит число m - х (где m - коэффициент пересчета счетчика 5), формирующееся на инверсных выходах счетчика 5, в накапливающий сумматор 3, где это число складывается с предьщущим значением кода в накапливающем сумматоре 3,. В случае, если суммарное значение числа, записанного в накапливающий сумматор 3, превысит его емкость т, то произойдет его переполнение и на выходе накапливающего сумматора 3 появится импульс, iкоторый через сумматор-вьиитатедь 10, работающий в это время в режиме суммирования, и через коммутатор 20 вновь поступит на тактовьй вход накапливающего cyMMaiTopa 3.

Приращение dy импульсной последовательности у на выходе сумматоравычитателя 10 и на входе накапливакяцего сумматора 3 будет определятся приращением dx и dz импульсных последовательностей X на входе t и 7; на выходе накапливающего сумматора 3

(1)

dy dx + dz

Приращение dz определяется приращением dy:

j m - X .

(2) dz -«dy

m

Решив совместно выражения (1) и (2), запишем значение числа ц , которое соответствует количеству импульсов, поступивших на вход накапливающего сумматора 3:

(3)

m Inx

; Импульсы импульсной послвдовательности ц поступают также на тактовый

-ВХОД накапливающего сумматора 4. Каждый импульс переносит в накапливающий сумматор 4 число О, установленное

Iкс 1мутатором 35 на его входах, и суммирует это число с предыдущим, записанным в накапливающем сумматоре кодом. Если С5 марное значение превысит Vn (гдеум, - емкость сумматора 4), то произойдет его переполнение и на выходе появится импульс, который через коммутатор 15 поступит в реверсивный счетчик 6. Количество импульсов 9l выхода накапливающего сумматора 4 поступившее на суммирующий вход реверсивного счетчика 6, равно Ш.У С учетом выражения (3) По окончании входной импульсной последовательности X на вход 2 поступает управляющий импульс, которы устанавливает триггер 9 в единичное состояние. При переходе потенциала на выходе триггера 9 из нулевого в единичное состояние на выходе фор мирователя 8 импульсов появляется короткий импульс, который обнуляет накапливающие сумматоры 3 и 4 и устанавливает в единичное состояние счетчик 5. Единичным потенциалом на управляющем входе коммутатора 35 на его выходах устанавливается код числа Ъ с группы входов 37. Далее от генератора 7 импульсная последовательность ул через комму- татор 20 поступает на тактовые вход накапливающих сумматоров 3 и 4 чере коммутатор 22 на вход 12 сумматорачитателя 10, работающего теперь в р жиме вычитания. Приращение dv импульсной послед вательности V на выходе 14 сумматор вычитателя 10 определяется разностью приращений dyj импульсной пос довательности у и du импульсной последовательности и/на выходе накапливающего сумматора 3, которая вызвана приращением dv dy2 du С учетом того, что на инверсных выходах счетчика 5 формируется допо нительный код числа импульсов V мож записать зависимость между приращенидми du и Решая совместно уравнения (6) и (7) с учетом предбшов изменения переменных tj иу , получим значение числа V, сформированного в счетчике 5: Импульсная последовательность у„, поступая на тактовый вход накапливающего сумматора 4, каждым своим импульсом переписывает в него код числа b , установленный на входах накапливающего сумматора 4, и суммирует этот код с предьдущим значением кода, записанным в накапливающем сзадматоре 4. Если су1У1марное значение превысит гл , то произойдет переполнение накапливающего сумматора и на его выходе появится импульс. Из этих импульсов образуется импульсная последовательность р. Она связана с импульсной последовательностью след5тощим соотношением: Р У2.(9) Импульсная последовательность р через коммутатор 15 поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика 6. При достижении имггульсной последовательностью р значения у, реверсивный счетчик 6 обнулится и импульсом со своего выхода обнуления устанЬвит триггер 9 в нулевое состояние, которое запретит дальнейшее прохождение импульсной последовательности ул через коммутаторы 20 и 22. В этот момент работа устройства останавливается. Учитывая равенство |. ир, а также выражение (9), можно записать 71 ш, Решая совместно уравнения (5), (8) и (10), запишем число V , зафиксированное в счетчике 5 по окончании работы устройства Таким образом, введение в состав устройства вышеуказанных узлов и изменение связей позволяет дополнительно воспроизводить степенные функции с любым дробным показателем степени и приводит к значительному упрощению устройства. .

Фиг.1

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ В СТЕПЕНЬ И ИЗВЛЕЧЕНИЯ КОРНЯ, содержащее реверсивный счетчик, первый и второй накапливающие сумматоры, отличающееся тем, что, с расогарения области применения путем получения возможности воспроизведения степенных функций с любым дробным показателем степени, в него введены генератор фазовой опорной частоты, триггер, формирователь импульсов, сумматор-вычитатель, пять коммутаторов и счетчик, причем входы первой группы первого коммутатора соединены соответсвтвенно с входами первого коэффициента показателя степени устройства, входы второй группы первого коммутатора соединены соответственно с входами второго коэффициента показателя степени устройства, выходы первого коммутатора соединены соответственно с информационными iвходами первого накапливающего сумматора, вход сброса которого соединен с входом сброса второго накапли.Бающего сумматора, с входом установки в 1 счетчика и выходом формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом триггера, с управля ющими входами всех коммутаторов и управлякмцим входом сумматора-вычитателя, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с выходами второго накапливаю-; щего сумматора и второго коммутатора, первый информационный вход которого соединен с первым информационным входом третьего коммутатора и информационным входом устройства, второй информационный вход второго коммутатора соединен с первым информационным входом четвертого коммутатора и вы(/) ходом генератора опорной частоты, второй информационный вход третьего коммутатора соединен с вторым информационным входом четвертого коммутатора и выходом сумматора-вычитателя, инверсные выходы счетчика соединены соответственно с информационными входами второго накапливающего суммато00 4 СО ра, тактовый вход которого соединен с выходом четвертого коммутатора и с тактовым входом первого накапливающего сумматора, выход которого соединен с информационным входом пятого коммутатора, первый и второй выходы которого соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, вход которого соединен с входом сброса триггера, информационный вход которого соединен с входом задания режима устройства, выход третьего коммутатора соеди нен с тактовым входом счетчика.

Фиг.2