Матричный вычислитель гиперболических функций Советский патент 1985 года по МПК G06F7/544 

ля соединены соответственно с входами первой и второй групп входов формирователя, а выходы третьей и четвертой групп соединены с оответственно с управляющим входом формирователя и выходами элементов НЕ, входы которых подключены к управляющему входу формирователя.

1. МАТРИЧНЫЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬ ГИПЕРБОЛИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ, содержащий сумматор, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия, он содержит вычитатель, два формирователя начальных значений и матрицу сумматоров, причем выход каждого 1-го сумматора первой строки матрицы ( i 1, 2,..., п , где п- разрядность результата) соединен с первым входом (i +1)-го сумматора первой строки матрицы и с вторым входом ( i+1)-ro сумматора третьей строки матрицы, управляющий вход i-ro сумматора второй строки матрицы соединен со знаковым выходом ( t+1)-ro сумматора второй строки матрицы и управляющими входами ( t +2)-го сумматора второй строки и i-го сумматора третьей строки, выход 1-го сумматора ; третьей строки подключен к первому входу ( i+1)-ro сумматора третьей строки и к второму входу (i +1)-го сумматора первой строки, управляюпще входы формирователей начальных значений соединены между собой и подключены к управляющему входу второго сумматора второй строки и к выходу знакового разряда первого су 1матора второй строки, первый информационный вход которого подключен к входу вычитателя, первый вход ( i )-го сумматора второй строки соединен с выходом i-го сумматора второй строки, первая группа выходов первого формирователя начальных значений соединена с первым входом первого сумматора первой строки и с вторым входом первого сумматора третьей строки, первьй вход которого подклю(Л чен к первой группе выходов второго формирователя начальных значений и к второму входу первого сумматора первой строки, выход п-го сумматора первой строки соединен с первым выходом вычислителя и первыми входами сумматора и вычитателя, вторые 4 CD входы которых соединены меаоду собой и подключены к выходу п-го сумматоto сд ра третьей строки и. второму выходу вычислителя, выходы сумматора и вычитателя устройства подключены к третьему и четвёртому выходам вычислителя, причем группы разрядных входов формирователей начальных значений и вторые входы сумматоров второй строки матрицы подключены к входу логического нуля вычислителя. 2. Матричный вычислитель по п. 1, отличающееся тем, что каждый формирователь начальных значений содержит первый и -второй элементы НЕ, причем выходы первой и второй групп выходов формировате

Изобретение относится к вычисительной технике и может быть приенено в качестве спецпроцессора в комплекс;е с цифровой вычислительной машиной для оперативного вычисения гиперболических функций.

Известно устройство, содержащее ри сдвиговых регистра, три одноразядных сумматора, ключ, блок памяти, схему сравнения с константой, блок управления и три коммутатора, управляющие входы которых соединены соответственно стретьим и четвертым входами блока управления, выходы знакового и информационного разрядов первого и третьего сдвиговых регистров через первый коммутатор соединены соответственно со входом ключа и группой входов схемы сравнения с константой, а выходы второго и третьего коммутаторов подключены ко вторьм входам второго и первого сумматоров СОНедостатком устройства является относительно низкое быстродействие, определяемое последовательной организацией вычислительного процесса, а также тем, что входная информация представляется в виде последовательности импульсов. Кроме того, для устройства характерна значительная сложность управления вычислительным процессом, связанная с наличием блока памяти и представлением информации в виде последовательности импульсов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущйоети является устройство, содержащее двоичнъй счетчик , четыре сумматора грзшпы элементов И, элемент задержки и дополнительный счетчик, вход которого соединен с выходом третьего элемента задержки, первый выход дополнительного счетчика соединен со вторквм входом четвертого сумматора, второй

выход - с первым входом второго сумматора и третьим входом четвертого сумматора, четвертый и пятый вхо-. . ды которого соединены соответственно с выходами элементов И второй группы Г21.

-Недостатками известного устройства являются невысокое быстродействие, определяемое тем, что вычислительньй процесс организован в виде последовательности шагов, а также относительная сложность управления вычислительным процессом.

Целью изобретения является увеличение быстродействия и упрощение управления вычислительным процессом.

Поставленная цель достигается Jтем, что в матричный вычислитель гиперболических функций, содержащий

сумматор, дополнительно введены вычитатель, два формирователя начальных значений и матрица сумматоров, причем выход каждого i-ro сумматора первой строки матрицы (, 2,...п ,

где п - разрядность результата) соединен с первым входом (i +1)-го сумматора первой строки матрицы и со вторым входом ( i -1-1)-го сумматора третьей строки матрицы, управляюВДий вход i-го сумматора второй строки матрицы соединен со знаковым выходом ( 1+1)-го сумматора второй строк;и матрицы и f -го сумматора третьей строки, выход i-ro сумматора третьей строки подключен к первому входу ( I +1)-го сумматора третьей строки и ко второму входу ( i +1)-го сумматора первой строки, управляющие входы формирователей

начальных значений соединены между собой и подключены к управляющему входу второго сумматора второй строки и выходу знакового разряда первого сумматора второй строки, первый

информационный вход которого подключен ко входу вычитателя, первый вход ( i +1)-го сумматора второй строки соединен с выходом сумматора второй строки, первая группа выходов первого формировател начальных значений соединена с перв входом первого сумматора первой строки и со вторым входом первого сумматора третьей строки, первьй вход которого подключен к первой группе выходов второго формировател начальных значений и ко второму входу первого сумматора первой стро ки, выход п-го сумматора первой строки соединен с первым выходом вы- читателя и первыми входами сумматора и вычитателя, вторые входы которых соединены между собой и подключ ны к выходу п-го сумматора третье строки и второму выходу вычислителя выходы сумматора и вычитателя устройства подключены к третьему и четвертому выходам вычислителя, при чем группы разрядных входов формиро телей начальных значений и вторые входы сумматоров второй строки матр цы подключены к входу логического нуля вычислителя, Каждый формирователь начальных значений содержит первый и второй элементы НЕ, причем выходы первой и второй групп выходов формировател соединены соответственно со входами первой и второй групп входов формирователя, а выходы третьей и четвертой групп соединены соответствен но с управляющим входом формировате ля и выходами элементов НЕ, входы которых подключены к управляющему входу формирователя. На фиг. 1 представлена схема матричного вычислителя гипербапичес ких функций для случая, когда м на фиг. 2 - схема первого формирова теля кодов; на фиг. 3 - схема второ го формирователя кодов для случая, когда п 6. Матричный вычислитель гиперболических функций (фиг. 1) содержит сумматоры 1 матрицы, вычитатепь 2, два формирователя 3 начальных значе НИИ, вход 4, первый 5, второй 6, третий 7 и четвертый 8 выходы, сумматор 9. Формирователи начальных значений (фиг. 2 и 3) содержат элементы НЕ 10. Матричньй вычислитель гиперболических функций реализует вычисление Ch sh и функции -Я г е е , в основу функционирования устройа положено вьфажение ch(flCj + ueL )ch (X + Y th 4ot;) ;+ sh(ot.+doL.-) chAet (Y, - X thAct,-) (1) 0,549306; йо1 arth AoL arth 2 0,255413; 0,12565t; 0,2536-, 2 0,03135 4fliy arth 2 лв(. arth 2 ачальные значения X, Y опредеся следующим образом: ри f( Ч-ЛсС, )7 О, „ 1, е 1 Xi С(Х,+ Yo2-) C(Ye- Хо 2-Z) и /о( ) о, €o -t, с(Хо -YO 2Г2) C(Y -Хо2) 0,549306 Хд ch 1547002; j sh u«t,sh 0,549306 ,57734,97; n+l Г Chuot, частности , при п 4 1,0435643, а начальные значения Y, , вычисленные по клражению соответственно при Е 1, состав, 1,3555513V (5) Е О со 0,9037004 по выражению (4) при ляют 0,0534179, . 0,3012332 алее вычислительный процесс реается по вьфажению V,.4,.,-..,uct, Х,, Х, 4,- Y,;, Yj i 1,2,..., и Значения функций г г определяются как Х„41 Y, (10) Г2 е- Х, - Yn+, (11). Пример 1. / 0,841 . ch 0,841 1,3749815, sh 0,84 0,9437024, г, 2,31868 г « 0,4312791. Начальные значения Х, У. % 4cii 0,841-0,54930 0,291694 О, ЕО 1, и в соотв ствии с выражением (3) и (5) X, 1,3555513, Y 9037004. (,-E 4otj 0,2916940,255413 0,036281. -, 1х Хг. X + ., 2- 1,3555513 0,1129625 Г,4685138, Y 0,9037004 0,1694439 1,0731443. i 2. fiг f, - 0,0362810,125651 -0,08937, 2. IXj-Xj Y22- 1,46851380,0670715 1,4614423; Yj Y2+ 2X3,2 1,67314430,0917821 0,9813622. ( 3. , -908937 0,062536 -0,026834, ЕЗ -1. ch 0,841 X4 Xj + 2- 1,40144223-0,0306675 - 1,37077 sh 0,841 Y Y3- - 3X32- 0,9813622-0,043795 0,9375672, .r X4 + Y, 1,3707 0,9375672 2,308342, r,, 1,3707748 0,9375672 0,4332076. Запишем значения 4oi, выраже (2) в двоичной системе счисления при п 5: ДоСт f О О О 1 О О ДоС2 О 1 О 0 dct О О АоС 00010 Ло О 00 Разделим условно разряды знач До. на две группы. К левой групп будут относиться разряды, приним нулевые значения в выражении (12 а ко второй группе - разряды, принимающие единичные значения в выражении (12) . Запишем значения Х и Y., выражений (5) и (6) в двоичной системе счисления при п 6. Е 1, Х 1 О 101 1 Y, О 1 1 100 (13) Е О, Х 1 О О 01} Y О О 1 О О 1 (14) По аналогии с описанным разделим разряды значений Х , вычисленные по выражениям и (13) и (14), и Y , вычисленные по выражениям (13) и. (14), на четыре .группы. К первой группе будут относиться разряды, принимающие нулевые значения в Х выражений (13) и (14) и в Y выражений (13) и (14), ко .второй - соответственно единичные значения. К третьей .группе будут относиться разряды, принимающие значение в Х выражений (13) и (14) и в Y выражений (13) и (14), и к четвертой группе - соответственно разряды, принимающие значение Ё . Для значений X., , .Y , представленных выражениями (13) и (14) (обозначим их X, Y) , можно записать xt .1 О Е О 1, Yf О Е 1 Е О I (15) К первой группе входов относятся те разряды второго входа каждого сумматора 1 второй строки, которые соответствуют первой группе разрядов значений ДоС,- в выражении (12), а ко второй - соответственно разряды, которые соответствуют второй группе разрядов значений ЛоС,- К первой, второй, третьей и четвертой группам выходов первого и второго формирователей 3 начальных значений относятся те разряды, которые соответствуют первой, второй, третьей и четвертой группам разрядов в выражении (15), причем первые и вторые группы выходов соответствуют первой и второй группам входов. Матричный вычислитель гиперболических функций работает следующим образом. На вход 4 подается значение f . В устройстве происходит переходный процесс, после окончания которого в первом сумматоре 1 второй строки определяется значение Ve -doC, , поступающее на первый вход второго сумматора 1 этой же строки. На выхо де знакового разряда первого сумматора 1 второй строки образуется сигнал БО, поступающий на управляюн(ие входы формирователей 3 начал ных значений и второго сумматора 1 этой же строки. Благодаря EQ с выхода первого формирователя 3 началь ных значений в соответствии с выражениями (3) и (4) значение Х посту пает на первый вход первого сумматора 1 первой строки и со сдвигом 2 Х на второй вход первого сумматора 1 третьей строки, на первьй вход которого с выхода второго формирователя 3 начальных значений которое со поступает значение сдвигом на разрядов. т.е. поступает на второй вход первого сумматора 1 первой строки. Во втором сумматоре 1 второй строки по выражению (7) вычисляется значение oij , а из выхода знакового разряда его по выражению (8) образуется сигнал Е поступающий на управляющие входы п вых сумматоров 1 первой и третьей строк и третьего сумматора 1 второй строки. Благодаря этому в первом сумматоре 1 первой строки по вьфажению (9) вычисляется значение Х Х-, « Е , поступающее на первый вход второго сумматора этой же строки, и со сдвигом ZX - на второй вход второго сумматора 1 третьей строки. В первом сумматоре 1 третьей строки по выражению (9) вычисляется значение Yj поступающее на первый вход второго сумматора 1 этой же строки, и со сдвигом 2 Yj - на второй вход сум матора 1 первой строки. Аналогичны образом в каждом ( i 4-t)-oM суммато ре 1 второй строки по выражению (7 реализуется вычисление значения Y .1 -л i поступающее на первый вход ( 1+2)-го сумматора 1 этой же строки, а из выхода знакового разряда его в соответствии с выражением (8) образуется значение Е, поступающее на управляющие входы (-ых сумматоров 1 первой и третьей строк, и ( +2)-го сумматора f второй строки. В i-oM сумматоре Т первой строки по выражению (9) вычисляется значение , X -ь Y ,1- 8 поступающее на первый вход ( +)-го сумматора 1 этой же строки, и со сдвигом X ;+1 на второй вход ( 1+1)-го сумматора 1 третьей строки. В 1-ом сумматоре 1 третьей строки по выражению (9) вьпшсляется значение Y - + Е, Х,.2 ., поступающее на первый вход ( i +1)-го сумматора 1 этой же строки, и со сдвигом Y + i на второй вход (i +1)-го сумматора 1 первой строки. И, наконец, на выходе п-го сумматора 1 первой строки и соответственно на первом выходе 5 по выражению (9) образуется значение ch Ч , на выходе п-го сумматора третьей строки и соответственно второму выходу 6 по выражению (9) образуется значение Y sh «f , a на выходе сумматора 1 и третьем выходе 7 по выражению (10) образуется значение г е , а на выходе вычитателя 2 и четвертом выходе 8 по вьфажению (11) образуется значение г е . Эффективность изобретения заключается в повышении быстродействия устройства за счет того, что в отличие от известного устройства, в котором вычислительньй процесс организован в виде последовательности шагов, в предлагаемом устройстве вычисление всех четырех функ1щй X ch Ч , Y sh Ч реализуется за один такт, т.е. за время переходного процесса в схеме, равное времени задержки сигнала между входом и выходом устройства. В частности, при изготовлении его на интегральных схемах 155-й серии К155ИПЗ, К155Ш4 и при время задержки сигнала между входом и ш 1ходом устройства составляет 960 НС. Кроме того, в отличие от известного устройства, в котором для организации вычислительного процесса используется достаточно большой объем управленческой информации, в предлагаемом ycTptriicTse управлен еская информация не используется (благодаря тому, что оно является комбинационным), а вычислительный процесс начинается с момента подачи на входную исходной информации. Это способствует применению устройства в качестве спецпроцессора в составе вычислительных систем для реализации вычислений в натуральном масштабе времени, например, управления технологическими процессами или динамическими объектами в режиме их нормального функционирования.

Ф|/г./

Фиг.