Вычислительное устройство Советский патент 1985 года по МПК G06F7/548 

I1 Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в быстродействующих процессорах и специализированных вычислитель ных устройствах. Цель изобретения - упрощение рычислительного устройства. Это упроще ние проявляется в сокращении аппаратурных затрат и повышения быстродействия управляющей матрицы. На фиг. 1 представлена блок-схема вычислительного устройства, вычисляющих функций sin (f, cos на фиг.2 структурная схема управляющей матрицы предлагаемого вычислительного уст ройства; на фиг. 3 - структурная схема одного из вариантов вьтолнения вычислительной ячейки, являющейся сумматором-вычислителем. Вычислительное устройство.содержит управляющую матрицу 1, операционную матрицу 2, группу элементов НЕ 3, группу выходов управлякщей матрицы 4, первую группу входов значка 5 операционной матрицы, вторую (Группу входов знака 6 операционной матрицы, входы задания начальных условий первой 7 и второй 8 групп входов, зьЕсоды устройства 9 , 10, входы задания значений арктангенсов J 1 , входы задания аргумента 12 устройства. Управляющая матрица содержит вычислительные ячейки 13, злементы НЕ 14, информационные входы первой и второй групп входов 15 и 16, группу выхо-г дов 4. Вариант выполнения вычислительной ячейки содержит сумматор по модулю два 17, сумматор 18, знаковый вход 19, вход слагаемого-вычитаемого 20, вход слагаемого 21, вход переноса 22, выход переноса 23, знаковый выход 24, выход суммы 25. Данный вариант выполнения вычислительной ячейки не исчерпьтает эсех случаев применения изобретения, а является лишь иллюстрацией. Яа практике могут быть использованы любые другие варианты, удовлетворяницие таблице истинности вычислительной ячейки (табл. 1) Группа в ходов-4 управляющей магтрицы 1 соединена с входами знака первой группы входов 5 оператщонной матрицы 2 вычислительных ячеек и с входами группы элементов НЕ 3, выходы которых соединены с входами знака второй группь входов 6 операционной матрицы 2 вычислительных 01 ячеек, входы задания начальных условил первой и второй групп входов которой соединены соответственно с входами задания начальных условий первой 7 и второй 8 групп вхог дов устройства, а выходы - с выходами устройства 9 и 10, информационные входы первой 15 и второй 16 групп входов управляющей матрицы 1 вычислительных ячеек соединены соответственно с входами задания значений арктангенсов 11 и с входами задания аргумента 12 устройства, Знаковый , вход 19 вычислительной ячейки 13 i-й строки и j-ro столбца управлякщей матрицы 1 соединен со знаковым выходом 24 вычислительной ячейки 13 i-й строки и (i-l)-ro столбца управлякщей матрицы 1 (,n-1, j j + 2, m, где n- число шагов итераций, m - разрядность устройства, вход слагаемого-вычитаемого 20 каждой вычислительной ячейки 13 управлякщей матрицы 1 соединен с соответствукяцим информационным входом первой группы входов 15 управлякнцей матрицы 1, вход слагаемого 21 вычислительной ячейки 13 К-й строки и 1-го столбца управляющей матрицы 1 соединен с выходом суммы 25 вычислительной ячейки 13 (К-1)-й строки и -го столбца управляющей матрицы (К 2, п-1, 1 1+1, т), вход переноса 22 вычислительной ячейки i-й строки и (j-l)-ro столбца управляющей матрицы 1 соединен с выходом переноса 23 вычислительной ячейки 13 i-й строки и j-ro столбца управляющей матрицы 1, вход слагаемого 21 каждой вычислительной ячейки 13 первой строки управляющей матрицы 1 соедийён с соответствующим информационным входом второй группы входов 16 управляющей матрицы 1, вход переноса 22 каждой вычислительной ячейки последнего столбца управляющей матрицы 1 соединен со знаковым выходом 24 этой же вычислительной ячейки, первьй информационный вход второй группы входов 16 управляющей матрицы 1 соединен через первый элемент НЕ 14 со знаковым входом 19 вычислительной ячейки 13 первой строки и второго столбца управляюцей матрицы, вход каждого (i+1)-ro элемента НЕ 14 соединен с выходом переноса 23 вычислительной ячейки 13 i-й строки и (i+D-ro столбца

правляющей матрицы 1, а выход соответствующим выходом 4 управяняцей матрицы 1, выход переноса 23 вычислительной ячейки 13 t-й строки и C.t+1)-ro столбца управляющей матрицы 1 соединен со знаковым входом 19 вычислительной ячейки 13 (t+1)-й сроки и (t+2)-ro столбца управляв ющей матрищз.

Предлагаемое вычислительное устройство работает по методу цифра , за цифрой, При вычислении функций ; . sin If и cos ( рекуррентные соотношения имеют следующий вид:

-(14)

б; e,-l..,.arctg2

Этап I

., sign Э,-.,, ,

г и-)

. ;,,

Этап II

,-Ci-l)

i-,

1У

где Х-, у- - текущие координаты вектора;X , у - конечные координаты

вектора;

п - число шагов итераций. Начальные условия: 1/К, УО О,

где К - коэффициент деформации вектора, зависящий только от числа шагов итераций:

Kl-l

К П 4о

) Р О, п-1

i-1 .

Результат вычисления: х. cos ( , у sintp ,

Управлякщая «матрица 1 вьmoлнйet первый этап алгоритма и работает следующим образом. На входы 21 вычислительных ячеек 13 первой строки мат- рицы подается значение начального условия 6д , на входы 20 вычислительных ячеек 13 первой строки матцицы значение arctg. 2 Назначение управляющей матрицы состой в вьфаботке сигналов знака f о-. .-.Г I причем значение +1, кодируется логическим нулем, а -1 - логической единицей. Каждая i-я строка управляющей матрицы (i 1, 2 .,. п-1) выполняет операцию алгебраического суммирования значения arctg поступакяцего на ходы 20 вычислительных ячеек 13 1-йстроки матрицы) и промежуточного значения вспомогательного угла б;., (поступакщего на входы 21 вычислительных ячеек 13

7014

1-й строки), представленных в дополнительном коде. Если 9, О, то 1 на знаковые входы 19 подается сигнал логического нуля и в i-й строке происходит сложение кодов 9;., и arctg ) . Если 0,- 5:0, то на знаковые входы 19 подается сигнал логической единицы и в i-й строке происходит

вычитание кода arctg из кода 9;.v ffi чего код arctg ) преобразуется н входах слагаемоговычитаемого 20 в обратный с помощью сумматоров по модулю два 17

и единица приплюсовывается к мпадтему разряду посредством соединения знакового выхода 24 и входа переноса 22 вычислительной ячейки 13 последнего столбца.

Таким образом, в каждой строке управляющей матрицы 1 происходит алгебраическое суммирование двух разнознаковых значений. Поэтому, чтобы определить знак результата, .

нет необходимости в ячейке знака.

Перенос из соседнего разряда в знаковьй может быть использован для определения знака. При наличии переноса знак результата положительный, а при

отсутствии - отрицательный. Вышеизложенное дает право сократить управляющую матрицу прототипа на один столбец, а управлякнций сигнал снимать с выхода переноса соседнего

со знаковым разрядом, инвертируя его. Этот же перенос используется для определения типа итерации в следунщей строке матрицьи

После 1-и итерации на выходах 25

i-й строки матрицы имеем значение 6, ,. которое подчиняется неравенству 19;1 arctg ) .

Значения констант arctg долях полукруга приведены в табл. 2.М

Данная таблица иллюстрирует значения arctg 2 только для р О, 10, но анализ значений arctg. 2 для р V 10 показьюает, что первая единица в записи значения константы в двоичном

коде появится только в разряде с весом .

Так как 9,| artcg 2°, то выход-, ной сигнал суммы самого старшего рйзряда первой строки управляющей матрицы при ,€( 0 всегда О, а при 9 О всегда 1 (в этом случае представлено в дополнительном коде). Далее |бз{ arctg 2 о ,0010, ..., т.е.

51164701

если 0 О, то первые два старших разряда второй строки всегда равны нулю, а если , то они всегда равны единице. Отсюда следует, что первый разряд .второй строки становится идентичным ;знаковому и его морено исключить, пользуясь вьшеизложенными рассуждечиями.

Таблица 1

Продолжение табл.1

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее операционную матрицу вычислительных ячеек, группы элементов НЕ и управляющую матрицу вычислительных ячеек, выходы которой соединены с входаг и знака первой группы входов операционной матрицы вычислительных ячеек и с входами группы элементов НЕ, выходы KOTOIM IX соединены с входами знака второй группы входов операционной матрища вычислительных ячеек, входы задания начальных условий первой и второй групп входов которой соединены соответственно с входами задания начальных условий первой и второй групп входов устройства, а выходы - с выходами устройства, информационные входы первой и второй групп входов управляющей матрицы вычислительных ячеек соединены соответственно с, входами задания значений арктангенсов и с входами задания аргумента устройства, причем каждая вычислительная ячейка управлякщей матрицы выполнена в виде одноразрядного сумматора-вычитателя, - знаковьй вход вычислительной ячейки 1-й строки и j-ro столбца управляющей матрищ соединен со знаковым выходом вычислительной ячейки i-й строки и (j-l)-ro столбца управляющей матрицы: (i 1, п-1, j j+2, m, (Л где -n - число шагов итераций, m разрядность устройства), вхоД слагаемого-вычитаемого каждой вычислительной ячейки управляющей матрицы соединен с соответствукицим информационным входом первой группы входов управляющей матрицы, вход слагаемого вычислительной ячейки К-и строки и -го столбца управляищей матрицы 9) 4 Ki соединен с выходом суммы вычислительной ячейки (К-1)-й ст)оки и 1-го столбца управляющей матрицы (К 2, п-1, г 1+1, т).

Таблица 2

arctgtZ-f i i 1

fput.i

-%l|4l4f 5/

хо

0

о

8

IM

SinV cosf

15

(pui.2

I Щ

/j

19

23 (риг,3

2ft.

§

22

25