Устройство для вычисления элементарных функций Советский патент 1985 года по МПК G06F7/544 

ходом старшего разряда распределителя импульсов, вход управления генератора одиночных импульсов соединен через четвертый ключ с входом нулевого потенциала устройства, второй вход четвертого элемента И соединен с выходом пятого ключа, первый и второй входы которого соединены соответственно с прямым и инверсным выходами третьего триггера.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что преобразователь импульсов содержит два элемента И-НЕ, элемент ИЛИ и

элемент НЕ, вход и выход которого соединены соответственно с управляющим входом преобразователя и первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с входом синхронизации преобразователя и первым входом первого элемента И- НЕ, второй вход которого соединен с выходом преобразователя и выходом второго элемента И-НЕ, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого элемента И-НЕ и элемента ИЛИ.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ФУНКЦИЙ, содержащее первый и второй регистры сдвига, сумматор, первый триггер, первый, второй и третий элементы И, первый элемент ИЛИ и элемент задержки, причем выход первого регистра сдвига соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого элемента И, информационный вход первого регистра сдвига соединен с выходом суммы сумматрра, выход переноса которого соединен с первым входом второго элемента И, выход второго регистра сдвига соединен с входом установки в «О первого триггера, вход установки в «1 которого соединен с выходом второго элемента И, отличающееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач путем обеспечения возможности дополнительного вычисления функций гиперболического синуса и косинуса, в него введены преобразователь импульсов, формирователь импульсов, генератор импульсов, распределитель импульсов, генератор одиночных импульсов, пять ключей, второй и третий триггеры, четвертый и пятый элементы И, второй и третий элементы ИЛИ, причем выход второго регистра сдвига соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого через элемент задержки соединен с прямым выходом первого триггера, информационный вход второго регистра сдвига соединен с выходом третьего элемента И и с первым входом первого элемента И, второй вход которого подключен к выходу преобразователя импульсов, выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с инверсным выходом первого триггера, вход управления преобразователя импульсов соединен с выходом формирователя импульсов, информационный вход которого является информационным входом устройства, выход генератора импульсов соединен с входом распределителя импульсов, и с входами синхронизации первого и второго регистров сдвига, выходы разрядов распределителя импульсов соединены через первый ключ с входами второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым вхоi дом четвертого элемента И, прямой выход второго три-ггера соединен с первым вхоIw дом третьего элемента ИЛИ и с входом управления второго регистра сдвига, вход ввода данных которого подключен к выходу четвертого элемента И, выход старшего разряда распределителя импульсов соединен со счетным входом третьего триггера и с первым входом пятого элемента И, второй вход которого соединен с прямым выходом третьего триггера, вход синхронизации преобразователя импульсов соединен с выходом О5 пятого элемента И, выход третьего элемен00 та ИЛИ соединен с входом управления пер;& 00 вого регистра сдвига, вход ввода данных которого подключен к входу нулевого потенциала устройства, выход второго ключа соединен с вторым входом второго элемента И и с вторым входом третьего элемента ИЛИ, вход управления формирователя импульсов соединен с первым выходом третьего ключа, второй выход которого соединен с входом установки в «1 второго триггера, вход третьего ключа соединен с выходом генератора одиночных импульсов, информационный вход которого соединен с выходом пятого элемента И, входом установки в «О второго триггера и первым входом второго ключа, второй вход которого соединен с вы

1

Изобретение oтнocиtcя к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в вычислительных устройствах и устройствах дискретной автоматики для вычисления экспоненциальной и гиперболических функций.

Цель изобретения - расширение класса решаемых задач путем обеспечения возможности дополнительного вычисления функций гиперболического синуса и косинуса.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - структурные схемы блока управления и преобразователя импульсов.

Устройство содержит регистры 1 и 2 сдвига, сумматор 3, трииггер 4, элементы И 5-7, элемент ИЛИ 8, элемент 9 задержки, преобразователь 10 импульсов, формирователь 11 импульсов, блок 12 управления и вход 13.

Блок 12 управления (фиг. 2) содержит генератор 14 импульсов, распределитель 15 импульсов, генератор 16 одиночных импульсов, ключи 17-20, триггеры 21 и 22, элементы И 23 и 24, элементы ИЛИ 25 и 26 и ключ 27, входы-выходы 28-34.

Преобразователь 10 импульсов (фиг. 2) содержит элементы И-НЕ 35 и 36, элемент ИЛИ 37, элемент НЕ 38, вход 39 управления и выход 40.

В качестве ключей 18-20 может быть использован электронный коммутатор или переключатель на два положения, а ключ 27 может быть выполнен в виде электронного ключа или кнопочного переключателя. Ключ 17 может быть реализован в виде клавишного переключателя разрядов распределителя 15 импульсов.

В качестве формирователя 11 импульсов могут быть использованы в случае аналоговой формы представления входной информации преобразователи аналог-длительность импульса, в случае цифровой формы представления входной информации - кодоуправляемыи таймер в режиме широтноимпульсной модуляции или заторможенный мультивибратор в случае импульсной формы представления информации.

Функциональный преобразователь работает следующим образом.

Генератор 14 импульсов блока 12 управления вырабатывает последовательность импульсов, из которых распределитель 15 импульсов формирует п последовательностей импульсов (2 п-количество разрядов регистров 1 и 2 сдвига длительностью , где f - тактовая частота) с периодом Tj п и сдвинутых один относительно другого на время iТриггер 22 со счетным входом из последовательности импульсов старшего разряда распределителя 15 импульсов формирует на прямом и инверсном выходах две последовательности импульсов длительностью €г

п PiC периодом Тг 2n/f и сдвинутых один относительно другого на время fj.

Элемент И 24 формирует последовательность импульсов с периодом , который задает один шаг вычислений в устройстве.

С помощью ключа 19, который может быть выполнен в виде переключателя на два положения или электронного коммутатора, управляемого внешним сигналом, задают два режима блока управления - установка исходного состояния и режим вычислений. В исходном состоянии ключ 19 подключает выход генератора 16 одиночных импульсов к входу установки триггера 21, а в режиме вычислений - к выходу 34 блока 12 управления.

С помощью ключа 17, который может быть выполнен в виде клавишного переключателя, задают двоичный код начальных значений функций, ключ 17 подключает в единичных разрядах выходы соответствующих разрядов распределителя 15 импульсов

к входам элемента ИЛИ 25, на выходе которого формируется последовательный п-разрядный двоичный код начального значения функции. В режиме вычисления экспоненциальной функции у ке, где к 1, с помощью ключа 17 задают двоичный код начального значения уо к при х 0. В режиме вычисления гиперболического синуса и косинуса ключ 17 задает двоичный код начального значения гиперболического косинуса y Kchx, где к 1, равный при х 0. Начальное значение гиперболического синуса y Kshx, где , равно нулю при х 0 и не требует предварительной установки. В исходном состоянии после установки двоичного кода начального значения функции на ключе 17 запускают генератор 16 одиночных импульсов путем подачи нулевого сигнала с помоштю ключа 27 на вход управления генератора 16 одиночных импульсов. Генератор .16 одиночных импульсов выделяет один импульс из последовательности импульсов на выходе элемента И 24, который через ключ 19 устанавливает триггер 21 в единичное состояние, в котором он будет находится 2п тактов до следующего импульса, действующего на выходе элемента И 24. Единичный сигнал прямого выхода триггера 21 поступает на выходу 29 блока 12 управления на вход управления регистра 2 сдвига и через элемент ИЛИ 26 на выход 32 блока управления и на вход управления регистра 1 сдвига. Под действием импульсов синхронизации, вырабатываемых генератором 14 импульсов блока 12 управления, в регистр 1 сдвига в течение 2п тактов во все 2п разрядов записываются нулевые коды, так как вход ввода данных регистра 1 сдвига соединен с нулевого сигнала устройства. На выходе элемента И 23 блока 12 управления в течение п тактов действует последовательный двоичный код начального значения функции, формируемый на выходе элемента ИЛИ 25, а во время следующих п тактов - нулевой сигнал, так как на что время элемент И 23 блокируется сигналом с прямого выхода триггера 32. Поэтому под действием импульсов синхронизации, вырабатываемых генератором 14 импульсов блока 12 управления, в регистр 2 сдвига в течение 2 тактов записывается в младшие п разрядов двоичный код начального значения функции, а в старшие п разрядов - нулевой код, поступающий с выхода элемента И 23 по шине 30 блока 12 управления на вход ввода данных регистра 2 сдвига. Триггер 4 устанавливается в нулевое састояние первым нулевым сигналом, сдвигаемым с выхода регистра 2 сдвига на инверсный вход сброса триггера 4. В дальнейшем в исходном состоянии лачальные коды в регистрах 1 и 2 сдвига циркулируют с выхода на вход через сумматор 3 и элементы ИЛИ 8, И 7 соответственно по действием импульсов, поступающих с выхода генератора 14 импульсов по шине 28 блока 12 управления на входы синхронизации регистров 1 и 2 сдвига. В исходном состоянии элемент И 5 блокируется нулевым сигналом с выхода преобразователя 10 импульсов, на входе управления которого действует нулевой сигнал- с выхода формирователя 11 импульсов. В режиме вычислений функций гиперболического синуса и косинуса функциональный преобразователь работает следующим образом. Ключем 18 блока 12 управления подключают выход старщего разряда распределителя 15 импульсов к шине 33, соединенной с вторым входом элемента И 6, и к второму входу элемента ИЛИ 26. Ключом 19 подключают выход генератора 16 одиночных импульсов к шине 34 блока 12 управления, соединенной с входом управления формирователя 11 импульсов. Затем с помощью ключа 27 запускают генератор 16 одиночных импульсов, выходной импульс которого запускает формирователь 11 импульсов. В качестве формировате.тя 11 импульсов может быть применен преобразователь аналог-длительность импульса, если на информационный вход 13 устройства поступает аналоговый сигнал аргумента, или преобразователь цифрового кода в длительность импульса в случае, когда на информационный вход 13 устройства поступает цифровой сигнал аргумента. Если величина аргумента представляется длительностью импульса, то в качестве фор.мирователя 11 импульсов может быть использован ждущий мультивибратор. Формирователь 11 импульсов по сигналу запуска, действующему на его входе управления, фор.мирует импульсный сигнал, длительность которого пропорциональна значению аргумента, сигнал которого действует на информационном входе 13. Преобразователь 10 импульсов по импульсному сигналу с выхода фор.мирователя 11 импульсов и из последовательности импульсов синхронизации, поступающих по шине 31 с выхода элемента И 24 блока 12 управления, формирует импульс строба длительностью 2nx/f, где х - значение аргумента. Сигнал строба с выхода преобразователя 10 импульсов открывает элемент И 5. Последовательные двоичные коды начальных значений функций гиперболического косинуса и синуса сдвигаются с выхода регистра 2 сдвига через элементы ИЛИ 8 И 7, 5 и сум.матор 3 на информационный вход регистра 1 сдвига и последовательно записывается в него за время 2п тактов под действием импульсов, действующих на входах синхронизации регистров 1 и 2 сдвига. Начальные двоичные коды функций переписываются также с выхода регистра 2 сдвига на его вход через элементы И 7, ИЛИ 8. В следующие 2п тактов (на втором шаге вычислений) на первый вход сумматора 3 с выхода регистра 1 сдвига последовательно во времени, начиная с младших разрядов, сдвигаются двоичные коды начальных значений функций гиперболического косинуса и синуса, а на второй вход сумматора 3 через элементы И 5 и 7 и ИЛИ 8 с выхода регистра 2 сдвига последовательно во времени - двоичные коды текуш.их значений функций гиперболического косинуса и синуса на данном шаге вычислений. Сумматор 3 последовательно во времени суммирует двоичные коды поступающие на его входы, а двоичный код результата суммирования сдвигается под действием имппульсов винхронизации в регистр 1 сдвига. В процессе суммирования двоичных кодов сумматором 3 может возникнуть сигнал переноса в п-й разряд суммируемых кодов. Сигнал переноса в п-й разряд, действующий на выходе переноса сумматора 3, выделяется элементом И 6, который в этот момент открывается импульсом п-го разряда распределителя 15 импульсов блока 12 управления. Если сигнал переноса в п-й разряд сформировался во время суммирования двоичных кодов гиперболического косинуса, то импульс выхода с элемента И 6 устанавливает триггер 4 в единичное состояние, в котором на его инверсном выходе действует нулевой сигнал, блокирующий элемент И 7, а на прямом выходе - единичный сигнал. Спустя время задержки элементом 9 задержки, равное длительности импульса генератора 14 импульсов блока 12 управления, единичный сигнал с прямого выхода триггера 4 начинает действовать через элемент ИЛИ 8 на первом входе элемента И 7 к моменту сдвига с выхода регистра 2 сдвига младшего разряда двоичного кода текушего значения гиперболического синуса. В младшие разряды двоичного кода нового значения гиперболического синуса в регистр 2 сдвига будут записываться с выхода элемента И 7 нулевые сигналы, если с выхода регистра 2 сдвига будут сдвигаться единичные сигналы. Так будет продолжаться до первого, начиная с младшего разряда, нулевого сигнала, считываемого с выхода регистра 2 сдвига. Первый, начиная с младшего разряда, нулевой сигнал действующий на выходе регистра 2 сдвига, сбрасывает тригер 4 в нулевое состояние, в котором на его инверсном выходе начинает действовать единичный сигнал, открывающий элемент И 7. Благодаря задержке элементом 9 единичного сигнала с прямого ввыхода триггера 4 его предыдущего состояния на выходе элемента И 7 формируется импульсный сигнал, который записывается в регистр 2 сдвига вместо первого, начиная с младшего разряда, нулевого сигнала в двоичном коде гиперболического синуса, сдвигаемого с выхода регистра 2 сдвига. Остальные разряды двоичного кода гиперболического синуса после установки триггера 4 в нулевое состояние переписываются с выхода регистра 2 сдвига на его вход без изменения. Таким образом, сигнал переноса в п-и разряд, формируемый во время суммирования двоичных кодов гиперболического косинуса, на выходе переноса сумматора 3 приводит к увеличению текущего двоичного кода гиперболического синуса в регистре 2 сдвига на единицу младшего разряда. Сигнал переноса в п-й разряд двоичного кода регистра 1 сдвига не будет записан, так как сигнал п-го разряда распределителя 15 импульсов блока 12 управления поступает через ключ 18, элемент ИЛИ 26 на вход управления регистра 1 сдвига, вход ввода данных которого соединен с шиной нулевого сигнала устройства. Если на последующих шагах вычислений в процессе суммирования сумматором 3 двоичных кодов гиперболического синуса формируется сигнал переноса в п-й разряд, то элемент И 6 срабатывает, и триггер 4 устанавливается в единичное состояние к моменту сдвига с выхода регистра 2 сдвига младшего разряда двоичного кода текущего значения гиперболического косинуса, который увеличится на единицу младшего разряда таким же образом, как и увеличение текущего значения гиперболического синуса на единицу младщего разряда. В дальнейшем функциональный преобразователь работает аналогичным образом до тех пор, пока на выходе преобразователя 10 импульсов не установится нулевой сигнал, который блокирует элемент И 5. Блокировка последнего останавливает процесс формирования двоичных кодов гиперболического косинуса и синуса в регистре 2 сдвига, в котором фиксируются динамическим способом путем циркуляции через элементы И 7, ИЛИ 8 с выхода регистра 2 сдвига на его информационный вход два п-разрядных двоичных кодов гиперболического косинуса и синуса. Каждый шаг вычислений функций гиперболического косинуса и синуса соответствует приращению аргумента дх 2 и выполняется за 2п тактов. Для вычисления экспоненциальной функции у ке где , в исходном состоянии ключом 18 подключают выход э.1емента И 24 блока 12 управления к шине 33 соединенной с вторым входом элемента И 6, и к второму входу элемента ИЛИ 26. Запись начального значения экспоненциальной функции у,к при х 0 в регистр 2 сдвига осуществляется в два этапа. В исходном состоянии ключ 20, выполненный в виде переключателя на два положения, подключает инверсный выход триггера 22 к второму входу элемента И 23. В таком положении с помощью ключа 17 набирают п старших разрядов двоичного кода начального значения экспоненциальной функции. Затем с помощью ключа 27 осуществляют запуск генератора 16 одиночных импульсов, выходной импульс которого устанавливает триггер 21 в единичное состояние на время 2п тактов. По единичному сигналу с прямого выхода триггера 21. Действующему на входе управления регистра 2 сдвига, осуществляется запись п старщих разрядов начального двоичного кода, который формируется на выходе элемента ИЛИ 25 блока 12 управления и через элемент И 23 по шине 30 поступает на вход ввода данных регистра 2 сдвига. Запись начального двоичного кода в регистр 2 сдвига осуществляется под действием импульсов генератора 14 импульсов блока 12 управления, которые поступают на вход синхронизации регистра 2 сдвига. Для записи п младших разрядов двоичного кода начального значения экспоненциальной функции ключом 20 подключают прямой выход триггера 22 к второму входу элемента И 23, а ключом 17 устанавливают п младших разрядов начального значения экспоненциальной функции. Затем ключом 27 осушествляют запуск генератора 16 одиночных импульсов, который вновь устанавливают триггер 21 на время 2п тактов. Запись п младших разрядов начального двоичного кода в регистр 2 сдвига осуществляется таким же образом, как был описан процесс записи п старщих разрядов. В итоге в исходном состоянии в регистре 2 сдвига будет записан 2п-разрядный двоичный код начального значения экспоненциальной функции, который под действием импульсов синхронизации генератора 14 импульсов блока 12 управления циркулирует с выхода регистра 2 сдвига на его информационный вход через элементы И 7, ИЛИ 8. Установка регистра 1 сдвига в нулевое состояние осушествляется аналогичным образом, как было рассмотрено. Режим вычислений экспоненциальной функции устанавливается ключом 19, который подключает выход генератора 16 одиночных импульсов блока 12 управления к входу управления формирователя 11 импульсов. Вычисления начинаются после запуска с помощью ключа 27 генератора 16 одиночных импульсов, выходной сигнал которого запускает формирователь 11 импульсов. На выходе формирователя 11 импульсов формируется импульсный сигнал, длительность которого пропорциональна сигналу аргумента, действующему на информационном входе 13. Преобразователь 10 импульсов формирует импульс строба, открывающий элемент и 5. Начальный двоичный код экспоненциальной функции сдвигается с выхода регистра 2 сдвига и в течение 2п тактов поступает через элементы И 7, 5 и сумматор 3 на информационный вход регистра 1 сдвига. Во время следующих 2п тактов (на втором шаге вычислений) сумматор 3 су.ммирует двоичные коды начального значения экспоненциальной функции, которые поступают на его входы с выходов регистров 1 и 2 сдвига. В процессе суммирования может сформироваться перенос в 2п-й разряд, сигнал с которого открывает элемент И 6. На последний поступает с выхода элемента И 24 блока 12 управления синхронизирующий импульс, который устанавливает триггер 4 в единичное состояние к моменту качала сдвига с выхода регистра 2 сдвига последовательного двоичного кода текущего значения экспоненциальной функции, который после сброса триггера 4 увеличивается на единицу младшего разряда и вновь записывается в регистр 2 сдвига таким же образом как и в процессе вычислений функций гиперболического синуса и косинуса. Отличие заключается в том, что в момент сдвига п-го разряда с выхода регистра 2 сдвига элемент И 6 блокирован нулевым сигналом с выхода элемента И 24 блока 12 управления. Поэтому вычисления в регистрах 1 и 2 сдвига выполняются аналогичным образом, но с 2празрядными последовательными кодами на каждом шаге вычислений. Во время сдвига с выходов регистров 1 и 2 сдвига 2п-го разряда выходной импульс с элемента И 24 блока 12 управления поступает через ключ 18, элемент ИЛИ 26 на шину 32, соединенную с входом управления регистра 1 сдвига, вход ввода данных которого соединен с щиной нулевого сигнала устройства. Этям обеспечивается блокировка 2п-го разряда двоичного кода в регистре 1 сдвига. Поэтому сигнал переноса в 2п-й разряд двоичного кода не будет записан в регистр 1 сдвига. Дальнейшие вычисления в режиме формирования экспоненциальной функции осуществляются аналогичным образом до тех пор, пока на выходе преобразователя 10 импульсов не установится нулевой сигнал, который блокирует элемент И 5. Двоичный код экспоненциальной функции, соответствующий значению аргумента, на информационном входе 31 фиксируется динамическим способом в регистре 2 сдвига путем циркуляции кода через элементы ИЛИ 8, И 7 с выхода регистра 2 сдвига на его информационный вход. Каждый шаг вычислений экспоненциальной функции, выполняемый за 2п тактов, соответствует приращению аргумента лх 2 Преобразователь 10 импульсов (фиг. 2) работает следующим образом. На вход 31 синхронизации поступает последовательность импульсов, а на вход 39 - сигнал управления. В случае отсутствия сигнала управления на входе 39 на выходе элемента НЕ 38 устанавливается сигнал логической единицы, поступающий через элемент ИЛИ 37 на один из входов элемента И-НЕ 36. Во время паузы между импульсами на входе 31 на выходе элемента И-НЕ 35 формируется сигнал логической единицы, который совместно с единичным сигналом с выхода элемента ИЛИ 37 устанавливает на выходе элемента И-НЕ 36 сигнал логического нуля, блокирующий элемент И-НЕ 35 во время действия импульса на входе 31. Сигнал логического нуля с выхода элемента И-НЕ 36 устанавливает сигнал логического нуля на выходе 40. В случае действия единичного сигнала на входе 39 управления на выходе элемента НЕ 38 устанавливается сигнал логического нуля. Во время паузы между импульсами на входе 31 на выходе элемента ИЛИ 37 устанавливается сигнал логического нуля, формирующий на выходе элемента И-НЕ 36 единичный сигнал строба, который пропускает последовательность импульсов с входа 31 через элементы И-НЕ 36. В этом режиме во время действия импульса на входе 31 нулевой сигнал на выходе элемента И-НЕ 35 блокирует элемент И-НЕ 36, на выходе которого поддерживается сигнал логической единицы строба. JJ

0t{Z.Z 30