Устройство для вычисления степенных функций ху Советский патент 1976 года по МПК G06F17/10 

1

Изобретение относится к области вычислительной техники и, в частности может найти применение для аппаратной реализации операции вычисления степенных функций в специализированных ЦВМ, работающих в двоичной системе счисления с фиксированной запятой.

Известны устройства для вычисления степенных функций, содержащие блок умножения, блок управления и триггер.

Недостатком известных устройств является значительное время процесса вычисления, зависимость времени вычисления и сложности аппаратурной реализации от точности и величины аргументов.

Целью изобретения является повышение быстродействия при упрощении аппаратурной реализации.

Поставленная цель достигается введением в предложенное устройство основного регистра и регистра сдвига, блока извлечения квадратнего корня. Установочные входы основного регистра и регистра сдвига связаны с шинами числа X и числа У, а выходы -с первым входом блока извлечения квадратного корня и установочным входом триггера соответственно. Выход триггера соединен с первыми входами блока умножения и блока управления, выход которого связан с импульсным входом регистра сдвига и со входами синхронизации блока извлечения квадратного корня и блока умножения, первый выход которого соединен с выходной шиной и вторым входом блока умножения, третий вход которого связан с первым выходом блока извлечения квадратного корня и дополнительным входом основного регистра, & второй выход - со вторым входом блока управления, третий вход которого соединен со вторым выходом блока извлечения квадратного корня.

Это позволяет сократить время вычисления и упростить структуру устройства.

чертеже представлена блок-схема устройства для вычисления степенных функций.

Устройство состоит из основного регистра 1, регистра сдвига 2, блока 3 для извлечения квадратного корня, блока 4 умножения, триггера 5 и блока 6 управления. Входные шины по каждому разряду чисел X и У соединены со входами установки регистров 1 и 2 соответственно. Выход младшего разряда регистра 2 сдвига подсоединен к установочному входу триггера 5, выход которого соединен с первыми входами блоков 4 и 6. Выход блока 3 подключен к дополнительному входу регистра 1 и третьему входу блока 4, на второй вход которого подключен его выход. Выход блока 6 управления соединен со входами синхронизации блоков 3 и 4 и с импульсным входом регистра 2. Вторые выходы блоков 3 и 4 и выход триггера 5 соединены со входами блока 6 управления. Входами устройства являются входы регистров 1 и 2, выходом - выход блока 4 умножения.

Принцин действия устройства основан на процессах п-кратного извлечения квадратного корня и неремножения нолученных результатов (где л - число разрядов apryMeHtaj. Операции извлечения квадратного корня и умножения совмещены во врблМени, причем операция умножения сдвинута на два цикла.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы в регистр i заносится значение основания степени л, в регистр - значение показателя степени У. Блоки 5, и D находятся в нулевом состоянии. Содержимое регистра 1 поступает на блок 3 извлечения квадратного корня, iактовые сдвигающие импульсы с выхода блока о управления подаются на входы синхронизации блоков 3 и 4, а также на импульсный вход регистра 2. после выполнения цикла вычисления, состоящего из итераций по тактов каждая (где т - число дополнительных разрядов для компенсации погрешности усечения чисел при сдвиге на выходе блока 6 появляется значение квадратного корня из А. Результат вычисления поступает на третий вход блока 4 умножения и одновременно на дополнительный вход регистра 1.

В следующем цикле производится вычислепие квадратного корня из предыдущего значения и так далее.

В каждом цикле в регисцре 2 производится сдвиг его содержимого на один разряд. с5начеиие очередного разряда величины / определяет состояние триггера 5. При значащем очередном разряде показателя степени триггер 5 находится в единичном состоянии и определяет цикл умножения в блоке 4 предыдущего частного произведения с текущим значением квадратного корня, поступающего с выхода блока 3. Причем в третьем цикле раооты устройства (первый цикл умножения; перемножаются значения квадратных корней, нолученных в первом и втором циклах работы устройства. В четвертом цикле работы перемножаются произведение первого и второго квадратных корней с третьим значением квадратного корня и т. д. Предыдущее произведение поступает на второй вход блока 4 с его выхода. При нулевом значении очередного разряда показателя степени триггер 5 выдает сигнал, подаваемый на первые входы блоков 4 и Ь, который определяет переход к следующему циклу вычисления. Блок 6 управления в этом цикле не выдает тактовые сдвигающие импульсы на блок 4, умножение не производится и остается предыдущее произведение.

После выполнения п+2 циклов на выходе блока 4 получается значение степенной функции. Максимальное время вычисления в тактах равно (n-f6)+lln+18. При тактовой частоте в один мгц максимальное время вычисления меньще 2,7 мсек.

Однако для больщинства значений и У благодаря асинхронному режиму процесса вычисления в каждом цикле точные промежуточные значения получаются за число итераций меньще . В этом случае блок 3 или 4 выдает сигнал останова процесса вычисления цикла в соответствующем блоке и перехода к следующему циклу. Время вычисления допол5 интельно сокращается в среднем до 50%.

Устройство для вычисления степенных функций применимо при любых значениях показателя степени, в том числе для извлечения корней любой степени. Устройство обладает большой гибкостью при сравнительно простой схемной реализации стандартными цифровыми схемами и элементами.

Устройство совмещает требования максимальных надежности, быстродействия, унификации и оптимального использования аппаратуры. Устройства целесообразно использовать в качестве специализированного вычислительного блока для выполнения операции вычисления степенных функций в реальном масщтабе 0 времени или при больщой частоте обращения к этой операции.

Предмет изобретения

5 Устройство для вычисления степенных функций , содержащее блок умножения, блок управления и триггер, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него дополнительно введены регистры и блок извлечения квадратного корня, причем установочные входы основного регистра и регистра сдвига связаны с щинами числа X и числа У, а выходы - с первым входом блока извлечения квадратного корня и установочным входом

5 триггера соответственно; выход триггера соединен с первыми входами блока умножения и блока управления, выход которого связан с илшульсным входом регистра сдвига и со входами синхронизации блока извлечения квадратного корня и блока умножения, первый выход которого соединен с выходной щиной и вторым входом блока умножения, третий вход которого связан с первым выходом блока извлечения квадратного корня и дополнительным

входом основного регистра, а второй выход - со вторым входом блока управления, третий вход которого соединен со вторым выходом блока извлечения квадратного корня.