Арифметическое устройство Советский патент 1980 года по МПК G06F7/38 

(54) АРИФМЕТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь зсьано в специализированных вычисли тельных машинах, а также в измерительных функциональных преобразователях. Известно устройство, содержащее накопительный сдвиггшзщий регистр первого.псевдоумножителя для значения квадратного корня из частного, ДЕ.а одноразрядных сумматора на два входа, одностороннюю память, нако-пительный регистр второго псевдоумножителя для значения квадратного корня из произведения, сдвиганхаий регистр, входной регистр apryN eHTa накопительный сдвигающий регистр псевдоделителя, одноразрядный сумматор н три входа, элемент анализа зн|ка псевдочастного, элемент ан лиза знака псевдочастного, элемент ана.г:иза сходимости очередного аргумента и элемент управления l . Недостатком данного устройства явгчется его чрезмерная сложность. Вторым недостатком известного устройства является ограниченный класс воспроизводимых им функций, вычисле ние квадратного корня из частного .и произведения двух аргументов. Наиболее близким по технической сущности является устройство содержащее тактовый генератор, схему запрета, два регистра, две группы схем И, два счетчика, счетчик, регистр, схему И и счетчик результата .2 . Недостатком устрюйства является невозможность воспроизведения функции квадратного корня из частного и произведения двух аргументов. Вторым недостатком известного устройства является его чрезмерная сложность. Цель изобретения - расширение класса решаемых задач при упрощении устройства. Поставленная цель достигается тем, что устройстйо, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к первому входу схемы запрета, счетчик и регистр, введены первый и второй блоки гшгебраического сложения, первый и второй триггеры, первый и второй элементы И, элементы ИЛИ, две группы элементов И, р еверсйвный счетчик и блок сравнения, первая и вторая группы входов которого соединены с первой группой выходов счетчика „и группой выходов регистра соответственно, а выход подключен к первому входу первого триггера, второй вход которого соединен с управлякхцим входом устройства, а выход соединен со вторым входом элемента запрета, выход, которого подключен к входам первого и второго элементов И- и к первому входу первого блока алгебраического сложения, выход первого элемента И соединен с входом второго триггера, выход которого соединен с выходом второго элемента И и первым входом второго блока алгебраического слежения, вторые входы первого и второго блоков алгебраического сложения подключены к выходам соответственно первого и второго элементов ИЛИ, входы которых соединены с выходами элементов И соответственно первой и второй групп, первые входы элементов И первой и второ групп соединены с соответствующими выходами реверсивного счетчика, а вторые входы соединены с соответствующими выходами второй группы счетчика, вход которого подключен к выходу .первого блока алгебраического сложения, вход реверсивного счетчика подключен к выходу второго блока алгебраического сложения.

На фиг. 1 и 2 представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит реверсивный счетчик 1, счетчик 2, регистр 3, бло 4 сравнения, группы 5 и 6 элементов И, элементы 7 и 8 ИЛИ, блоки 9 и 10 алгебраического сложения, триггеры .11 и 12, элементы И, ключи 13 и 14, генератор 15 тактовых импульсов и элемент 16 з,апрета.

Выполнение блоков 9 и 10 алгебраического сложения возможно в двух различных вариантах. В первом варианте (фиг. 2а) блоки 9 и 10 состоят из ключа 17 и элемента ИЛИ 18. Во втором варианте (фиг. 26) блоки 9 и 10 состоят из триггера 19, элемента И 20, элемента 21 задержки, ключа 22 и элемента ИЛИ 23,

Устройство работает следугацим образом.

В режиме выполнения операций сложения и вычитания ключи 17 и 22, находящиеся в блоках 9 и 10, закрыты, ключ 13 закрыт, а ключ 14 открыт. Пр этом, после поступления на вход триггера 11 команды Старт, импульсы с выхода тактового генератора 15 поступают на входы счетчиков 1 и 2. Регистр 3, в данном режиме работы, устанавливается в нулевое состояние. Слагаемые или вычитаемые по очереди записываются в счетчик 2 в дополнительном коде. При выполнении операции сложения реверсивный счетчик 1 открыт по суммирующей шине управления. Как только счетчик 2 установится в нулевое состояние, блок 4 сравнения выдаст сигнал на опрокидывание триггера 11 и элемент 16 запрета закроется. Таким образом, в реверсивный счетчик 1 переносится первое слагаемое. Следующие слагаемые переносятся в счетчик 1 аналогиным образом, при этом в нем образуется сумма слагаемых. При кеоЗходимости выполнения операций вычкт-ания реверсивный счетчик 1 открыт по вычитающей шине управления.

В режиме выполнения операций умножения и деления ключи 17 или 22, в зависимости от варианта выполнения блоков 9 и 10, открыты, ключ 13 закрыт, а ключ 14 открыт.

При необходимости выполнения операции умножения реверсивный счетчик

1открыт по вычитакадей шине управления и в исходном состоянии в нем устанавливается число У. В счетчике

2устанавливается число X, а в регистре 3 - число Nj - коэффициент пересчета счетчиков 1 и 2.

При поступлении на вход триггера 11 команды Старт, открывается элемент 16 запрета и импульсы с выхода тактового генератора 15, частота следования кдторых f , поступают на блоков 9 и 10 алгебраического сложения.

При первом варианте построения блоков 9 и10 (фиг. 2а), управление группами 5 и б элементов И производится обратными кодами чисел, содержащихся в счетчиках 2 и 1 соответственно. Счетчики 1 и 2, группа 5 элементов И и элемент ИЛИ 7 представляют собой первый двоичный умвояй{тель, частота иМпульсов на выходе которого определяется выражением:

fJit).(t} ,

И)

in

где W Jt) - обратный код числа N«(t), содержащегося в данный момент в счетчике 2; fg (t) - частота импульСОв на выходе блока 9

Счетчики 1 и 2, группа 6 элементов И и элемент ИЛИ 8 представляют собой второй двоичный умножителе, частота импульсов на выходе которого определяется выражением:

г,„и ,

(г)

где ) - обратный код числа N(t), срдержащегося в Данный момент в счетчике 2; (t) - частота импульсов на выходе блока 10.

Блоки 9 и 10, в первом варианте построения, представляют собой сумматоры частот. Частоты импульсов на выходах „блоков .9 и Ю опреде;г1яются уравнениями

fg(t) (t)

(i)

fio)) .

(4) С учетом выражений (1) и (2), будем иметь tn . f.ottJV oe ° Учитывая приближение равенства -Nt(,,,(t), ,,/t)N,(t) получим о ,(0 о Во втором варианте построения блоков 9 и 10 (фиг. 26), управлен группами 5 и 6 элементов И произв дится пряьвлми кодами чисел, содер жащихся в счетчиках 2 и 1 соответ ственно. Частоты импульсов на вых дах элементов 7 и 8 определяются выражениями: ;w-,,(t UC.M Блоки 9 и 10 во втором варианте построения, представляют собой ком бинирован-ные схемы сложения-вычитания: триггер 19, элемент-И 20 и элемент задержки 21 служат для в читания частот, а элемент ИЛИ 23 для сложения. Частоты импульсов на выходах блоков 9 и 10 определяются выражениями: ц(),и)) ;(А1) - If Подставляя значения f (t) и f (t) из выражений (11) и (12), в уравнения (9) и (10) и решая полученные уравнения относительно. fq и f(o4t), снова придем к выражениям (7) и (8). Таким образом, в обоих варианта построения блоков 9 и 10 и соответ ствующим им вариант СИЛ управло 1ия группами 5 и 6 элементов И, средн частоты импульсов блоков 9 и 10 определяются выражениями (7) и (8 Частоты fa(t) и- ft6(t) связаны числ&ми N(t) и N.,(t), содержащим ся в счетчиках 1 и 2, выражениями U«С учетом выражений (7) и дем иметь: (8), б dNiW Ji Разделив уравнение (15) на уравнение (16) и произведя разделение переменных, получим: iHliEl.dJHoW , Nn(t N(0 Время преобразования в устройстве начинается в момент открытия элемента 16 запрета и оканчивается в момент установки счетчика 2 в состонниё, равное состоянию регистра 3. При этом срабатывает блок 4 сравнения и элемент 16 закрывается. За это время всчетчика 1 число N(t). изменяется от Y до Z, а в счетчике 2 число Nj(t) изменяется от X до N, где результат умножения. Проинтегрировав выражение (17), подставив пределы изменения переменных, получим: Т dvi2() j NvSVJ N,,tu Отсюда у При необхо.димости выполнения операции деления реверсивный счетчик 1 открыт по су7« «ирующей шине управления. При этом выражение (15) меняет знак в левой части, а выражение (17) прннитлает вид ам.и-) анга) N.ia Исходные установки соответствуют исходным установкам в режиме умножения. Проинтегрировав уравнение (20)с учетом пределов изменения переменных, будем иметь: 2. { . г ама(4. 4 N.,U) ; где 1 - результат деления. Отсюда 2-N IT в режимах вычисления квадратного корня из частотного и произведения двух аргументов, ключи 17 и 22, в зависимости от варианта выполнения блоков 9 и 10, открыты, ключ 13 открыт, а ключ 14 закрыт. При поступлении на вход триггера 11 команды Старт, открывается элемент 16 и импульсы с выхода тактового генератора 15 поступают непосредственно на блок 10 алгебраического сложения и через триггер 12 на блок 9 алгебраического сложения. Следовательно, частота импульсов на входе блока 9 равна fQ/2. В данном режиме работы, . частота импульсов на выходе блока

9, в обоих вариантах построения блоков 9 и 10, будет определяться выражением:

(23)

Частота на выходе блока 10 будет по-прежнему определяться выражением (8).

в режиме вычисления квадратного корня из произведения двух аргументов в счетчиках 1 и 2 устанавливается число X, в регистре 3 - число У, а реверсивный счетчик 1 открывается по суммирующей шине управления.

Уравнение, связывающее числа N(t) и N2(t}, будет иметь вид

) dNga)

(241 N,U)

Ngli)

Время преобразования в устройстве начинается в момент открытия элемента 16 и оканчивается в момент установки счетчика 2 в состояние У. При этом срабатывает блок 4 сравнения и элемент 16 закрывается. За это время в счетчике 1 число N(t) изменяется от X до 2 , а число N,j(t) от X до У, где Zj результат вычисления корня квадратного иэ произведения двух аргументов. Проинтегрировав уравнение (24) с учетом пределов изменения переменных, получим:

dN, U) f аМаШ (2«

Ло Р .W J iMtT

W

отсюда

:Z,-VYX

(26)

в режиме вычисления квадратного корня из частного двух аргументов в счетчике 1 устанавливается число N, в счетЧике 2 - число X, в регистре 3 - число у, а реверсивный счетчик 1 открывается по вычитающей шине управления.

Уравнение, связываквдее числа N(t) и Njtt) принимает вид

dNa.a

(271

-2

Проинтегрировав уравнение (27) с учетом пределов изменения переменных, будем иметь:

f .твм)

(281

J ы (4.4 J М

) NjCO

N

Wl

2д - результат вычисления корня

где квад11атного из частного

двух аргументов,

Отсюда

24-N.,

(2.9)

Таким образом, в данном устройстве, по сравнению с известным, дополнительно обеспечивается вычисление квадратного корня из произведения и частного двух аргументов, чем достигается расширение класса решаемых задач.

Формула изобретения

Арифметическое устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к первому входу элемента запрета, счетчик и регистр, отличающееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач за счет возможности воспроизведения функции квадратного корня из частного и произведения дву аргументов, в него введены первый и второй блоки алгебраического сложения, первый и второй триггеры, первый и второй элементы И, элементы ИЛИ, две группы элементов И, реверсивный счетчик и блок сравнения, первая и вторая группы входов которого соединены с первой группой выходов счетчика и группой выходов регистра соответственно, а выход подключен к первому входу первого триггера, второй вход которого соединен с управляющим входом устройства, а вход соединен со вторым входом элемента запрета,.выход которого подключен к входам первого и второго элементов Ник первому входу первог блока алгебраического сложения, выход первого элемента И соединен с входом второго триггера, выход которого соединен с выходом второго элемента И и первым входом блока второго алгебраического сложения, вторые входы первого и второго блоков алгебраического сложения подключены к выходам соответственно первого и второго элементов ИЛИ, входы которых соединены с выходами элементов И, соответственно первой и групп, первые входы элементов И первой и второй групп соединены с соответствующими выходами реверсивного счетчика/ а вторые входы соединены с соответствующими выходгини второй группы счетчика, вход которого подключен к .выходу первого блока алгебраического сложения, вход ревер.сивного счетчика подключен к выходу второго блока алгебраического сложения.

}}сточники информации, принятые во внимание при экспертизе

Старт

Pus.1