Устройство для вычисления логарифмической функции Советский патент 1982 года по МПК G06F7/556 

Изобретение относится к цифровой вы числительной технике и может быть использовано в вычислительных и информационно-измерительных устройствах и сис темах, а также в устройствах автоматики для вычисления или формирования логфифмической функции. Известно цифровое устройство, предназначенное для вычисления логарифмов чисел, заданных в виде параллельного двоичного кода, в котором- вычисление осуществляется с помощью итерационной процедуры многократного решения разностных рекуррентных соотнсииений, реализующих численный алгоритм ци4ра за цифрой Q.1. Недостатки данного устройства - ма. лое быстродействие и громоздкость, так как сложная многотактная логика работы требует значительных аппаратурных за трат Наиболее близким к 1федлагаемому является устройство, содержащее двоичны счетчик, включающий группу из k и группу из fjl младших разрядов, ( П) +1 )-разрндный регистр сдвига, эяемент ИЛИ, три группы ключевых схем, ждущий генератор импульсов cдвигai матричную схему охфеделения поправок, триггеры памяти и распределитель импулы сов, при этом выход переполнения группь1 младших счетчика соединен со входом ждущего ф фМ1фователя импульсов сдвига, выход которого соединен со входом регистра сдвига, выход первого и второго рварялоа которого черва монтажный элемент ИЛИ соединен с первым входом первой ключевой схемы первой группы, а выходы третьего и Шоследующих - с пepвы 4И входами соответственно второй и последующих клю чевьк схем первой группы, выходы ключвг вых схем первой группы соединены соответственно со счетными входами старшего, и последующих по старшинству в псфядг. ке убывания разрядов из группы младших разрядов счетчика, а вторые входы - со входом устройства, выходы цодгрупш 1( 39 старших разрядов из группы младших раз рядов соединены со входами матричной схемы определения Поправок, выходы ко- торой соединены с первыми входами второй группы ключевых схем, вторые входы которых соединены с первыми выходами распределителя импульсов, а выходы со входами триггеров памяти, выходы которых соединены с первыми входами третьей группы ключевых схем, вторые входы которых соединены со вторыми вы ходами распределителя импульсов, а выходы - со счетными входами подгруппы Р младших разрядов из группы младших разрядов счетчика, начиная, со второго п6 старшинству разряда 21, Недостатками устройства являются . пониженное быстродействие, сравнительно невысокая точность вычислений и сложность конструкции. Низкое быстродействие связано с тем, что на проведение коррекции по окончании поступления входного кода с целью получения уточненного результата необходимо дополнительное время, примерно равное по длительности 2 Р тактам распределителя импульсов. Это исключает также возможность использования устройства для воспроизведения логарифмической функции с гфиемлемой точностью в реальном времени. Поправка определяется .по содержимому лишь небольшого числа старших разрядов мантиссы, в силу чего и сама погравка принимает приближенные значения, характеризуемые небольшим числом разрядов. Абсолютная погрешность вычисле- НИИ составляет при этом не менее двух единиц дискретности кода мантиссы. При использовании большого числа разрядов для определения поправки резко возрастают аппаратурные ватраты на и без того сложные узлы определения и внесения поправок. Цель изобретения - повышение бьастродействия и точности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержа1цее первый счетчик, группу ключей, первый элемент ИЛИ и регистр сдвига, выходы первого И второго разрядов которого соединены со входами первого зле мента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом первого ключа группы, первые входы осталь 11ЫХ ключей группы соединены с соответствующими В1,1ходами, начиная с третьего, регистра сдвига, выходы ключей группы соединены со входами группы младших 4 разрядов первого счетчика, дополнительно введены второй счетчик, дешифратор добавления импульса, дешифратор пропуска импульсов, два элемента задержки, два элемента И и второй элемент ИЛИ, выход которого соединен со вторыми входами ключей группы, тактовый вход второго счетчика соединен со входом устройства, первыми входами первого элемента И и первого элемента задержки, выходы элементов И соединены со входами второго элемента ИЛИ, выход второго счетчика соединен со входами дешифраторов добавления и пропуска импульсов, выходы которых соединены соответственно с первым входом второго элемента И к входом второго элемента И и входом второго элемента задержки, выходы первого и второго элементов задержки соединены соответственно со вторыми входами второго и первого элементов И, В1..ход переполнения группы младших разрядов первого счетчика соединен с тактовым входом регистра сдвига. На чертеже представлена блок-схема . устройства. Устройство содержит счетчик 1, группы младших 3 и старших 2 разрядов счетчика 1, регистр 4 сдвига, элемент ИЛИ 5, Группу 6 ключей, счетчик 7, дешифраторы добавления 8 и пропуска: 9 импульсов, элементы 10 и 11 задержки, элементы И 12 и 13, элемент ИЛИ 14 и вход 15 устройства. Алгоритм работы предлагаемого устройства так же как и известного устройства основан на воспроизведении кусочно-линейного приближения к логарифмической функции с помощью управляемого делителя частоты, регистра сдвига и счетчика порядка и на внесении в соответствии с кривой погрешности в результат вычислений поправок. Но в отличие от известного устройства поправка вносится не по окончании, а в процессе вычислений и таким образом, чтобы абсолютное значение методической погрешности вычислений в пределах каждой октавы не превьш1ало половины погрешности дискретности. Точки, в которых необходимо в каждой октаве осуществлять коррекцию, могут быть определены как расчетным, так и графическим путем. Коррекция может осуществляться следующим образом. Всякий раз, когда на, восходящем участке кривой погрешности устанавливается значение кода аргумента, соответствую59Sщее точке коррзкции, к линейному приближению мантиссы необходимо прибавить единицу младшего разряда. Аппаратурно это может быть реализовано добавлением в младший разряд кода линейного прибли жения мантиссы данной октавы а выбранных точках задержанного входного импульса. При отработке нисходящего участка кривой погрешности всякий раз, когда устанавливается значение кода аргумента соответствующее точке коррекции, от скор ректированного ранее линейного приближе ния мантиссы необходимо вычесть единиц младшегоразряд а данной октавьи Это может быть реализовано с помощью пропуска соответствующих входных импульсов. Число импульсов, добавляемых на восходящем участке, должно быть равно числу пропускаемых на нисходяпцем участке. , Устройство работает следующим образом. В исходном положении все разряды счетчиков 1 и 7 устанавливаются в нулевое состояние, а в первый (старший) разр$щ регистра 4 сдвига записывается единица, благодаря чему через элемент ИЛИ 5 открыт первый ключ из группы 6; Аргумент X в число-импульсном коде подается на вход 15 устройства, откуда он поступает на счетный вход счетчика 7, элемент И 12 и через элемент 11 задержки - на элемент И 13. До тех пор пока не сработает ни один из дешифраторов 8 и 9 добавления и пропуска импульсов соответственно элемент И 12 открыт, а элемент И 13 закрыт, и импульсы входной последовательности через элементы И 12 и ИЛИ 14 поступают . на вторые входы ключей группы 6. После поступления первых двух импульсов на выходе управляемого делителя частоты, образованного .группой 3 младших разрядов счетчика 1, появляется сигнал переполнения, который заносится в счетник порядка, образованный группой 2 старших разрядов счетчика 1, а также поступает на тактирующий вход регистра 4 сдвига. Единица перемещается влево во второй разряд и тем самым через элемент ИЛИ 5 снова открывает первый ключ группы 6. Следующее переполнение группы 3 будет при поступлении импульса входной последовательности, имеющего номер 4. В счетчике порядка сформируется код, равный двум, а единица в регистры 4 сдвига переместится в третий разряд, .тем самым открывая второй ключ группы 6. Последующие переполнени 46 группы 3 младших разрядов счетчика 1 имеют место при поступлении импульсов входной последовательности с номерами 8, 16, 32,..., т.е. равными 2 ( л 3, 4, 5,...), а в группе 2 старших разрядов этого же счетчика формируется код псрядка вычисляемой логарифмической функции. Всякий раз, когда в счетчике 7 устанавливается значение кода аргументй, соответствующее очередной точке коррекции в данной октаве на восходящем участке кривой погрешности, срабатывает деши45)атор 8 добавления импульсов и открьГвает яэлемен ЙхзТ Импул входной последовательности, соответствующий данному коду, задержанный элементом 11 задержки, добавляет дополнительную единицу к содержимому группы 3 счетчика I. Чтобы обеспечить необходимое разрешение с целью надежного срабатывания разрядов счетчика, время задержки 11 элемента должно превышать длительность входных импульсов. Последуюший импульс входной последовательности устанавливает в счетчике 7 код, при котором разрешающий сигнал с выхода дешифратора 8 снимается и элемент И 13 закрывается. .Во втсфой половине октавы все дополнительные ранее импульсы в соответствующие моменты времени необходимо вычесть. С этой целью всякий раз, когда в счетчике 7 устанавливается значение кода, соответствующее очередной точке коррекции в данной октаве на нисходящем участке кривой погрешности, срабатывает дешифратор 9 пропуска импульсов. Через время, О1федел51емое элементом 10 задержки, которое также долй4но быть не менее длительности входных импульсов, элемент И. 12 закрьшается и следующий импульс входной последовательности на группу 3 счетчика 1 не проходит, а поступает только на счетчик 7. Код в нем изменяется, и через время задержки элемента 10 запрет с элемента И 13 снимается. Так как число добавляемых в ходе коррекции импульсов на восходящем участке кривой погрешности всегда равно числу пропускаемых впоследствии на нисходящем участке, то к моменту перехода на новую октаву число поступающих на группу 3 счетчика 1 импульсов уравнивается с общим числом входных импульсов на данной октаве, благодаря чему переход на следующую октаву осуществля79ется безошибочно, а именно в моменты поступления B jLoaHbix импульсов с номерами равньши 2. Таким образом, в предлагаемом уст ройстве в реальном времени, т.е. в темпе поступления входной информаиик, в счетчике 7 формируется линейный код аргумента, в группе 2 старших разрядов счетчика 1 - код порядка логарифмической функции по основанию два, а в группе 3 младших разрядов счетчика 1 - код мантиссы с погрешностью, не превышающей половины погрешности дискретности каждой октавы. Для деши4рйции кодов точеЮкоррекции могут бь1ть использованы кок бинационные схемы двуступенчатой логики И-ИЛИ, реализоваш1ые на дискретных интегральных системах малого уровня интеграции или с применением БИС программируемых логических матриц (ПЛМ), а также гфо- граммируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ). Общее число дешифрируемых точек коррекции зависит от диапазона и равно сумме чисел точек коррекции в пределах каждой используемой при вычислениях октавы. Так например, для разрядности гумекта при двоично-кодированном представле1ши, равной П ,12,16, полное число деши(ируемых состояний равно соответственно 44, 704 и 1128О. Необходимый полный информационный объем памяти при использовании для дешифрации ППЗУ составляет в этом случае 2 двура ядных слов, а именно 512,8192, Л 131О72 бит соответственно. Как видно, применение ППЗУ сопровождается большой избыточностью, так как число дешифрируемых состояний составляет незначктельную долю от общего числа состоя- . ннй счетчика 7. Лри тех же раарядностях аргумента числа № и k групп 3 и 2 счетчика 1, равные соответственно m П-1, ksEntlBog nC . принимают значения n 7,11,15; k 3,4,4. Дополнительным преимуществом предлагаемого устройства, вляется то, что помимо кода логарифмической функции в нем сишфонно формируется и линейный код аргумента, что полезно при испопь44зовании в различного вида функциональных развертывающих преобразователях и системах. Формула изобретения Устройство для вычисления логарифмической функции, содержащее первый счетчик, группу ключей, первый элемент ИЛИ и регистр сдвига, выходы первого и второго разрядов которого соединены со входами, первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом перво го ключа группы, первые входы осталь- ных ключей группы соединены с соответствующими выходами, начиная с третьего, регистра сдвига, выходы ключей группы соединены с входами группы младших разрядов первого счетчика, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены второй счетчик, дешифратор добавления импульса, дешифратор гфопуска импульса, два элеменга задержки, два элемента И и второй элемент ИЛИ, аыход которого соединен со вторыми входами ключей группы, тактовый вход второго счетчика соединен со входом устройства, первыми- входами первого И и первого элемента задержки, выходы элементов И соединены со входами второго элемента ИЛИ, Выход второго счетчика соединен со входами дешифраторов добавления и тфопуска импульсов, выходы которых соединены соответственно с первым входом второго элемента И и входом второго элемента задержки, выходы первого и второго элементов задержки соединены соот ° вторыми входами второго « первого элементов И, вьцсод переполнения группы младших разрядов первого счетчика соединен с тактовым входом регистра сдвига. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 448459, кл. G| 06 F 7/38, 1976. 2.Двторское свидетельство СССР № 2-35395, кл. Q 06 F 7/38, 1969 (прототип).