Устройство для логарифмирования Советский патент 1982 года по МПК G06F7/556 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛОГАРИФМИРОВАНИЯ

Изобретение относится к цифровой .вычислительной технике и может быть использовано при построении специгшизироваиных вычислительных устройств.

Известно устройство, которое состоит из дешифратора характеристики и блока сдвига, содержащего группы коммутаторов, причем выходы коммутаторов одной группы соединены с первыми информационными входами одноименных коммутаторов следующей группы, а выходы коммутаторов последней rpytiпы соединены с выходными шинами мантиссы устройства. Входы управления коммутаторов определенной группы объединены и соединены с определенной группой дешифратора характеристики устройства 1.

; К недостаткам данного устройства следует отнести низкую точность выполнения операции отыскания двоичного логарифма числа. В частности число 01010111 имеет двоичный логарифм с точность семиразрядной мантиссы 110,1010111, хотя истинное значение двоичногй логарифма будет равно : 1. 110.0111000, или число 00001101 имеет двоичный логарифм на выходе устройства 011.1101000, а его истинное значение 011.1011001.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее дешифратор характеристики, формирователь приближен- , ной мантиссы, входное и выходное переключающие устройства, индикаторные устройства О и 1 и устройство образования нулевого и единичного логарифма. Входное переключающее

10 устройство связано.)своими входами с входной шиной устройства и с источ- НИКОМ сигнала динамического сдвига, . а выходами - с дешифратором характеристики, с информационным входом уст-т 15 ройства формирования приближённой / мантиссы, а также со входами индика

торных устройств О и 1. Выходы ;

индикаторных устройств О и 1 соединенены со входами устройств образования нулевого и единичного логарифма. Выход дешифратора характеристики связан с управляющими входами устройства формирования приближенной мантиссы КС выходным переключающим

25 устройством. Выходы устройства формирования приближенной мантиссы связаны со входами устройства формирова1ния точкой., мантиссы/, .а выходы последйего соединены с выходным переключаю30 «им устройством.КромеТОГО, на вхол выходного переключающего устройства подключен сигнал динамического сдвига, который также подключен к индика торному устройству О. Выходы выход ного переключающего устройства связаны со входами устройства образования нулевого логарифма, выходы которого подключены ко входам устройства образования единичного логарифма, а выход устройства образования единичного логарифма связан с выходной шиной., устройства. Принцип действия этого устройства заключается в следующем. Входное и выходное- переключающие устройства, представляющие собой в общем случае группу мультиплексоров, устанавливают требуемый динамический диапазон для измерения используя сигналы динамического сдвига. Это происходит за счет сдвига всех- разрядов двоичных чисел на выходе переключающих устройств относительно разрядов входного чис-ла. После установления динамического диапазона происходит определение наличия единицы в разрядах, превышающи этот диапазон и, если таковая имеется, то устанавливается 1 во всех раз рядах выходного двоичного логарифма, а все числа, имеющие единицу в одном из предществующих выбранному динамическому диапазону разряда при услови наличия нулей внутри него, будут представлены нулями во всех разрядах характеристики. Обеспечение необходи мой точности в выбранном динамическо диапазоне достигается путем точного определения мантиссы иэ разрядов, следующих за самым старшим двоичным разрядом со значением 1, причем двоичное число, представленное этими двоичными разрядами, сопоставляется с корректируюищм числом, зависящим от величины уэтого двоичного числа. Корректирующее число определяют по точному значению логарифма двоичного числа, которое находится между двоич ным числом, представленным последующими двоичными разрядами и двоичным числом, которое больше на единицу 4 ьшадшего разряда 2. Недостатком этого устройства явля ется сравнительно низкое быстродейст вне,, связанное, с наличием переключаю щихустройств. Кроме того, устройст во /характеризуется сложностью, посKOJJbKy необходимо иметь априорные дайные о величине входного числа и источник сигнала динамического сдвига.., Цель изобретения - повышениебыстродействия и упрощение устройства. Поставленная цель достигается тем что в устройство, содержа14ее дешифра тор характеристики, блок формировани мантиссы, блок управления, блок коррекции и сумматор. Первый вход которого соединен с выходами блока, корре ции, В1ХОДЫ дешифратора характеристики соединены с входами устройства и информационными входами блока формирования мантиссы, управляющие входы которого соединены с выходами дешифратора характеристики, введены группа элегментов ИЛИ, выходы которых соединены с выходами блока коррекции и вторым входом сумматора, выходы дешифратора характеристики соединены с входами блока управления, причем блок формирования мантиссы содержит п групп мультиплексоров, где м т U у(в); М - разрядность входнсиго числа, m - количество информационных входов у мультиплексоров, В - дробная часть отношения М/т,эг(3) 1 при В ib О, и (В) О при В О, управляющие и информационйые входы которых являются управляющими и информационными входами блока формирования мантиссы, коммутационные входы и выходы мультиплексоров i-и группы ( 1 :L,2,...,n) соединены соответственно с -i -м выходом блока управления и входами 1-го элемента ИЛИ группы, выходы дешифраторахарактё-; ристиггси и сумматора являются выходами характеристики и мантиссы соответственно устройства, причем блок управления содержит два элемента НЕ и два элемента И-НЕ, причем первый вход блока управления соединен с входом первого элемента НЕ и первым входом первого элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с первым входом второго элемента И-НЕ и выходом второго элемента НЕ, вход которого соединен со вторым входом блока управления, выход первого элемента НЕ соединен со вторым входом второго элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым выходом блока управления, второй и третий выходы которого соединены с выходом первого элемента И-НЕ и вторым входом блока управления соответственно, причем блок коррекции содержит пять элементов НЕ и двадцать элементов И-НЕ, причем первый вход блока коррекции соединен с первым входом -первого элемента И-НЕ и через первый элемент НЕ с первыми входами второго и третьего элементов И-НЕ, вторые входы которых подключены к выходу второго элемента НЕ, вход которого подключен к второму входу блока коррекции, вторым входам первого элемента И-НЕ и первым входам четверто.го элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента НЕ и первыми входами пятого и шестого элементов И-НЕ, вход третьего элемента НЕ соединен с третьим входом блока коррекции, третьим входом второго элемента И-НЕ и первыми входами седьмого и.восьмого элементов И-НЕ, вторые входы которых соедийены соответственно с выходами первого и третьего элементов И-НЕ, выход i второго элемента H-Hj; соединен со . вторым входом пято1 о и первым входом девятого элементов И-НЕ, второй вход девятого элемента И-НЕ соединен с выходом пятого элемента И-НЕ, третьим входом, седьмого элемента И-НЕ, первыми входами десятого и одиннадцатого

элементов И-НЕ, четвертым входом блока коррекции и входом четвертого элемента НЕ; выход которого соединен

с первыми входами двенадцатого и тринадцатого элементов И-НЕ, вторые входы которых соединены соответственно с выходами четырнадцатого и восьмого элементрв И-НЕ, первые входы четырнадцатого, пятнадцатого, шестнадцатого, семнадцатого, восемнадцатого, девятнадцатого и двадцатого элементов И-НЕ соединены о выходами соответственно второго, седьмого, одиннадцатого, пятнадцатого, тринадцатого/десятого и восемнадцатого элементой И-НЕ, пятый вход блока коррекции соединен с входом пятого элемента НЕ и вторыми входами шестнадцатого и семнадцатого элементов И-НЕ, выход пятого элемента НЕ соединен со вторыми входами десятого и восемнадцатого элементов И-НЕ и третьим входом двенадцатого элемента И-НЕ, второй и третий входы соответственно одиннадцатого и десятого элементов И-НЕ соединены с выходом четвертого эдемента НЕ, вторые входы второго, четырнадцатого , пятнадцатого, девятнадца:того и двадцатого элементов Ип НЕ соединены соответственно с выхбдами девятого, четвертого, шестого семнадцатого и шестнадцатого элементов И-НЕ, третий вход девятнадцатого .элемента И-НЕ соединен с 1выходом десятого элемента И-НЕ, выходы девятнадцатого и двадцатого элементов ИiHE соединены с выходами блока коррек,Ции. .

На фиг. 1 представлена блоктсхема. устройства для логарифмирования на -,фиг. 2 - схема подключения входа устройств к информационньш входам мультиплексоров; на фиг. 3 - вариант конструкции блока управления для сшучая пятиразряд 1ой характеристики; на фиг. 4 - вариант кoнcтpykции-блока коррекции; на фиг. 5 - вариант выполнения блока формирования мантиссы

, Устройство содержит дешифратор 1 характеристики, блок, 2 управления, блок 3 формирования мантиссы, группы 4-6 мультиплексоров, группы 7 элементов ИЛИ, блок 8 коррекции и сумматор 9. Блок 9 управления содержит элементы 10 и 11 НЕ и элемен ты 12 и 13, И-НЕ Блок 8 коррекции содержит элементы 14-18 НЕ и элементы 19-38 И-НЕ.

, Дешифратор характеристики служит 1для определения характеристики двоичного логарифма входного числа и может быть выполнен в виде схемы комбинационной логики на основе, формирования выходного кода в зависимости от положение старшей единицы во входном числе аналогично тому, как это выполнено в устройстве 2J. Блок управления 2 служит для выработки управляющих стробов и может быть выполнено в виде п-выходной логической схемы, при этом первый выход связан по логике И с инвертированными выходами разрядов дешифратора характеристики,

5 старших выхода разряда, номер которого равен количеству управляющих входов на мультиплексоре, второй йыход связан по логике И с выходом разряда на единицу большего, чем разряд, номер

Q которого равен количеству управляющих входов на мультиплексоре, и с инвер- тированными выходами остальных более старших разрядов и так далее со сдвигом прямого разряда, м-ый выход схес KU связан со старшим разрядом дешифратора характеристики. Блок коррекции 8 необходим для выработки корректирующего числа и выполнен в виде . комбинационной схемы на элементах

Q И-НЕ,реализация которой для случая 5-ти разрядной мантиссы представлена на фиг. 4 и соответствует логическим .выражениям для 1-го разряда корректирующего числа

35

IsX X XjXjX X.

-., ,

для 2-го разряда корректирукицего числа ,, ., - . ,/X 5Х XJ ТЛ, J4,4 X ,

где значения х,-Хг соответствуют пяти разрядам приближенной мантиссы.

Устройство работает следующим образом.

Двоичное число поступает на вход дешифратора характеристики 1. В зависимости от положения старшей единицы

во входном ЧИСЛОВОМ коде на выходе дешифратора характеристики образуется щвоичНый код той или иной величины. Этот код поступает на блок управлегт ния 2. В зависимости от величины выгодного кода устройства 1 на одном ,яз выходов блока управления образуется строб.,. Этот строб приводит в действие однуиз п групп мультиплексоров 4-6. блока формирования мантиссы 3. В качестве управляющих кодов .на

мультиплексор поступают двоичные коды характеристики логарифма входного числа, причем на первые две группы мультиплексоров подаются младшие 5разряды двоичной характеристики, а ; на каждую из последующих (п-2) групп

мультиплексоров подаются разряды двоичной характеристики со сдвигом на один разряд в сторону старших.Входы устройства подключаютсяк информационным входам каждой группы так, как показано на фиг. 2. В зависимости от величины управляющего кода на выход каждого мультиплексора коммутиру ется вполне определенный информационный вход. Таким образом, имеется возможность выделения из входного числа семи рйзрядов, стоящих справа от старшей .единицы. В случае, если положение старшей единицы правее восьмого разряда, то в блоке 3 происходит выделение стоящих от нее справа разрядов и дополнение их количества до семи соответствующим количеством нулей. Для нормальной работы устройства формиро вания приближенной мантиссы должно выполняться условие взаимности между количеством информационных входов на мультиплексоре и разрядностью его управляющего кода, выраженное следующим соотношением

m 2 ,

где S - разрядность управляющего кода, подаваемая на мультиплеко сор.

Это объясняется тем, что должна быть возможноеть подключения на выход мультиплексора любрго информационного входа. Количество мультиплексоров в каждой из п групп устройства формирования приближенной мантиссы определяется необходимой разрядностью мантиссы или требуемой точностью вычисления двоичного логарифма. Точная величина п определяется отношением максимальной разрядности входного числа к количеству информационных входов на мультиплексоре (к пропускной способности используемой элементной базы). Поскольку п должно быть целым числом, то его дробное значение необходимо округлить до ближайшего целого в большую сторону. Поэтому выражение для п имеет вид.

(B),

где разрядность входного числа;

m - количество информационных , входов на мультиплексоре;

jir m

В - дробная часть отношения причем

|(в) 1 при В ; О и . у (в) О при В О

С блока 3 значение приближенной мантиссы поступает через группу ИЛИ

7на блок коррекции 8, где в соответ.ствии с ее величиной на выходе блока8формируется вполне определенное значение кода. Схема блок коррекции устройства для пятиразрядной входной мантиссы имеет двухразрядный выход корректирующего числа. При подаче |на его вход значения приближенной

«1антиссы на выходе образуются корректирующие числа в соответствии с приведенной таблицей.

Данная таблица составлена для любой разрядности кода приближенной мантиссы и по ней определяются соответствующие логические выражения. Выходя из нее можно получить схему блока коррекции устройства любой разрях(ности.

0 ., С выхода сумматора результирующая Мс.нтисса пос- упает на выход устройстЕ1а логарифмирования. Кроме того, как было указано выше,.на выход устройства для логарифмирования пос5 тупаетйхарактеристика с дешифрато-.; ра 1. I

J

Использование изобретения позволит повысить быстродействие устройства логарифмирования в раз, где К - количество сдвигов в переключающем устройстве, что дает существенный выигрыш при увеличении разрядности входного числа. Кроме того,использование изобретения позволит упростить устройство логарифмирования за счет исключения из него переключающих устройств, источников сигнала динамического сдвига, индикаторj. ных устройств и устройств образования нупевогр и единичного логарифма. Необходимо отметить, что несмотря на введение двух элементов, устройство в целом претерпевает существенное упрощение поскольку исключевы источники сигнала динамического сдвига и сложные функциональные связи, которые он обуславливал, а также еще ряд вышеуказанных блоков.

Код

Приближенной манКорректируемого

тиссы числа

Продолжение табл,

Код

Корректируемого

-Приближенной мантиссычисла

Формула изобретения

с я тем, что,, с целью повышения быстродействия, в него введена группа элементов ИЛИ, выходы которых соединены с входами блока коррекции и вторым входом сумматора, выход дешифратора характеристики соединены с входами блока управления, причем блок формирования мантиссы содержит vn групп Мультиплексоров, гдеп + .J(BJ М- разрядность входного. числа;

0 гп - количество информационных входов у мультиплексоров;В - дробная часть отношения И/т; f(B) 1 при ЪФО к j(B) О при В О, управлякнцие и йн- формационные входы которых являются.;

5 управляю цими и информационными входами блока формирования мантиссы, ком-. мутационные входы и выходы мультиплек.соров 1-й группы (i 1,2,...,п) соединены соответственно с i-м выQ ходом блока управления и входами

i-ro элемента ИЛИ группы, выходы дешифратора характеристики и сумматора являются выходами характеристики и мантиссы соответственно устройства,

5 причем блок управления содержит два элемента НЕ и два элемента И-НЕ , причем первый вход блока управления соединен с входом первого элемента ИЕ и первым входом первого элемента ИНЕ, второй вход которого соединен с

0 первым входом второго элемента ИНЕ и выходом второго элемента НЕ, вход, которого соединен с вторым входом блока управления, выход первого элемента НЕ соединен с вторым входом второго элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым выходом блока управления, второй и третий выходы которого соединены с выходом первого элемента И-НЕ и вторым входом блока управления соответственно.

е двадцать элементов И-НЕ, причем первый вход блока коррекции соединен с первым входом первого элемента ИНЕ и через первый элемент НЕ с первыми входами второго и третьего элементов И-НВ, вторые входы которых

0 подключены к выходу второго элемента НЕ, вход которого подключен к второму входу блока коррекции, вторым вхо|дам первого элемента И-НЕ и первым входам четвертого элемента И-НЕ, вто5рой вход которого соединен с выходом третьего элемента НЕ и первыми входа ми пятого и шестого элементов И-НЕ, ;вход третьего элемента НЕ соединен с третьим входом блока коррекции,

0 третьим входом второго элемента И-НЕ и первыми входами седьмого и восьмого элементов И-НЕ, вторые входы которых соединены соответственно с выхоп дами первого и третьего элементов

S и-НЕ, выход второго элемента НЕ соединен с вторым входом пятого и первьам входом девятого элементов И-НЕ, второй вход девятого элемента И-НЕ соединен с выходом пятого элемента ИНЕ, третьим входом сел ьмого элемента И-Н, первыми входами десятого и одиннадцатого элементов И-НЕ, четвертым входом блока коррекции и входом четвертого элемента НЕ, выход которого соединен с первыми входами двенадцатого и тринадцатого элементов И-НЕ, вторые входы которых соединены соответственно с выходами четырнадцатого и восьмого элементов И-НЕ, первые входы четырнадцатого, пятнадцатого, шестнадцатого, семнадцатого, восемнадцатого, девятнадцатого и двадцатого элементов И-НЕ соединены с выходами соответственно второго, седьмого, одиннадцатого, пягнадцатого, тринадцатого, десятогб и восемнадцатого элементов И-НЕ, пятый вход блока коррекции соединен с входом пятого элемента НЕ и вторыми входами шестнадцатого и семнадцатого элементов И-НЕ, выход пятого элемента НЕ соединен с вторыми входами десятого и восемнадцатого элементов И-НЕ и третьим входом двенадцатого элемента И-НЕ, второй и третий входы соответственно одиннадцатого и десятого элементов И-НЕ соединены с выходом четверто о элемента НЕ, вторые входы второго,, четырнадцатого, i. пятнадцатого, девятнадцатого и двадцатого элементов И-НЕ соединены соответственно , с выходами девятого, четвертогот шестого, семнадцатого и шестнадцатого элементов И-НЕ, третий вход, девятнадцатого элемента И-НЕ соединен с выходом десятого элемента И-НЕ, выходы девятнадцатого и двадцатого элементов И-НЕ соединены : выходами блока коррекции.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР И 717760, кл. G 06 F 7/3.8, 1980.

кл. G 06 F 5/02, опублик, 1980 (прототип) . .

IP

NO