Конвейерное устройство для вычисления элементарных функций

Конвейерное устройство для вычисления элементарных функций

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических республик

О П И С А Н И Е («)888132

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

* М

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. санд-ву.(22)Заявлено 21 01 80(21) 2911475/18-24 () )Я. Кп.

G06 F 15/353 с присоединением заявки ПЙ зооударстеенный комитет

СССР (23) Приоритет по делам изобретений и открытий

Опубликовано 07.12.81. Бюллетень М45 (53) УДК 681, 3(088,8) Дата опубликования описания 10. 12.81 (72) Авторы изобретения

Ь °

А. А. Мельник и Н. В. Черкасс и йту"г > . ., Львовский ордена Ленина политехническ (71) Заявитель (54) KOHBEAEPHOE УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ

ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ФУНКЦИЙ

Устройство относится к вычислительной технике и предназначено аля использования в высокоскоростных вычислительных устройствах, обрабатывающих большие массивы данных.

Известное устройство аля вычисления элементарных функций Г1), содержашее семь сумматоров, три регистра числа, регистр аргумента„ регистр остатка, ава блока округления, тринапцать элементов И, два блока умножения, семь элементов ИЛИ, восемь блоков сравнения и. четыре счетчика. Работа устройства выполняется в виде последовательности итераций, причем в каждой итерации выполняется несколько умножений.

Недостатком устройства является низкое быстродействие.

Наиболее близок к предлагаемому цифровой генератор функций (.2), содержащий трн блока памяти, многоразрядный комбинационный сумматор, блок умножения, два коммутатора, блок управления и четыре регистра

У этого устройство тот же недостаток.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства аля вычисления элементарных функций при обработке массивов данных.

Поставленная цель достигается тем, что в конвейерное устройство для вычисления элементарных функций, сойержашее четыре регистра, первый блок ум10 ножения, первый сумматор и три блока памяти, причем выход первого регистра соединен с входом первого блока дама ти, выход первого сумматора подключен ко входу второго регистра, выход котороИ.

15 го является выхоаом устройства, входы первого и третьего регистров соединены с входом устройства, введены одиннадцать регистров, второй блок умножения, второй сумматор и олок синхронизации, причем входы четвертого, пятого и шестого регистров соединены соответственно с выходами первого регистра, первого блока памяти и третьего регистра, вхоаы

Устройство содержит регистры 1 — 15, блоки 16 - 18 памяги, блоки 19 и 20 умножения, сумматоры 21 и 22, блок

23 синхронизации.

Блок 23 синхрг>яизации содержит входы 24 и 25, выход 26, счетчик 27 масс

S5 седьмого, восьмого, девятогп и посят>ч о регистров соеплнены соотг>етственно с вáf» ходами четвертого регистра, второго блг ка памяти, первого блока умножения и шестого регистра, второго блока памяти, первого блока умножения и шестого регистра, выход которого соепинен с первым входом первого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого регистра. Вход второго блока 10 памяти соединен с выхопом четвертого регистра, входы одиннапцатого, двенадцатого и тринадцатого регистров соединены соответственно с выходами седьмого, песятого регистров и второго сумматора, первый и второй входы которого подключены соответственно к вьгходам восьмого и девятого регистров. Вь ход опиннапцатого регистра через третий блок памяти соединен с входом четыр- щ надцатого регистра, выхоп которого соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого через пятнадцатый регистр подключен к выходу второго блока умножения, первый и второй входы которого соединены соответ ственно с выходами двенадцатого и тринадцатого регистров, Выход блока синхронизации соединен с тактовыми входами всех регистров, первый вход блока синхронизации является входом величины массива устройства, а второй — входом запуска.

Блок синхронизации содержит счетчик массива, триггер, генератор импульсов и элементы И и ИЛИ НЕ, причем установочный вход счетчика массива соединен с первым входом блока синхронизации, выходы разрядов счетчика массива соединены с входами элемента ИЛИ-НЕ, вы40 ход которого соединен с первым входом триггера, второй вход которого соединен со вторым входом блока синхронизации. Выхоп триггера подключен к первому вхопу элемента И второй вход которого соединен с вы3

45 ходом генератора импульсов, выход элемента И соединен с выходом блока синхронизации и счетным входом счетчика массива.

Блок-схема устройства представлена на фиг, 1; блок-схема блока синхрс>низации - на фиг. 2. с:ивов > элс>мс .н т 11 >111-1 11 . 2+ у т1>>сг 1 с>р 29 > гс>нсчратг>р 30 им»ул> r:ñ>3 и элемент И 3 1.

Устройство прс>из>>опит вычис:ление произвольной функции F()(), 0 )(1 по формуле Тейлора

Г(3() =Г(Х С М) = (Хо )+ЬХ Р (УО)+

° ЛХ Г"(х,)/г=F(X )+ Х(Г- (Х.).

+ ьх г (х.) /г ).

3 десь )(О, )(..., Х 0„, 0 — число об

О 1 1с, разованное старшими разрядами аргумен TB.

13>,)(=0.0...0Х ... Х вЂ” число, обраК+1 зованное млапшими разрядами аргумента.

Погрешность этой формулы можно сделать выходяшей за пределы разрядной сетки за счет соответствующего выбора параметра К. Значения (Хо), Г (Хо),» (Х,)

/2 находятся табличным преобразованием аргумента Хр.

Устройство работает следуюшим образом.

В первом такте в регистр 1 записывается число )(o, а в регистр 2 — число

1ф. По значению }(o, поступаюшему из регистра 1, в- блоке 16 формируется зна(> чение 1- (Хо) /2. Во втором такте это значение записывается в регистр 4, в регистр 3 записывается значение Х, из регистра 1, а в регистр 5 записывается значение АХ из регистра 2, По содержимому регистра 3 в блоке 17 формируется значением (Х0). Одновременно на бло( ке умножения 19 поступает значение ьХ из регистра 5 и умножается на содержимое ре гис тра 4.

В третьем такте сформированное на блоке умножения выражениеЛХГ (X ) /2 записывается в регистр 8, а в регистр 7 записывается значение p (Хс ) из блока 17, а в регистры 6 и 9 перезаписывается содержимое регистров 3 и 5 соответственно, По поступаюшим из регистров 7 и 8 значениям в сумматоре 21 формируется выр аж ение Г ()(0) + Ь Х Г (X <) /2.

В четвертом такте это значение записывается в регистр 11, в регистры 10 и 12 переписываются значения регистров

6 и 9 соответственно. В блоке 18 по поступаюшему из регистра 10 значению

)(с3 формируется выражение Г (Х0). Одновременно на блок умножения 20 поступает значение регистра 1.1, где умножаетс(,(28 32

5 Ь

Видно, что при обработке массивов ра 12, чисел предлагаемое устройство выгодно

В пятом такте число, сформированное отличается от прототипа. По сравнению на блоке мно>кения 20 з

У записывается в с прототипом быстродействие увеличено регистр 14, в регистр 13 записывается 5 в значение с выхода блока 18. Содержимое Т1 2(ьыь+ сум+1-умн) этих регистров поступает на сумматор 22, Т 1

Умн в котором формируется выражение Г (Xo)+ еоК(Г (Хц)еО (Г(Хо) /2), f.е. ескомое оке- 2 " — — " — +2. (If выь + Е с м чение фукции F(K). е Умн

В шестом такте это значение записыва- Если использовать для построения ется в регистр 15 и из него пост пает на поступает на данного устройства элементы 155 серии выход устройства. и обрабатывать на нем 16-разрядные

Тактовые импульсы, поступающие на

1 регистры устройства, вырабатываются и бло- ке синхронизации 23, который работает Cg — Ь pbbs 100 Нс Ь y - Нс И следующим образом. Перед началом об 90О Нс

1 работки массива чисел и в счетчике мас- т 4 сива 27 по входу 24 поступает число, 2Оо нс равное длине массива. По сигналу "Пуск", 20 Ф о р м у л а и з о б р е т е и и я поступающему на триггер 29 по входу

25, этот триггер устанавливается в 1. Конвейерное устройство для высостояние 1, и сигнал с его выхода числения элементарных фукций, содерразрешает прохождение тактовых импуль- жащее четыре регистра, первый блок сов через элемент H 1 с генератора умнo>KeHHa nepab)O сумматор импульсов 30. С выхода элемента И 31 ка памяти, причем выход первого ретактовые импульсы поступают на регист- ""стРа соединен со входом первого блс . Ры устройства с выхода 26, управляя ка памяти, выход первого сумматора записью информации в эти регистрые С подключен ко входу второго регистра, поступлением каждого тактового импуль- ЗЕ выход которого является выходом устса в устройстве происходит сдвиг ин- ройства, входы первого и третьего реформации на одну ступень вниз. Однов гистров соединены с входом устройства, ременно тактовые импульсы с элемента о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с

И 31 поступают на счетчик массива 27, целью повышения быстродействия, в неи с поступлением каждого импульса из з го введены одиннадцать регистров, втосодержимого счетчика вычитается еди- рой блок умножения, второй сумматор ница. Как только содержимое счетчика и блок синхронизации, причем входы станет равным нулю, т.е. массив чисел четвертого, пятого и шестого регистров обработан, на выходе элемента ИЛИ HE соединены соответственно с выходами

28 появляется сигнал, сбрасывающий первого регистра, первого блока памяти триггер 29 в состояние "0, а сигнал и третьего регистра, выходы седьмого, с выхода триггера запретит прохождение восьмого, девятого и десятого регистров тактовых импульсов через элемент И соединены соответственно с выходами

3l на регистры устройства. четвертого регистра, второго блока паустройство работает по конвейерному мяти, пеРвого блока Умножения и шеспринципу. В каждом такте в него вво- того регистра, выход которого соединен дится новый операнд и с его выходов с первым входом первого блока умножеснимается новый результат. Быстродей- ния, второй вход которого подключен к ствие устройства при обработке масси- выходу пятого регистра, вход второго вов чисел определяется длительностью о блока памяти соединен с выходом четФ такта, которая равна задержке в наибо- веРтого регистра, входы одиннадцатогo, лее медленной ступени устройства. Та- двенапцатого и тринапцатого регистров кой ступенью в данном устройстве яв- соединены соответственно с выходами ляется блок умножения. Поэтому быстро- седьмого, десятого регистров и второго действие устройства равно Т= +„„„ сумматора, первый и второй входы котоБыстродействие же прототипа не Рого подключены соответственно к выхопревыш ает дам восьмого и девятого регистров, выТ =2( ход одиннадцатого регистра через третий

ВЬ(ь, с ум, умн.)

++ + ; блок памяти соединен с входом четыр888 132 надцатого регистра, выход которого соединен .с первым входом первого сумматора, второй вход которого через пятнадцатый регистр подключен к выходу второго блока умножения, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами двенадцатого и тринадцатого регистров, выход блока синхронизации соединен с тактовыми входами всех регистр . ров, первый вход блока синхронизации является входом величины массива устройства, а второй - входом запуска, 2. Устройство по п l, о т л и ч а юш е е с я тем, что блок синхронизации содержит счетчик массива, триггер, генерагор импульсов и элементы И и ИЛИ-НЕ, причем установочный вход счетчика массива соединен с первым входом блока синxpoHHaaIlHH, выходы разрядов счетчика массива соединены с входами элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с первым входом триггера, второй вход которого соединен со вторым входом блока синхронизации, выход триггера подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход элемента И соединен

«с выходом блока синхронизации и счет ным входом счетчика массива, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР

¹ 674032, кл. 906 F 15/34, 1979.

2,,Заявка М. 24-15788, кл. 506 F 1/02, 20,04.77 (прототип).

Составитель Т. Щелобатова

Редактор Б. Федотов Техред А. Бабинец Корректор Е. Рошко

Заказ 10726/14 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретения и открытий

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4