Пристрій для обчислення показникової функції

1. Пристрій для обчислення показникової функції, який містить три регістри і блок завдання констант, причому інформаційні входи пристрою з'єднані з інформаційними входами першого регістра, ви ходи другого регістра з'єднані з інформаційними входами третього регістра, керуючі входи пристрою з'єднані з адресними входами блока завдання констант, який відрізняється тим, що в нього додатково введені два комутатори, блок множення, елемент АБО і блок керування, перший вихід якого з'єднаний з установочними входами першого, другого і третього регістрів, другий ви хід блока керування з'єднаний з керуючим входом прийому інформації першого регістра, керуючий вхід видачі інформації якого з'єднаний з першим входом елемента АБО і з третім виходом блока керування, виходи першого регістра з'єднані з першою групою входів першого комутатора, виходи якого з'єднані з першою групою входів блока множення, виходи блока завдання констант з'єднані з першою групою входів др угого комутатора, виходи якого з'єднані з другою гр упою входів блока множення, керуючі входи першого і другого комутаторів з'єднані з четвертим виходом блока керування, п'ятий вихід якого з'єднаний з керуючим входом прийому інформації другого регістра і з керуючим входом видачі інформації третього регістра, шостий вихід блока керування з'єднаний з керуючим входом видачі інформації другого регістра і з керуючим входом прийому інформації третього регістра, виходи якого з'єднані з другими групами входів першого і другого комутаторів, передостанній вихід блока множення з'єднаний з другим входом елемента АБО, ви хід якого з'єднаний з передостаннім інформаційним входом другого регістра, всі інші інформаційні входи якого з'єднані з відповідними виходами блока множення. 2 (19) 1 3 Корисна модель відноситься до обчислювальної техніки і може бути використаний в обчислювальних пристроях і пристроях цифрової автоматики для обчислення показникової функції у=a x. Відомий пристрій для обчислення показникової функції, який містить дванадцять регістрів, чотири суматора, чотири блоки зсуву, блок аналізу знака, вісім мультиплексорів, блок аналізу аргументу і блок формування початкових умов [1]. Основний недолік відомого пристрою полягає в складності його реалізації. Відомий пристрій для обчислення показникової функції, що містить два регістри зсуву, суматор, два тригери, три елементи І, елемент АБО й елемент затримки [2]. Основний недолік цього відомого пристрою полягає в його низькій швидкодії, викликаною послідовним способом обробки інформації. Найбільш близьким до винаходу є пристрій для обчислення показникової функції, описаний у роботі [3]. Пристрій містить п'ять регістрів, два суматора, квадратор, зсувач і три постійних запам'ятовуючи х пристроїв, причому, вхід пристрою з'єднаний із входом першого регістра, виходи якого з'єднані з входами першого постійного запам'ятовуючого пристрою і через послідовно з'єднані другий і третій регістри з входами другого та третього постійних запам'ятовуючи х пристроїв, виходи першого постійного запам'ятовуючого пристрою і першого регістра з'єднані з входами першого суматора, вихід якого через четвертий регістр з'єднаний із входом квадратора, з'єднаного через п'ятий регістр з інформаційним входом зсувача, керуючий вхід якого з'єднаний з виходом другого постійного запам'ятовуючого пристрою, виходи третього постійного запам'ятовуючого пристрою і зсувача з'єднані з входами другого суматора, вихід якого з'єднаний з виходом пристрою. Основний недолік прототипу викликаний низькою точністю апроксимації показникової функції за 1 допомогою обчислення зворотної функції . - x +1 Така апроксимація можлива тільки в дуже обмеженому діапазоні зміни аргументу. Розширення діапазону зміни аргументу вимагає його розбивки на кілька десятків сегментів, послідовне відпрацьовування яких у стільки ж разів знижує швидкодію пристрою. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення пристрою для обчислення показникової функції шляхом введення в пристрій, який містить три регістри і блок завдання констант, додатково двох комутаторів, блоку множення, елемента АБО і блоку керування, що дозволяє забезпечити підвищення швидкодії пристрою при розширенні діапазону зміни аргументу. Поставлена задача удосконалити винахід вирішується тим, що в пристрій для обчислення показникової функції, який містить три регістри і блок завдання констант, причому інформаційні входи пристрою з'єднані з інформаційними входами першого регістра, виходи другого регістра з'єднані з інформаційними входами третього регістра, керуючі входи пристрою з'єднані з адресними входами блоку завдання констант, згідно з 3471 4 винаходом додатково введені два комутатори, блок множення, елемент АБО і блок керування, перший вихід якого з'єднаний з установочними входами першого, другого і третього регістрів, другий вихід блоку керування з'єднаний з керуючим входом прийому інформації першого регістра, керуючий вхід видачі інформації якого з'єднаний з першим входом елемента АБО і з третім ви ходом блоку керування, виходи першого регістра з'єднані з першою групою входів першого комутатора, виходи якого з'єднані з першою групою входів блоку множення, виходи блоку завдання констант з'єднані з першою групою входів друго го комутатора, виходи якого з'єднані з другою групою входів блоку множення, керуючі входи першого і другого комутаторів з'єднані з четвертим виходом блоку керування, п'ятий вихід якого з'єднаний з керуючим входом прийому інформації другого регістра і з керуючим входом видачі інформації третього регістра, шостий вихід блоку керування з'єднаний з керуючим входом видачі інформації другого регістра і з керуючим входом прийому інформації третього регістра, виходи якого з'єднані з другими групами входів першого і другого комутаторів, передостанній вихід блоку множення з'єднаний з другим входом елемента АБО, ви хід якого з'єднаний з передостаннім інформаційним входом другого регістра, всі інші інформаційні входи якого з'єднані з відповідними виходами блоку множення, блок керування містить генератор тактових імпульсів, генератор одиночного імпульсу, лічильник, комутатор, два ключі, тригер, три елементи затримки, два елементи І, три елементи АБО і два елементи НЕ, причому вихід генератора тактових імпульсів з'єднаний з інформаційним входом генератора одиночного імпульсу, входом першого елемента НЕ і першим входом першого елемента І, вихід першого ключа з'єднаний з першим виходом блоку керування, керуючим входом лічильника і першим входом першого елемента АБО, вихід якого з'єднаний із входом скидання тригера, установочні входи лічильника з'єднані з виходами комутатора, вихід генератора одиночного імпульсу з'єднаний із входом першого елемента затримки, першим входом другого елемента АБО і другим ви ходом блоку керування, вихід першого елемента затримки з'єднаний із входом другого елемента затримки, першим входом третього елемента АБО і третім виходом блоку керування, вихід другого елемента затримки з'єднаний з установочним входом тригера, прямий вихід якого з'єднаний із другим входом першого елемента І, першим входом другого елемента І та четвертим виходом блоку керування, другий вхід другого елемента І з'єднаний з виходом першого елемента НЕ, вихід другого елемента І з'єднаний з другим входом третього елемента АБО, ви хід якого з'єднаний з п'ятим виходом блоку керування, вихід першого елемента І з'єднаний з другим входом другого елемента АБО, ви хід якого з'єднаний з лічильним входом лічильника і шостим виходом блоку керування, вихід переповнення лічильника через третій елемент затримки з'єднаний із другим входом першого елемента АБО, керуючий вхід генератора одиночного імпульсу з'єднаний з вихо 5 дом другого ключа, шина логічного нуля з'єднана з першими входами першого і другого ключів і з входом друго го елемента НЕ, вихід якого з'єднаний з другими входами першого і другого ключів, перший і другий входи комутатора з'єднані відповідно з виходом другого елемента НЕ і з шиною логічного нуля. На фіг. 1 представлена структурна схема пристрою для обчислення показникової функції. На фіг. 2 представлена структурна схема блоку керування. Пристрій для обчислення показникової функції фіг. 1 містить регістри 1-3, блок 4 завдання констант, перший і другий комутатори 5, 6, блок 7 множення, блок 8 керування, елемент АБО 9, інформаційні входи 10 пристрою, керуючі входи 11 пристрою. Виходи регістра 1 з'єднані з першою групою входів комутатора 5, ви ходи якого з'єднані з першою групою входів блоку 7 множення. Виходи регістра 2 з'єднані з інформаційними входами регістра 3, виходи якого з'єднані з другими групами входів першого і другого комутаторів 5, 6. Виходи блоку 4 завдання констант з'єднані з першою групою входів комутатора 6, ви ходи якого з'єднані з другою групою входів блоку 7 множення. Керуючі входи першого і другого комутаторів 5, 6 з'єднані з четвертим виходом блоку 8 керування. Виходи блоку 7 множення, крім передостаннього, з'єднані з інформаційними входами регістра 2. Перший вихід блоку 8 керування з'єднаний з установочними входами регістрів 1, 2 і 3. Другий ви хід блоку 8 керування з'єднаний з керуючим входом прийому інформації регістра 1, керуючий вхід видачі інформації якого з'єднаний з першим входом елемента АБО 9 і з третім виходом блоку 8 керування. П'ятий вихід блоку 8 керування з'єднаний з керуючим входом прийому інформації регістра 2 і з керуючим входом видачі інформації регістра 3. Шостий вихід блоку 8 керування з'єднаний з керуючим входом видачі інформації регістра 2 і з керуючим входом прийому інформації регістра 3. Передостанній вихід блоку 7 множення з'єднаний з другим входом елемента АБО 9, вихід якого з'єднаний з передостаннім інформаційним входом регістра 2. Інформаційні входи регістра 1 з'єднані з інформаційними входами 10 пристрою. Керуючі входи 11 пристрою з'єднані з адресними входами блоку 4 завдання констант. Блок 8 керування (фіг. 2) містить генератор 12 тактових імпульсів, генератор 13 одиночного імпульсу, лічильник 14, комутатор 15, ключі 16 і 17, тригер 18, елементи затримки 19-21, елементи І 22, 23, елементи АБО 24-26, елементи НЕ 27, 28, першу-шосту шини 29-34 блоку 8 керування і шину 35 логічного нуля. Вихід генератора 12 тактових імпульсів з'єднаний з інформаційним входом генератора 13 одиночного імпульсу, входом елемента НЕ 27 і першим входом елемента І 22. Вихід ключа 16 з'єднаний з першим виходом 29 блоку 8 керування, керуючим входом лічильника 14 і першим входом елемента АБО 24, ви хід якого з'єднаний із входом скидання тригера 18. Установочні входи лічильника 14 з'єднані з виходами комутатора 15. Вихід генератора 13 одиночного імпульсу 3471 6 з'єднаний із входом елемента затримки 19, першим входом елемента АБО 25 і другим виходом 30 блоку 8 керування. Вихід елемента 19 затримки з'єднаний із входом елемента 20 затримки, першим входом елемента АБО 26 і третім виходом 31 блоку 8 керування. Вихід елемента 20 затримки з'єднаний з установочним входом тригера 18, прямій вихід якого з'єднаний із другим входом елемента І 22, першим входом елемента І 23 і четвертим виходом 32 блоку 8 керування. Другий вхід елемента І 23 з'єднаний з виходом елемента НЕ 27. Вихід елемента І 23 з'єднаний із другим входом елемента АБО 26, ви хід якого з'єднаний із п'ятим виходом 33 блоку 8 керування. Вихід елемента І 22 з'єднаний із другим входом елемента АБО 25, вихід якого з'єднаний з лічильним входом лічильника 14 і шостим виходом 34 блоку 8 керування. Вихід переповнення лічильника 14 через елемент 21 затримки з'єднаний із другим входом елемента АБО 24. Керуючий вхід генератора 13 одиночного імпульсу з'єднаний з виходом ключа 17. Шина 35 логічного нуля з'єднана з першими входами ключів 16, 17 і з входом елемента НЕ 28, вихід якого з'єднаний із другими входами ключів 16, 17. Перший і другий входи комутатора 15 з'єднані відповідно з виходом елемента НЕ 28 і із шиною 35 логічного нуля. Пристрій для обчислення показникової функції працює таким чином. Початковий стан пристрою встановлюються ключем 16, який може бути виконаний у виді кнопкового перемикача, блоку 8 керування. Сигнал логічного нуля з шини 35 блоку 8 керування формує сигнал логічної одиниці на виході елемента НЕ 28, ключа 16, першому виході 29 блоку 8 керування, що надходить на установочні входи регістрів 1-3, установлюючи їх у нульові стани. Вихідний сигнал елемента НЕ 28 через ключ 16 надходить через елемент АБО 24 на вхід скидання тригера 18, установлюючи його в н ульовий стан. Алгоритм роботи пристрою описується наступним виразом m y = ax » (1 + C × x)2 , 0 < C = 2-m × ln a, (1) де х - значення аргументу задане на відрізку [0; 1], m - задана цілочисельна постійна, С - константа. Постійна m вибирається з необхідної точності обчислення показникової функції у(х) на відрізку зміни аргументу [0; 1]. Якщо потрібно, щоб похибка є обчислення показникової функції не перевищувала значення 2-р, то -р m = p + 2, де e £ 2 , 1 < a < 4. (2 ) Якщо регістр 1 має n розрядів, то регістри 2, 3 мають 2n+2 розрядів, з яких два старших розряди представляють цілу частину результату, а інші 2n розрядів представляють розряди результату після коми. Розрядність n регістра 1 вибирається таким чином, щоб m £ n . (3) Отже, з необхідної точності обчислень відповідно до умов (2), (3) вибирають постійну m, 7 константу С і розрядність регістрів 1-3. Постійна m задається в двійковому коді за допомогою комутатора 15, виконаного, наприклад, у виді клавішного перемикача. На виходах комутатора 15 блоку 8 керування формується зворотній двійковий код постійної m. Сигнали логічної одиниці, що надходять в одиничних розрядах зворотного двійкового коду числа m з виходів комутатора 15 на установочні входи лічильника 14, встановлюють у лічильнику 14 зворотній двійковий код числа m. Розрядність q двійкового лічильника 14 вибирається з умови q m £ 2 . (4 ) Умова (4) виконується, якщо для всіх значень m£32 вибрати q=5. Отже, якщо m£32, лічильник 14 має п'ять двійкових розрядів, у яких у початковому стані по сигналу логічної одиниці з виходу ключа 16 установлюється зворотній двійковий код числа m, що задається п'ятиклавішним комутатором 15. Константою С, згідно з умовою (1), задають основу а показникової функції при фіксованому значенні постійної m, яка згідно з умовою (2) задає оцінку похибки обчислення показникової функції aх. Сукупність констант 0