JPH0776916B2 - 疑似除算方式を用いた三角関数演算装置 - Google Patents
疑似除算方式を用いた三角関数演算装置Info
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- JPH0776916B2 JPH0776916B2 JP62234195A JP23419587A JPH0776916B2 JP H0776916 B2 JPH0776916 B2 JP H0776916B2 JP 62234195 A JP62234195 A JP 62234195A JP 23419587 A JP23419587 A JP 23419587A JP H0776916 B2 JPH0776916 B2 JP H0776916B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は三角関数演算装置に係り、特に計算機に備えら
れる三角関数演算装置に関する。
れる三角関数演算装置に関する。
［従来の技術］ 三角関数sinθ、cosθは２πまたは360度を周期とする
関数であり、この関数の演算は科学技術計算を取り扱う
計算機にとって是非とも備えなければならない機能の１
つである。
関数であり、この関数の演算は科学技術計算を取り扱う
計算機にとって是非とも備えなければならない機能の１
つである。
従来、この関数を演算する方式としてはテイラー級数展
開 sinθ＝θ−θ3/3!＋θ5/5! −θ7/7!＋ ……（１） や、連分数展開やチェビシェフ級数展開などによる有理
関数近似によって求める方式がある。しかしながら、何
れの方式も多くの乗算または除算を必要としており、演
算時間が長くなり、しかも演算精度も満足すべきものが
得られないという欠点があった。
開 sinθ＝θ−θ3/3!＋θ5/5! −θ7/7!＋ ……（１） や、連分数展開やチェビシェフ級数展開などによる有理
関数近似によって求める方式がある。しかしながら、何
れの方式も多くの乗算または除算を必要としており、演
算時間が長くなり、しかも演算精度も満足すべきものが
得られないという欠点があった。
また、マイクロプログラム制御の計算機に適した三角関
数演算方式としてCORDIC（Cordinate Rotation DIgital
Computer）がある。（一松信著：初等関数の数値計
算、教育出版）CORDICは加算、減算及び右シフトによっ
て演算できるので、高速な乗算器を持たない計算機では
有効である。
数演算方式としてCORDIC（Cordinate Rotation DIgital
Computer）がある。（一松信著：初等関数の数値計
算、教育出版）CORDICは加算、減算及び右シフトによっ
て演算できるので、高速な乗算器を持たない計算機では
有効である。
まず、CORDICの演算原理を説明する。２進法でｎ桁の精
度のsinθ、cosθを求めるCORDICの演算原理を以下に示
す。
度のsinθ、cosθを求めるCORDICの演算原理を以下に示
す。
角度θは定数rkと数列｛ak｝を用いて θ＝ａθ×r0＋a1×r1＋a2×r2＋ ・・・＋an−１×rn−１＋ε （２） ただし、rk＝arctan（２-k） （３） ak＝｛＋１、−１｝ （４） と表せる。数列｛ak｝は引き離し法の除算と類似した方
法で一意に決定できる。数列｛ak｝を決定する過程を疑
似除算と呼ぶ。
法で一意に決定できる。数列｛ak｝を決定する過程を疑
似除算と呼ぶ。
ここで、sinθ、cosθは加法定理により、ak＝＋１のと
きは、Ψｋ＋１＝Ψｋ＋rk cos（Ψｋ＋１）＝Rk（cosΨｋ −２-k×sinΨｋ） （５） sin（Ψｋ＋１）＝Rk（sinΨｋ ＋２-k×cosΨｋ） （６） ak＝−１のときには、Ψｋ＋１＝Ψｋ−rk cos（Ψｋ＋１）＝Rk（cosΨｋ ＋２-k×sinΨｋ） （７） sin（Ψｋ＋１）＝Rk（sinΨｋ −２-k×cosΨｋ） （８） ここで、 とする。
きは、Ψｋ＋１＝Ψｋ＋rk cos（Ψｋ＋１）＝Rk（cosΨｋ −２-k×sinΨｋ） （５） sin（Ψｋ＋１）＝Rk（sinΨｋ ＋２-k×cosΨｋ） （６） ak＝−１のときには、Ψｋ＋１＝Ψｋ−rk cos（Ψｋ＋１）＝Rk（cosΨｋ ＋２-k×sinΨｋ） （７） sin（Ψｋ＋１）＝Rk（sinΨｋ −２-k×cosΨｋ） （８） ここで、 とする。
を繰り返し実行することで、Ψｋをθに近付けてゆき、
sinθ、cosθを求める。この過程を疑似乗算と呼ぶ。
sinθ、cosθを求める。この過程を疑似乗算と呼ぶ。
最終的なsin（Ψｎ）、cos（Ψｎ）はＫ倍されているの
で、その補正が必要である。
で、その補正が必要である。
次に、CORDICの算法を説明する。
（１） x0＝1/K,y0＝0,v0＝θ（０≦θ＜π/2）を初期
値とする。ここで、Ｋは（10）式を満たす定数である。
値とする。ここで、Ｋは（10）式を満たす定数である。
（２） ｋ＝0,1,2,・・・、ｎ−１に対して（３）を反
復する。
復する。
（３） vk≧０ならばak＝＋１ vk＜０ならばak＝−１として xk＋１＝xk−ak×２-kxyk （11） yk＋１＝yk＋ak×２-kxxk （12） vk＋１＝vk−ak×rk （13） ただし、rkは（３）式を満たす定数である。
（４） cosθ＝xn,sinθ＝ynが同時に得られる。
CORDICの算法を実現したパイプライン演算装置は、一般
に第４図のような構成をとる。
に第４図のような構成をとる。
第４図において、演算器41,42,・・,49は同じ構成の演
算器であり、ｎステージのパイプラインを構成する。
算器であり、ｎステージのパイプラインを構成する。
演算器41において、レジスタ411,412,413は３種の２進
数の変数xk,yk,vkを格納するｎ桁のレジスタ、シフタ41
4,415はレジスタ412,411（ｎ桁）の内容をｋ桁だけ右シ
フトできるシフタ、定数発生器418は（３）式の定数rk
を発生するｎ桁の定数発生器、加減算器417,418,419は
それぞれレジスタ411,412,413の内容にシフタ414,415,
定数発生器416の内容を加算または減算できるｎ桁の加
減算器である。
数の変数xk,yk,vkを格納するｎ桁のレジスタ、シフタ41
4,415はレジスタ412,411（ｎ桁）の内容をｋ桁だけ右シ
フトできるシフタ、定数発生器418は（３）式の定数rk
を発生するｎ桁の定数発生器、加減算器417,418,419は
それぞれレジスタ411,412,413の内容にシフタ414,415,
定数発生器416の内容を加算または減算できるｎ桁の加
減算器である。
次に、第４図の演算装置の動作をCORDICの算法に基づい
て説明する。
て説明する。
演算器41,41,..,49は、それぞれ前記算法［３］のｋ＝
0,1,・・,n−１に相当する演算を行う。
0,1,・・,n−１に相当する演算を行う。
［１］ レジスタ411,412,413に1/K,0,θを初期値とし
て与える。
て与える。
［２］ 演算器41において、変数ｋ＝０とする。
レジスタ411には（11）式の変数xkが、レジスタ412には
（12）式の変数ykが、レジスタ413には（13）式の変数v
kが、格納されている。
（12）式の変数ykが、レジスタ413には（13）式の変数v
kが、格納されている。
シフタ414,415は、それぞれレジスタ412,411の値を、ｋ
桁だけ右シフトすることにより２-k倍する。レジスタ41
3の符号桁の値が正のときak＝＋１であり、加減算器41
7,419では減算を、加減算器418では加算を行う。レジス
タ413の符号桁の値が負のときak＝−１であり、加減算
器417,419では加算を、加減算器418では減算を行う。３
個の加減算器411,412,413の出力は、変数xk＋1,yk＋1,v
k＋１として、次のステージの演算器42内のレジスタ42
1,422,423に格納される。
桁だけ右シフトすることにより２-k倍する。レジスタ41
3の符号桁の値が正のときak＝＋１であり、加減算器41
7,419では減算を、加減算器418では加算を行う。レジス
タ413の符号桁の値が負のときak＝−１であり、加減算
器417,419では加算を、加減算器418では減算を行う。３
個の加減算器411,412,413の出力は、変数xk＋1,yk＋1,v
k＋１として、次のステージの演算器42内のレジスタ42
1,422,423に格納される。
［３］ 減算器42,43,・・,49において、それぞれｋ＝
1,2・・,n−１として、上記［２］の演算を順次行う。
1,2・・,n−１として、上記［２］の演算を順次行う。
［４］ 最終ステージの演算器49からは、加減算器497
からxn＝cosθが、加減算器498からyn＝sinθが得られ
る。
からxn＝cosθが、加減算器498からyn＝sinθが得られ
る。
１クロック毎に角度θをレジスタ413に入力すると、１
クロック毎にsinθ,cosθが加減算器498,497から出力さ
れる。上記演算器41,42,・・,49の各ステージの１回の
処理に１クロックかかるとすると、角度θが入力されて
からsinθ,cosθが出力されるまで、ｎクロック要す
る。
クロック毎にsinθ,cosθが加減算器498,497から出力さ
れる。上記演算器41,42,・・,49の各ステージの１回の
処理に１クロックかかるとすると、角度θが入力されて
からsinθ,cosθが出力されるまで、ｎクロック要す
る。
［発明が解決しようとする問題点］ 上述した従来例の、三角関数演算装置には、以下の問題
点がある。
点がある。
［問題点１］ ハードウェア量が大きい。
従来例の三角関数演算装置では、ｎ桁のｋビット・シフ
タが2n個、ｎ桁の加減算器が3n個必要である。LSI（大
規模集積回路）で実現する場合、シフト桁の大きいシフ
タは大きい面積を必要とするため、三角関数演算器とし
ての面積が大きくなってしまう。特に高精度（多倍長）
の演算をおこなうには、バレル・シフタ、加減算器共に
面積が増大する。
タが2n個、ｎ桁の加減算器が3n個必要である。LSI（大
規模集積回路）で実現する場合、シフト桁の大きいシフ
タは大きい面積を必要とするため、三角関数演算器とし
ての面積が大きくなってしまう。特に高精度（多倍長）
の演算をおこなうには、バレル・シフタ、加減算器共に
面積が増大する。
例えば、２進数で32桁の精度を得るには、32ビットの加
減算器が96個、0,1,2,・・,31ビット右シフトできる32
ビットのシフタが２個ずつ（計64個）、必要である。
減算器が96個、0,1,2,・・,31ビット右シフトできる32
ビットのシフタが２個ずつ（計64個）、必要である。
［問題点２］ 演算結果の精度がよくない。
（６）式のrkはｋが増大するに従って小さくなるため、
rkの有効数字が減少する。LSB付近に丸め誤差が蓄積さ
れる。
rkの有効数字が減少する。LSB付近に丸め誤差が蓄積さ
れる。
［発明の従来技術に対する相違点、独創性の内容］ 上述した従来の三角関数演算装置では２個のバレルシフ
タと３個の加減算器とを用いて、高速にsinθ、cosθを
求める装置であるのに対して、本発明は１個のバレルシ
フタと２個の加減算器とを用いて従来例と同程度の速度
で、かつ従来例より高い精度でsinθ、cosθを求めると
いう独創的内容を有する。
タと３個の加減算器とを用いて、高速にsinθ、cosθを
求める装置であるのに対して、本発明は１個のバレルシ
フタと２個の加減算器とを用いて従来例と同程度の速度
で、かつ従来例より高い精度でsinθ、cosθを求めると
いう独創的内容を有する。
［問題点を解決するための手段］ 本発明は、計算機における三角関数sinθ,cosθを演算
する三角関数演算装置であり、 初期値θから、 （ただしak＝＋１または−１）を満足する数列｛ak｝と
疑似剰余εを求める疑似除算処理をｍステップで実行す
る第１の演算手段と、初期値Xm＝P,Ym＝ε×Ｐ（Ｐは定
数）と数列｛ak｝から、ｋ＝ｍ−1,m−2,,,1,0に対して
ｍステップで Xk−１＝Xk−ak×２-2k×Yk Yk−１＝（Yk＋ak＋Xk）/2 なる疑似乗算処理を実行し X0＝Ｑ×cosθ,Y0＝Ｑ×sinθ（Ｑは定数）が同時に得
る第２の演算手段とから構成され、第１の演算手段は、
第１の記憶手段と、定数２k×arctan（２-k）またはarc
tan（２-k）（ただしｋ＝0,1,2,...,m−１）を発生する
定数発生手段と、前記第１の記憶手段の内容に前記定数
を加減算する第１の加減算手段とを含み、第２の演算手
段は、第２の記憶手段と、第３の記憶手段と、前記第３
の記憶手段の内容も2k桁（ただしＫ＝ｍ−1,m−2,...,
1,0）だけ右シフトができるシフト手段と、前記第２の
記憶手段の内容に前記シフタの内容を加算もしくは減算
できる第２の加減算手段と、前記第３の記憶手段の内容
に前記第２の記憶手段の内容を加算もしくは減算できる
第３の加減算手段とを含むことを特徴とする三角関数演
算装置。
する三角関数演算装置であり、 初期値θから、 （ただしak＝＋１または−１）を満足する数列｛ak｝と
疑似剰余εを求める疑似除算処理をｍステップで実行す
る第１の演算手段と、初期値Xm＝P,Ym＝ε×Ｐ（Ｐは定
数）と数列｛ak｝から、ｋ＝ｍ−1,m−2,,,1,0に対して
ｍステップで Xk−１＝Xk−ak×２-2k×Yk Yk−１＝（Yk＋ak＋Xk）/2 なる疑似乗算処理を実行し X0＝Ｑ×cosθ,Y0＝Ｑ×sinθ（Ｑは定数）が同時に得
る第２の演算手段とから構成され、第１の演算手段は、
第１の記憶手段と、定数２k×arctan（２-k）またはarc
tan（２-k）（ただしｋ＝0,1,2,...,m−１）を発生する
定数発生手段と、前記第１の記憶手段の内容に前記定数
を加減算する第１の加減算手段とを含み、第２の演算手
段は、第２の記憶手段と、第３の記憶手段と、前記第３
の記憶手段の内容も2k桁（ただしＫ＝ｍ−1,m−2,...,
1,0）だけ右シフトができるシフト手段と、前記第２の
記憶手段の内容に前記シフタの内容を加算もしくは減算
できる第２の加減算手段と、前記第３の記憶手段の内容
に前記第２の記憶手段の内容を加算もしくは減算できる
第３の加減算手段とを含むことを特徴とする三角関数演
算装置。
本発明による三角関数演算装置は、計算機における三角
関数sinθ,cosθを演算する演算装置であり、第１の記
憶手段と、定数２k×arctan（２-k）またはarctan（２
-k）（ただしｋ＝0,1,2,...,m−１）を発生する定数発
生手段と、前記第１の記憶手段の内容に前記定数を加減
算する第１の加減算手段とを含む第１の演算手段と、第
２の記憶手段と、第３の記憶手段と、前記第３の記憶手
段の内容を2k桁（ただしｋ＝ｍ−1,m−2,...,1,0）だけ
右シフトができるシフト手段と、前記第２の記憶手段の
内容に前記シフタの内容を加算もしくは減算できる第２
の加減算手段と、前記第３の記憶手段の内容に前記第２
の記憶手段の内容を加算もしくは減算できる第３の加減
算手段とを含む第２の演算手段とから、構成される。
関数sinθ,cosθを演算する演算装置であり、第１の記
憶手段と、定数２k×arctan（２-k）またはarctan（２
-k）（ただしｋ＝0,1,2,...,m−１）を発生する定数発
生手段と、前記第１の記憶手段の内容に前記定数を加減
算する第１の加減算手段とを含む第１の演算手段と、第
２の記憶手段と、第３の記憶手段と、前記第３の記憶手
段の内容を2k桁（ただしｋ＝ｍ−1,m−2,...,1,0）だけ
右シフトができるシフト手段と、前記第２の記憶手段の
内容に前記シフタの内容を加算もしくは減算できる第２
の加減算手段と、前記第３の記憶手段の内容に前記第２
の記憶手段の内容を加算もしくは減算できる第３の加減
算手段とを含む第２の演算手段とから、構成される。
［本発明の演算原理］ 以下、数式を用いて、本発明の三角関数演算原理を説明
する。本発明の演算原理はCORDICと同様であり、本発明
の算法はCORDIC算法の変形と言える。CORDICでは、疑似
除算と疑似乗算を同時に実行しているが、本発明では先
ず疑似除算を行い、その後、疑似乗算を行う。CORDICで
は、（２）式のεを無視して、x0＝1/K,y0＝０を初期値
として疑似乗算を行っていたため２進ｎ桁の精度を得る
にはｎステップの演算が必要だった。ここで、（２）式
ではε＜２nであるため、２進数で2n桁の精度ならば
（１）式よりsinε≒ε,cosε≒１と近似できることを
利用する。疑似除算をｍ（ｍ＝n/2とする）ステップで
止め、x0＝k,y0＝vm/kを初期値として疑似乗算を行う。
そのため、疑似除算、疑似乗算合わせてのステップ数は
CORDIC同様ｎステップである。疑似除算の剰余Vmを疑似
乗算の初期値として、精度良く使用するために、疑似除
算を１ステップごとに１桁下位の桁にずらしながら演算
し、疑似乗算をCORDICとは逆の順序で行う。CORDIC算法
の（11,12）式は、 xk−１＝xk＋ak×２-k×yk （15） yk−１＝yk−ak×２-k×xk （16） と変形され、更に Xk＝xk,Yk＝２k×yk （17） のような置換を行うことで、 Xk−１＝Xk−ak×２-2k×Yk （18） Yk−１＝（Yk＋ak×Xk）/2 （19） となる。ｋの値が大きいときはykの値が小さいため、丸
め誤差が累積することを防ぐには（17）式の置換が有効
である。また、（19）式では多数桁シフトが必要ないの
で、多数桁シフトの回数を減少できる。
する。本発明の演算原理はCORDICと同様であり、本発明
の算法はCORDIC算法の変形と言える。CORDICでは、疑似
除算と疑似乗算を同時に実行しているが、本発明では先
ず疑似除算を行い、その後、疑似乗算を行う。CORDICで
は、（２）式のεを無視して、x0＝1/K,y0＝０を初期値
として疑似乗算を行っていたため２進ｎ桁の精度を得る
にはｎステップの演算が必要だった。ここで、（２）式
ではε＜２nであるため、２進数で2n桁の精度ならば
（１）式よりsinε≒ε,cosε≒１と近似できることを
利用する。疑似除算をｍ（ｍ＝n/2とする）ステップで
止め、x0＝k,y0＝vm/kを初期値として疑似乗算を行う。
そのため、疑似除算、疑似乗算合わせてのステップ数は
CORDIC同様ｎステップである。疑似除算の剰余Vmを疑似
乗算の初期値として、精度良く使用するために、疑似除
算を１ステップごとに１桁下位の桁にずらしながら演算
し、疑似乗算をCORDICとは逆の順序で行う。CORDIC算法
の（11,12）式は、 xk−１＝xk＋ak×２-k×yk （15） yk−１＝yk−ak×２-k×xk （16） と変形され、更に Xk＝xk,Yk＝２k×yk （17） のような置換を行うことで、 Xk−１＝Xk−ak×２-2k×Yk （18） Yk−１＝（Yk＋ak×Xk）/2 （19） となる。ｋの値が大きいときはykの値が小さいため、丸
め誤差が累積することを防ぐには（17）式の置換が有効
である。また、（19）式では多数桁シフトが必要ないの
で、多数桁シフトの回数を減少できる。
［本発明の算法］ 演算結果の精度を２進数でｎ（＝2m）桁とする。
［１］ 角度θ（０≦θ＜π/2）を入力する。
［２］ ｋ＝0,1,2,...m−１に対して、［３］を反復す
る。
る。
［３］ Vk≧０ならば ak＝＋１ Vk＜０ならば ak＝−１として Vk＋１＝２×（Vk−ak×Γｋ） （20） ただし、Γｋ＝２k×arctan（２-k） （21） ［４］ Xm＝（1/K）， Ym＝Vm（1/K/2） （22） を初期値とする。ここで、1/Kは（10）式を満たす定数
である。
である。
［５］ ｋ＝m,m−1,...,2,1,0に対して、［６］を反復
する。
する。
［６］ Xk−１＝Xk−（ak×２-2×Yk） （18） Yk−１＝（Yk＋ak×Xk）/2 （19） ［７］ cosθ＝X0,sinθ＝２×Y0 が同時に得られる。
ただし、sinθ対cosθの比の値だけを求める場合は、
［４］は Xm＝1.0,Ym＝Vm/2 （23） でよく、乗算は不要である。
［４］は Xm＝1.0,Ym＝Vm/2 （23） でよく、乗算は不要である。
［実施例］ ［実施例１］ 次に図面を用いて、本発明の実施例を説明する。第１図
は本発明に従って三角関数sinθ,cosθを演算する演算
装置の第１の実施例である。図において、レジスタ11
1、121は２種の変数を格納するレジスタ、加減算器11
2、122は（18、19、20）式の加算もしくは減算を行う加
減算器、バレルシフタ113はレジスタ121の内容を任意の
偶数の桁数だけ右シフトできるバレル・シフタ、シフタ
114は加減算器111の出力を２倍してレジスタ111に出力
するシフタ、シフタ124は加減算器111の出力を1/2倍し
てレジスタ121に出力するシフタである。ROM104は（2
1）式の定数Γｋおよび（10）式を満たす定数1/Kを格納
する（2m＋１）語のROM,指数部演算器105はバレル・シ
フタ113のシフト数およびROM104のアドレスを制御し、
指数部の演算を行う演算器、スタック106は数列（ak）
をファーストインラストアウト（First-In,Last-Out）
方式で蓄積できるスタック、乗算器107はバス101から乗
数、比乗数を入力し積をバス101に出力する乗算器であ
る。バス101は入出力データ及び演算の中間結果を転送
するためのバス、バス102はレジスタ111の値を転送する
ためのバスである。
は本発明に従って三角関数sinθ,cosθを演算する演算
装置の第１の実施例である。図において、レジスタ11
1、121は２種の変数を格納するレジスタ、加減算器11
2、122は（18、19、20）式の加算もしくは減算を行う加
減算器、バレルシフタ113はレジスタ121の内容を任意の
偶数の桁数だけ右シフトできるバレル・シフタ、シフタ
114は加減算器111の出力を２倍してレジスタ111に出力
するシフタ、シフタ124は加減算器111の出力を1/2倍し
てレジスタ121に出力するシフタである。ROM104は（2
1）式の定数Γｋおよび（10）式を満たす定数1/Kを格納
する（2m＋１）語のROM,指数部演算器105はバレル・シ
フタ113のシフト数およびROM104のアドレスを制御し、
指数部の演算を行う演算器、スタック106は数列（ak）
をファーストインラストアウト（First-In,Last-Out）
方式で蓄積できるスタック、乗算器107はバス101から乗
数、比乗数を入力し積をバス101に出力する乗算器であ
る。バス101は入出力データ及び演算の中間結果を転送
するためのバス、バス102はレジスタ111の値を転送する
ためのバスである。
次に、第１図の動作を本発明の算法に基づいて説明す
る。
る。
（１） ２進浮動小数点数で表現されたθ＝２-iｘΘ
（１≦Θ＜2,iは整数）の値をバス101から入力し、指数
部の補数ｉを指数部演算器105に入力する。
（１≦Θ＜2,iは整数）の値をバス101から入力し、指数
部の補数ｉを指数部演算器105に入力する。
（２） θの仮数部Θをレジスタ111に入力する。
（３） 指数部演算器105の出力値ｋをi,i＋1,i＋2,・
・・,m−１とインクリメントしながら、（４）を反復す
る。
・・,m−１とインクリメントしながら、（４）を反復す
る。
（４） レジスタ111のVk値をバス102を介して加減算器
112の入力Ａに転送し、同時にROM104から定数Γｋをバ
ス101を介して加減算器112の入力Ｂに転送し、同時にレ
ジスタ111の符号桁の値をスタック106に入力（ブッシ
ュ）する。次に、レジスタ111の符号桁の値が正なら
ば、加減算器112は入力Ａから入力Ｂを減算し、負なら
ば入力Ａと入力Ｂを加算し、シフタ114で２倍してレジ
スタ111に書き込む。
112の入力Ａに転送し、同時にROM104から定数Γｋをバ
ス101を介して加減算器112の入力Ｂに転送し、同時にレ
ジスタ111の符号桁の値をスタック106に入力（ブッシ
ュ）する。次に、レジスタ111の符号桁の値が正なら
ば、加減算器112は入力Ａから入力Ｂを減算し、負なら
ば入力Ａと入力Ｂを加算し、シフタ114で２倍してレジ
スタ111に書き込む。
（５） レジスタ111からバス101を介してVm値を取り出
し、レジスタ121および乗算器107に転送する。ROM104か
ら定数1/Kを乗算器107に転送し、積Vm/Kをバス101を介
してレジスタ111に転送する。
し、レジスタ121および乗算器107に転送する。ROM104か
ら定数1/Kを乗算器107に転送し、積Vm/Kをバス101を介
してレジスタ111に転送する。
（６） 指数部演算器105の出力値ｋをｋ＝m,m−1,m−
2,・・・,i＋１とデクリメントしながら、（７）を反復
する。
2,・・・,i＋１とデクリメントしながら、（７）を反復
する。
（７） レジスタ111のXk値をバス102を介して加減算器
112の入力Ａおよび加減算器122の入力Ｃに転送し、同時
にレジスタ121のYk値をバス101を介して加減算器122の
入力Ｄに転送し、同時に、バレル・シフタ113でレジス
タ121のYk値を指数部演算器105の内容の２倍の桁数だけ
右シフト（２-2k倍）して加減算器112の入力Ｂに転送す
る。次に、スタック106からポップされた値が“正”な
らば加減算器112は入力Ａから入力Ｂを減算し、“負”
ならば入力Ａと入力Ｂを加算して、レジスタ111に書き
込む。同時に、スタック106からポップされた値が
“正”ならば加減算器122は入力Ｄと入力Ｃを加算し、
“負”ならば入力Ｄから入力Ｃを減算して、シフタ124
で1/2倍してレジスタ121に書き込む。
112の入力Ａおよび加減算器122の入力Ｃに転送し、同時
にレジスタ121のYk値をバス101を介して加減算器122の
入力Ｄに転送し、同時に、バレル・シフタ113でレジス
タ121のYk値を指数部演算器105の内容の２倍の桁数だけ
右シフト（２-2k倍）して加減算器112の入力Ｂに転送す
る。次に、スタック106からポップされた値が“正”な
らば加減算器112は入力Ａから入力Ｂを減算し、“負”
ならば入力Ａと入力Ｂを加算して、レジスタ111に書き
込む。同時に、スタック106からポップされた値が
“正”ならば加減算器122は入力Ｄと入力Ｃを加算し、
“負”ならば入力Ｄから入力Ｃを減算して、シフタ124
で1/2倍してレジスタ121に書き込む。
（８） レジスタ111にcosθが、レジスタ121にsinθの
仮数部が（sinθの指数部はθと同じ）が同時に得られ
る。
仮数部が（sinθの指数部はθと同じ）が同時に得られ
る。
ステップ（４）と（７）の演算は１クロックで処理で
き、ステップ（５）の乗算にαクロックかかるとする
と、全体の処理時間は約（2m＋α）＝（ｎ＋α）クロッ
ク要する。つまりCORDICの演算よりも乗算器の処理時間
だけしか遅くならない。
き、ステップ（５）の乗算にαクロックかかるとする
と、全体の処理時間は約（2m＋α）＝（ｎ＋α）クロッ
ク要する。つまりCORDICの演算よりも乗算器の処理時間
だけしか遅くならない。
以上述べたように本実施例では、バレル・シフタ１個と
加減算器２個を用いて、高速かつ高精度にsinθ,cosθ
を演算できる。
加減算器２個を用いて、高速かつ高精度にsinθ,cosθ
を演算できる。
［実施例２］ 上述した実施例１では浮動小数点数を扱うが、同一のハ
ードウエアで固定小数点数も扱える。変数ｉをｉ＝０に
固定すればよい。算法は、次の様に変形できる。
ードウエアで固定小数点数も扱える。変数ｉをｉ＝０に
固定すればよい。算法は、次の様に変形できる。
（１） Vi＝θ（０≦θ＜π/4）を初期値とする。
（２） 変数ｉをｉ＝０とする。
（３〜７） （浮動小数点の算法と同様） （８） cosθ＝Xi,sinθ＝Yiが同時に得られる。
［実施例３］ 次に図面を用いて、本発明の第３の実施例を説明する。
第２図は本発明にしたがって三角関数sinθ,cosθを演
算するパイプライン演算装置である。
第２図は本発明にしたがって三角関数sinθ,cosθを演
算するパイプライン演算装置である。
第２図において、演算器11,12,・・,19はｍステージの
疑似除算パイプラインを構成する演算器、演算器21は疑
似乗算の初期値を計算する演算器、演算器31,32,・・,3
9はｍステージの疑似乗算パイプラインを構成する演算
器である。
疑似除算パイプラインを構成する演算器、演算器21は疑
似乗算の初期値を計算する演算器、演算器31,32,・・,3
9はｍステージの疑似乗算パイプラインを構成する演算
器である。
演算器11,12,・・,19は同一のハードウェア構成を持
ち、それぞれ変数ｋをｋ＝0,1,・・,m−１とする。演算
器11において、レジスタ111は変数Vkを入力するｎ桁の
レジスタ、定数発生器112は定数Γｋを出力するｎ桁の
定数発生器、加減算器113はレジスタ111の内容に定数発
生器112の値を加算または減算するｎ桁の加減算器、シ
フタ114は加減算器113の値を１桁左にシフトするｎ桁の
シフトバス、レジスタ118は数列｛a0,a1,..,ak−2,ak−
１｝を入力するｋ桁のレジスタである。
ち、それぞれ変数ｋをｋ＝0,1,・・,m−１とする。演算
器11において、レジスタ111は変数Vkを入力するｎ桁の
レジスタ、定数発生器112は定数Γｋを出力するｎ桁の
定数発生器、加減算器113はレジスタ111の内容に定数発
生器112の値を加算または減算するｎ桁の加減算器、シ
フタ114は加減算器113の値を１桁左にシフトするｎ桁の
シフトバス、レジスタ118は数列｛a0,a1,..,ak−2,ak−
１｝を入力するｋ桁のレジスタである。
演算器21において、レジスタ211は変数Vmを入力するｎ
桁のレジスタ、定数発生器212は（10）式を満たす定数1
/Kを出力するｎ桁の定数発生器、乗算器213はレジスタ2
12と定数発生器３の内容を乗算し、その1/2の値を出力
する乗算器、レジスタ218は｛a0,a1,..,am｝を入力する
（ｍ＋１）桁のレジスタである。
桁のレジスタ、定数発生器212は（10）式を満たす定数1
/Kを出力するｎ桁の定数発生器、乗算器213はレジスタ2
12と定数発生器３の内容を乗算し、その1/2の値を出力
する乗算器、レジスタ218は｛a0,a1,..,am｝を入力する
（ｍ＋１）桁のレジスタである。
演算器31,32,・・,39は同一のハードウェア構成を持
ち、それぞれ変数ｋをｋ＝ｍ−1,m−2,・・,0とする。
演算器31において、レジスタ311,312は変数Xk,Ykを入力
するｎ桁のレジスタ、シフタ313はレジスタ312の内容を
2k桁右シフトするｎ桁幅のシフタ、加減算器314はレジ
スタ311の内容にシフタ313の内容を加算または減算する
ｎ桁の加減算器、加減算器315はレジスタ312の内容にレ
ジスタ311の内容を加算または減算するｎ桁の加減算
器、シフタ316は加減算器315の値を１桁右にシフトする
ｎ桁幅のシフトバス、レジスタ318は数列｛a0,a1,..,ak
−１｝を入力する（ｋ＋１）桁のレジスタである。
ち、それぞれ変数ｋをｋ＝ｍ−1,m−2,・・,0とする。
演算器31において、レジスタ311,312は変数Xk,Ykを入力
するｎ桁のレジスタ、シフタ313はレジスタ312の内容を
2k桁右シフトするｎ桁幅のシフタ、加減算器314はレジ
スタ311の内容にシフタ313の内容を加算または減算する
ｎ桁の加減算器、加減算器315はレジスタ312の内容にレ
ジスタ311の内容を加算または減算するｎ桁の加減算
器、シフタ316は加減算器315の値を１桁右にシフトする
ｎ桁幅のシフトバス、レジスタ318は数列｛a0,a1,..,ak
−１｝を入力する（ｋ＋１）桁のレジスタである。
次に、第２図の演算装置の動作を本発明の算法に基づい
て説明する。
て説明する。
［１］ ２進ｎ桁の固定小数点数で表現された角度θ
（θ＜π/2）の値を入力する。
（θ＜π/2）の値を入力する。
［２］ 演算器11において、変数ｋ＝０とする。
レジスタ111のVk値の符号桁の値が正ならば、加減算器1
13はレジスタ111の内容から定数発生器113の定数値Γｋ
を減算し、負ならば加算する。シフタ114は加減算器113
の出力を２倍して次のステージの演算器12内のレジスタ
121に出力する。レジスタ118には数列｛a0,a1,...,ak−
2,ak−１｝が格納されており、レジスタ111の符号桁の
値をakとして、数列｛a0,a1,...,ak−1,ak｝を次のステ
ージの演算器12内のレジスタ128に出力する。
13はレジスタ111の内容から定数発生器113の定数値Γｋ
を減算し、負ならば加算する。シフタ114は加減算器113
の出力を２倍して次のステージの演算器12内のレジスタ
121に出力する。レジスタ118には数列｛a0,a1,...,ak−
2,ak−１｝が格納されており、レジスタ111の符号桁の
値をakとして、数列｛a0,a1,...,ak−1,ak｝を次のステ
ージの演算器12内のレジスタ128に出力する。
［３］ 減算器12,13,・・,19において、それぞれｋ＝
1,2,・・,m−１として、上記［２］の演算を順次行う。
演算器19の出力は次のステージの演算器21に入力され
る。
1,2,・・,m−１として、上記［２］の演算を順次行う。
演算器19の出力は次のステージの演算器21に入力され
る。
［４］ 演算器21において、レジスタ211に入力したVm
値と、定数発生器212の1/K値を、乗算器213によって乗
算し、（22）式のYm値を生成する。レジスタ218,定数発
生器212,乗算器213の出力は、次のステージの演算器31
内のレジスタ318,311,312に入力される。
値と、定数発生器212の1/K値を、乗算器213によって乗
算し、（22）式のYm値を生成する。レジスタ218,定数発
生器212,乗算器213の出力は、次のステージの演算器31
内のレジスタ318,311,312に入力される。
［５］ 演算器31において、変数ｋ＝ｍ−１とする。
シフタ313でレジスタ312のYk値を2k倍の桁数だけ右シフ
ト（２-2k倍）する。レジスタ318に入力した数列｛a0,a
1,...,ak−1,ak｝からak値を取り出し、ak値が“正”な
らば、加減算器314はレジスタ311の内容からシフタ313
の出力を減算し、加減算器315はレジスタ312の内容にレ
ジスタ311の出力を加算する。ak値が“負”ならば、加
減算器314はレジスタ311の内容にシフタ313の出力を加
算し、加減算器315はレジスタ312の内容からレジスタ31
1の出力を減算する。シフタ316は加減算器315の値を1/2
倍する。レジスタ318の数列｛a0,a1,...,ak−１｝と、
加減算器314,シフタ316の出力は、次のステージの演算
器32内のレジスタ328,321,322に出力される。
ト（２-2k倍）する。レジスタ318に入力した数列｛a0,a
1,...,ak−1,ak｝からak値を取り出し、ak値が“正”な
らば、加減算器314はレジスタ311の内容からシフタ313
の出力を減算し、加減算器315はレジスタ312の内容にレ
ジスタ311の出力を加算する。ak値が“負”ならば、加
減算器314はレジスタ311の内容にシフタ313の出力を加
算し、加減算器315はレジスタ312の内容からレジスタ31
1の出力を減算する。シフタ316は加減算器315の値を1/2
倍する。レジスタ318の数列｛a0,a1,...,ak−１｝と、
加減算器314,シフタ316の出力は、次のステージの演算
器32内のレジスタ328,321,322に出力される。
［６］ 演算器31,32,・・,39において、それぞれｋ＝
ｍ−2,m−3,・・,0として、上記［５］の演算を順次行
う。
ｍ−2,m−3,・・,0として、上記［５］の演算を順次行
う。
［７］ 演算器394にcosθが、演算器396にsinθが同時
に得られる。
に得られる。
１クロック毎に角度θをレジスタ111に入力すると、１
クロック毎にsinθ,cosθが加減算器394,395から出力さ
れる。上記演算器11,12,・・,19,21,31,32,・・,39の各
ステージの１回の処理に１クロックずつかかるとする
と、角度θが入力されてからsinθ,cosθが出力される
まで、（ｎ＋１）クロック要する。
クロック毎にsinθ,cosθが加減算器394,395から出力さ
れる。上記演算器11,12,・・,19,21,31,32,・・,39の各
ステージの１回の処理に１クロックずつかかるとする
と、角度θが入力されてからsinθ,cosθが出力される
まで、（ｎ＋１）クロック要する。
［実施例４］ 次に図面を用いて、本発明の第４の実施例を説明する。
第３図は本発明に従って三角関数を演算するパイプライ
ン演算装置である。本発明の算法［４］において、（2
2）式ではなく、（23）式を用いた演算装置であるた
め、出力されるのはＫ×sinθ,K×cosθである。｛Ｋは
（10）式を満たす定数。｝ 第３図において、演算器11,12,・・,19はｍステージの
疑似除算パイプラインを構成する実施例３と同じ演算
器、シフタ221はシフタ194の出力を１桁右シフトしてレ
ジスタ312に出力するｎ桁のシフタ、定数発生器222は定
数1.0をレジスタ311に出力する定数発生器、演算器31,3
2,・・,39はｍステージの疑似乗算パイプラインを構成
する実施例３と同じ演算器である。
ン演算装置である。本発明の算法［４］において、（2
2）式ではなく、（23）式を用いた演算装置であるた
め、出力されるのはＫ×sinθ,K×cosθである。｛Ｋは
（10）式を満たす定数。｝ 第３図において、演算器11,12,・・,19はｍステージの
疑似除算パイプラインを構成する実施例３と同じ演算
器、シフタ221はシフタ194の出力を１桁右シフトしてレ
ジスタ312に出力するｎ桁のシフタ、定数発生器222は定
数1.0をレジスタ311に出力する定数発生器、演算器31,3
2,・・,39はｍステージの疑似乗算パイプラインを構成
する実施例３と同じ演算器である。
１クロック毎に角度θをレジスタ111に入力すると、１
クロック毎にsinθ,cosθが加減算器394,395から出力さ
れる。上記演算器11,12,・・,19,31,32,・・,39の各ス
テージの１回の処理に１クロックずつかかるとすると、
角度θが入力されてからＫ×sinθ、Ｋ×cosθが出力さ
れるまで、ｎクロック要する。
クロック毎にsinθ,cosθが加減算器394,395から出力さ
れる。上記演算器11,12,・・,19,31,32,・・,39の各ス
テージの１回の処理に１クロックずつかかるとすると、
角度θが入力されてからＫ×sinθ、Ｋ×cosθが出力さ
れるまで、ｎクロック要する。
ハードウェア量は、実施例３と比べて乗算器分だけ少な
い。
い。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明による三角関数演算装置
は、次の２つの効果を有する。
は、次の２つの効果を有する。
（効果１） ハードウエア量を低減できる。実施例１ではバレル・シ
フタが１個、加減算器が２個実現でき、従来例よりもバ
レル・シフタ、加減算器共に１個少ない。従来例より増
加したハードウエアはスタックと乗算器である。スタッ
クはｍ桁のシフトレジスタで、乗算器は実施例１の加減
算器の片方に簡単な回路を付加することでも実現できる
ため、増加したハードウエア量は減少したハードウエア
量よりはるかに少ない。また、三角関数演算装置を汎用
の浮動小数点演算装置として実現する場合、従来例での
２個のバレル・シフタや３個の加減算器は三角関数、逆
三角関数以外に用途はないが、実施例１の乗算器は他の
用途にも有用である。
フタが１個、加減算器が２個実現でき、従来例よりもバ
レル・シフタ、加減算器共に１個少ない。従来例より増
加したハードウエアはスタックと乗算器である。スタッ
クはｍ桁のシフトレジスタで、乗算器は実施例１の加減
算器の片方に簡単な回路を付加することでも実現できる
ため、増加したハードウエア量は減少したハードウエア
量よりはるかに少ない。また、三角関数演算装置を汎用
の浮動小数点演算装置として実現する場合、従来例での
２個のバレル・シフタや３個の加減算器は三角関数、逆
三角関数以外に用途はないが、実施例１の乗算器は他の
用途にも有用である。
実施例３の三角関数演算装置では、ｎ桁の2kビット・シ
フタがn/2個、ｎ桁の加減算器が3n/2個、及び、ｎ×ｎ
桁の乗算器が１個、必要である。乗算器はBoothのアル
ゴリズムを用いればｎ桁の加減算器がn/2個で実現でき
るため、加減算器の数は2n個あればよい。
フタがn/2個、ｎ桁の加減算器が3n/2個、及び、ｎ×ｎ
桁の乗算器が１個、必要である。乗算器はBoothのアル
ゴリズムを用いればｎ桁の加減算器がn/2個で実現でき
るため、加減算器の数は2n個あればよい。
例えば、２進数で32桁の精度を得るには、32ビットの加
減算器が64個、及び、30,28,26,,,0ビット右シフトでき
る32ビットのシフタ（計16個）で、実現できる。
減算器が64個、及び、30,28,26,,,0ビット右シフトでき
る32ビットのシフタ（計16個）で、実現できる。
従来例に比べて、シフト桁の大きさは２倍だが、シフタ
の数は1/4となっている。加減算器の数は2/3倍で実現で
きる。
の数は1/4となっている。加減算器の数は2/3倍で実現で
きる。
（効果２） 演算結果の精度がよい。本発明の算法は、常に有効数字
が最大になるように桁合わせを行いながら演算するため
に、演算精度がよい。また、θ,sinθ、cosθが浮動小
数点数の場合、θが小さい数であっても、有効数字が減
少しない。また丸め誤差が蓄積せず、演算精度がよい。
が最大になるように桁合わせを行いながら演算するため
に、演算精度がよい。また、θ,sinθ、cosθが浮動小
数点数の場合、θが小さい数であっても、有効数字が減
少しない。また丸め誤差が蓄積せず、演算精度がよい。
第１図は、本発明の実施例１のハードウエア構成を示す
ブロック図、 第２図は、本発明に関する実施例３のハードウエア構成
を示すブロック図、 第３図は、本発明に関する実施例４のハードウエア構成
を示すブロック図、 第４図は、従来例のハードウエア構成を示すブロック図
である。 11,12,・・,19……疑似除算用演算器、21……補正用演
算器、31,32,・・,39……疑似乗算用演算器、101,102…
…データ・バス、111,121……レジスタ、112,122……加
減算器、113……バレル・シフタ、104……定数ROM、105
……指数部演算器、106……スタック、111,211……レジ
スタ、112,212……定数発生器、113……加減算器、311,
312……レジスタ、313……多数桁シフタ、314,315……
加減算器、411,412,413……レジスタ、414,415……バレ
ル・シフタ、417,418,419……加減算器、416……定数発
生器。
ブロック図、 第２図は、本発明に関する実施例３のハードウエア構成
を示すブロック図、 第３図は、本発明に関する実施例４のハードウエア構成
を示すブロック図、 第４図は、従来例のハードウエア構成を示すブロック図
である。 11,12,・・,19……疑似除算用演算器、21……補正用演
算器、31,32,・・,39……疑似乗算用演算器、101,102…
…データ・バス、111,121……レジスタ、112,122……加
減算器、113……バレル・シフタ、104……定数ROM、105
……指数部演算器、106……スタック、111,211……レジ
スタ、112,212……定数発生器、113……加減算器、311,
312……レジスタ、313……多数桁シフタ、314,315……
加減算器、411,412,413……レジスタ、414,415……バレ
ル・シフタ、417,418,419……加減算器、416……定数発
生器。
Claims (1)
- 【請求項１】計算機における三角関数sinθ,cosθを演
算する三角関数演算装置であり、 初期値θから、 （ただしak＝＋１または−１）を満足する数列｛ak｝と
疑似剰余εを求める疑似除算処理をｍステップで実行す
る第１の演算手段と、 初期値 Xm＝P,Ym＝ε×Ｐ（Ｐは定数）と数列｛ak｝か
ら、ｋ＝ｍ−1,m−2,・・,1,0に対してｍステップで Xk−１＝Xk−ak×２-2k×Yk Yk−１＝（Yk＋ak＋Xk）/2 なる疑似乗算処理を実行し X0＝Ｑ×cosθ,Y0＝Ｑ×sinθ（Ｑは定数）が同時に得
る第２の演算手段とから構成され、 第１の演算手段は、 第１の記憶手段と、 定数２k×arctan（２-k）またはarctan（２-k）（ただ
しｋ＝0,1,2,...,m−１）を発生する定数発生手段と、 前記第１の記憶手段の内容に前記定数を加減算する第１
の加減算手段とを含み、 第２の演算手段は、 第２の記憶手段と、第３の記憶手段と、 前記第３の記憶手段の内容を2k桁（ただしＫ＝ｍ−1,m
−2,...,1,0）だけ右シフトができるシフト手段と、 前記第２の記憶手段の内容に前記シフタの内容を加算も
しくは減算できる第２の加減算手段と、 前記第３の記憶手段の内容に前記第２の記憶手段の内容
を加算もしくは減算できる第３の加減算手段とを含むこ
とを特徴とする三角関数演算装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62234195A JPH0776916B2 (ja) | 1987-06-30 | 1987-09-18 | 疑似除算方式を用いた三角関数演算装置 |
| EP88110493A EP0297588B1 (en) | 1987-06-30 | 1988-06-30 | Trigonometric function arithmetic processor using pseudo-division |
| DE3853379T DE3853379T2 (de) | 1987-06-30 | 1988-06-30 | Mit Pseudo-Division arbeitender arithmetischer Prozessor für trigonometrische Funktionen. |
| US07/428,035 US4956799A (en) | 1987-06-30 | 1989-10-27 | Trigonometric function arithmetic processor using pseudo-division |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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