JPH10207694A - Digital power arithmetic unit and graphics system using the same - Google Patents

Digital power arithmetic unit and graphics system using the same

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JPH10207694A
JPH10207694A JP724097A JP724097A JPH10207694A JP H10207694 A JPH10207694 A JP H10207694A JP 724097 A JP724097 A JP 724097A JP 724097 A JP724097 A JP 724097A JP H10207694 A JPH10207694 A JP H10207694A
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logarithmic
exponent
value
calculation unit
output
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雄一 安部
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Katsunori Suzuki
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和久 高見
Kazunori Oniki
一徳 鬼木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To carry out power calculation at a high speed by providing a logarithmic calculation part which outputs a logarithmic value for an input value by using a logarithm table, a multiplier which multiplies its output by a value to be raised to some power, and an exponent calculation part which outputs an exponential value for the output of the multiplier by using an exponent table. SOLUTION: The logarithmic calculation part 10 is provided with a logarithmic shift part 11 which shifts K bits to the left until they enter the input range of the logarithm table 12 obtained by reducing the input valve and outputs a 2-bit shift quantity K and a 11-bit shift result. Further, this part is provided with the reduced logarithm table 12 which outputs a value of the logarithmic function for the shift result as a 12-bit fixed decimal number and a logarithmic addition part 13 which adds K to the output of the logarithm table 12 and outputs a 15-bit fixed decimal point number. The exponent calculation part 30 is provided with an exponent subtraction part 31 which subtracts M from the input value and outputs a 3-bit subtraction quantity and a 7-bit substation result, an exponent table 32 which outputs a 6-bit fixed decimal point, and an exponent shift part 33 which shifts it to the right.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は演算中にべき乗が含
まれる処理を実行する情報処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an information processing apparatus for executing a process including a power in an operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、2つのディジタル数値データX,
Nに対してXN を求めるべき乗計算については、技術評
論社より平成3年2月25日に発行された奥村晴彦著、
「C言語による最新アルゴリズム事典」のp105−1
06,p162−163、及びp304に記されている
ように、対数関数及び、指数関数をべき級数展開もしく
は、連分数展開することで、対数及び、指数をループ計
算によって求める手法を用い、ソフトウェア的にXの対
数を計算し、その結果にNを乗算し、最後にこの乗算結
果の指数を計算するといった方法が取られていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, two digital numerical data X,
For the exponentiation calculation to obtain X N for N , see Haruhiko Okumura, published on February 25, 1991 by Technical Review,
P105-1 of "Latest encyclopedia of algorithms in C language"
06, p162-163, and p304, a logarithmic function and an exponential function are exponential series expanded or continued fraction expanded to obtain a logarithm and an exponent by a loop calculation. A method of calculating the logarithm of X, multiplying the result by N, and finally calculating the exponent of the multiplication result has been adopted.

【0003】また別の方法としては、前記2つのディジ
タル数値データX,Nから直接アドレスを生成してべき
乗テーブル(ROM,RAM)を参照する方法が取られ
ていた。
As another method, a method has been adopted in which an address is directly generated from the two digital numerical data X and N and a power table (ROM, RAM) is referred to.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来例
では、前者の場合、ループ計算が発生し処理の高速化が
難しく、後者の場合、テーブルの入力がX及びNの2つ
であるためテーブルの入力値の階調数はXの階調数とN
の階調数の積となりテーブルの容量が大きくなるという
問題があった。
As described above, in the prior art, in the former case, a loop calculation occurs and it is difficult to speed up the processing. In the latter case, the table input is X and N. Therefore, the gradation number of the input value of the table is the gradation number of X and N
And the capacity of the table becomes large.

【0005】本発明の目的は、ループ計算を用いず容量
の小さいテーブルを参照して高速にべき乗計算を行い得
るべき乗演算装置とそれを用いたグラフィックスシステ
ムを提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a power operation device capable of performing a power calculation at high speed by referring to a table having a small capacity without using a loop calculation, and a graphics system using the same.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、入力値
Xに対する対数値を対数テーブルを用いて出力する対数
算出部と、対数算出部の出力とべき乗する値Nを乗算す
る乗算器と、この乗算器の出力に対する指数値を指数テ
ーブルを用いて出力する指数算出部とからディジタルべ
き乗演算装置を構成し、前記対数算出部により算出され
る対数の底と、前記指数算出部により算出される指数の
底を同一の値にしたことにある。
A feature of the present invention is that a logarithmic calculation unit for outputting a logarithmic value for an input value X using a logarithmic table, a multiplier for multiplying the output of the logarithmic calculation unit by a value N raised to a power are provided. An exponent calculator for outputting an exponent value for the output of the multiplier using an exponent table to form a digital exponentiation device, wherein the base of the logarithm calculated by the logarithmic calculator and the index calculated by the exponent calculator are The base of the exponent is the same value.

【0007】また、更にテーブルの容量を減らすために
本発明では、前記対数算出部に、その入力値が前記対数
テーブルの入力値域に含まれない場合に前記対数算出部
の入力値に適当な整数Lに対し2L を乗算する対数シフ
ト部と、前記乗算結果を前記対数テーブルの入力とし対
数テーブル参照後、参照値にLを加算して前記対数算出
部の出力とする対数加算部を設けたものである。
Further, in order to further reduce the capacity of the table, according to the present invention, when the input value is not included in the input value range of the log table, an integer suitable for the input value of the logarithmic calculation unit is provided. A logarithmic shift unit for multiplying L by 2 L, and a logarithmic addition unit for inputting the multiplication result to the logarithmic table, referring to the logarithmic table, and adding L to a reference value to output the logarithmic calculation unit. Things.

【0008】また、前記指数算出部に、その入力値が前
記指数テーブルの入力値域に含まれない場合に前記指数
算出部の入力から適当な整数Mを減算する指数減算部
と、該減算結果を前記指数テーブルの入力とし指数テー
ブル参照後、該参照値に2-Mを乗算して前記指数算出部
の出力とする指数シフト部を設けたものである。
An exponent subtraction section for subtracting an appropriate integer M from the input of the exponent calculation section when the input value is not included in the input value range of the exponent table, An exponent shift unit is provided as an input of the exponent table, after referencing the exponent table, multiplying the reference value by 2- M and outputting the result of the exponent calculating unit.

【0009】但し、ここでいう対数,指数テーブルと
は、RAM,ROMだけに留まらず、入力値に対する対
数関数,指数関数の値を一定時間内に算出する回路一般
を指すものである。
Here, the logarithmic and exponential tables refer to not only the RAM and ROM but also general circuits for calculating the values of logarithmic and exponential functions with respect to input values within a fixed time.

【0010】本発明では、入力値X,Nに対してXN
べき乗計算を行う際、対数テーブル参照によってaを底
とする対数logaXを求め、乗算器でlogaX×N
を計算し、指数テーブル参照によってaのlogaX×
NべきalogaX×N=XN を算出する。本発明では
ループ計算を行わないため、高速計算が可能である。ま
た、対数テーブルと指数テーブルとの2つにテーブルを
分割することで、各テーブルの入力を1つにできて、テ
ーブルの容量を減らすことができる。
In the present invention, when a power of X N is calculated for the input values X and N, a logarithm logaX with base a is obtained by referring to a logarithmic table, and a logaX × N is obtained by a multiplier.
Is calculated, and log X of a is obtained by referring to the index table.
Calculating the N should alogaX × N = X N. Since the present invention does not perform loop calculation, high-speed calculation is possible. Also, by dividing the table into two tables, a logarithmic table and an exponent table, each table can have one input, and the capacity of the table can be reduced.

【0011】また、更にテーブルの容量を減らすため
に、前記対数算出部の入力値が前記対数テーブルの入力
値域に含まれない場合に該入力値に適当な整数Lに対し
L を乗算し、該乗算結果を前記対数テーブルの入力と
し対数テーブル参照後、該参照値にLを加算して前記対
数算出部の出力とし、前記指数算出部の入力値が前記指
数テーブルの入力値域に含まれない場合に該入力値から
適当な整数Mを減算し、該減算結果を前記指数テーブル
の入力とし指数テーブル参照後、該参照値に2-Mを乗算
して前記指数算出部の出力とする。これによって、前記
対数算出部,指数算出部の入力値が前記対数,指数テー
ブルの入力値域に含まれない場合もべき乗計算できる。
従って、前記対数,指数テーブルの入力値域を制限する
ことができ、テーブルの容量を減らすことができる。
Further, in order to further reduce the capacity of the table, when the input value of the logarithmic calculation unit is not included in the input value range of the logarithmic table, the input value is multiplied by 2 L to an appropriate integer L, The multiplication result is input to the logarithmic table, and after referring to the logarithmic table, L is added to the reference value to obtain an output of the logarithmic calculator, and the input value of the exponent calculator is not included in the input value range of the exponent table. In this case, an appropriate integer M is subtracted from the input value, the result of the subtraction is used as an input to the exponent table, and after referring to the exponent table, the reference value is multiplied by 2- M to obtain an output of the exponent calculating unit. Accordingly, even when the input values of the logarithmic calculation unit and the exponent calculation unit are not included in the input range of the logarithmic and exponent table, the exponentiation can be performed.
Accordingly, the input value range of the logarithmic and exponential table can be limited, and the capacity of the table can be reduced.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を図1〜図9
を用いて説明する。図8に本発明に基づくディジタルべ
き乗演算装置を用いた一実施例であるグラフィックス・
システムの構成を示す。本システムはアプリケーション
ソフト等を実行するCPU(1000),主メモリMM
(3000)等を制御するメモリ・コントローラMC
(2000),システムバスを制御するシステムバス・コ
ントローラ(4000),システムバス・コントローラ
から受け取ったデータを、座標変換等を行うジオメトリ
プロセッサ(5000)に送り、またジオメトリプロセ
ッサから帰ってきたデータに対しFI変換,パック,光
源計算等の処理を施すGPIF(0000),GPIF
(0000)から送られたデータを画素情報展開するレ
ンダリングプロセッサ(6000),レンダリングプロ
セッサ(6000)が生成した画素情報を記憶するフレ
ームメモリ(7000)、及びフレームメモリ(700
0)の内容を表示するCRT(8000)からなる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows an example of a graphics / power generation apparatus using a digital power operation device according to the present invention.
1 shows a system configuration. This system has a CPU (1000) for executing application software, etc., and a main memory MM.
Memory controller MC for controlling (3000) etc.
(2000), a system bus controller (4000) for controlling the system bus, and data received from the system bus controller are sent to a geometry processor (5000) for performing coordinate transformation and the like. GPIF (0000), GPIF that performs processing such as FI conversion, pack, and light source calculation
(0000), a rendering processor (6000) that develops pixel information into pixel information, a frame memory (7000) that stores pixel information generated by the rendering processor (6000), and a frame memory (700).
CRT (8000) for displaying the contents of 0).

【0013】次に、システム全体の動作について説明す
る。CPU(1000)はアップリケーションを実行
し、グラフィックス・コマンドと描画する図形の頂点座
標,法線ベクトル,テクスチャ・データ,材質の各反射
係数,光源の各反射光用の色等のデータを発行し、MC
(2000)とシステムバス・コントローラ(4000)
を介してGPIF(0000)に出力する。GPIF
(0000)はシステムバス・コントローラ(400
0)から送られた前記コマンドとデータをGPIF入力
手段(100)に保持する。
Next, the operation of the entire system will be described. The CPU (1000) executes the application and issues graphics commands and data such as vertex coordinates, normal vectors, texture data, reflection coefficients of materials, colors for each reflected light of the light source, etc. of the figure to be drawn. And MC
(2000) and system bus controller (4000)
And output it to GPIF (0000). GPIF
(0000) is the system bus controller (400
The command and data sent from (0) are held in the GPIF input means (100).

【0014】ジオメトリプロセッサ(5000)はGP
IF入力手段(100)に保持しているコマンドとデー
タを読み、前記コマンドとデータに従い座標変換等の幾
何計算を行い、頂点座標,法線ベクトル,テクスチャ・
データ等を算出してGPIF(0000)に送る。
The geometry processor (5000) is a GP
The command and data held in the IF input means (100) are read, and geometric calculations such as coordinate conversion are performed according to the command and data, and vertex coordinates, normal vectors, texture
Data and the like are calculated and sent to GPIF (0000).

【0015】GPIF(0000)はジオメトリプロセ
ッサ(5000)から送られたデータに対し、前記コマ
ンドとデータに従い必要ならばFI変換,パックを施
し、頂点毎の色を計算する光源計算を行い、連続三角形
描画コマンド,頂点座標,色,テクスチャ・データをレ
ンダリングプロセッサ(6000)に出力する。
The GPIF (0000) performs FI conversion and packing, if necessary, on the data sent from the geometry processor (5000) in accordance with the command and the data, performs light source calculation for calculating a color for each vertex, and performs a continuous triangle. The drawing command, vertex coordinates, color, and texture data are output to the rendering processor (6000).

【0016】レンダリングプロセッサ(6000)は前
記コマンドとデータから内挿補間により図形の内部の画
素を生成し、CRT(8000)に表示する内容をビッ
トマップ形式でフレームメモリ(7000)に書き込
み、画像をCRT(8000)に表示する。
A rendering processor (6000) generates pixels inside the figure by interpolation from the command and data, writes the contents to be displayed on a CRT (8000) in a bitmap format to a frame memory (7000), and Display on CRT (8000).

【0017】更に、GPIF(0000)の内部構成に
ついて詳細に説明する。
Further, the internal configuration of the GPIF (0000) will be described in detail.

【0018】GPIF(0000)は前記システムバス
・コントローラ(4000)から送られたコマンドとデ
ータを保持するバッファであるGPIF入力手段(10
0)と、前記コマンドとデータを読み幾何計算を行うジ
オメトリプロセッサ(5000)から送られたデータを保
持するバッファであるLBuf(200)と、前記コマ
ンドとデータをLBuf(200)からコマンド解釈手
段(600)及びFI変換手段(400)に出力するた
めのレジスタであるBufSW(300)と、前記コマ
ンドを解釈するコマンド解釈手段(600)と、前記コ
マンドに従い必要ならデータのFI変換を行うFI変換
手段(400)と、前記コマンドに従い必要なら前記F
I変換後のデータのパック処理を行うパック手段(50
0)と、前記FI変換,パック処理後の光源計算に必要
な光源データを保持する光源テーブル(700)と、光源
テーブル(700)の保持する光源データを基に光源計
算を行い色を算出する光源計算手段(000)と、ジオ
メトリプロセッサ(5000),パック手段(500)及
び光源計算手段(000)から送られたコマンドとデー
タの順序を制御する制御手段(800)と、前記コマン
ドとデータを保持するバッファであるCBuf(90
0)と、前記コマンドとデータをレンダリングプロセッ
サ(6000)に出力するためのレジスタであるBuf
FL(950)から構成される。
GPIF (0000) is a GPIF input means (10) which is a buffer for holding commands and data sent from the system bus controller (4000).
0), LBuf (200) which is a buffer for holding data sent from a geometry processor (5000) for reading the command and data and performing geometric calculation, and command interpreting means (LBuf (200) for converting the command and data from LBuf (200). BufSW (300), which is a register for outputting the data to the FI converter (400) and the FI converter (400), a command interpreter (600) for interpreting the command, and an FI converter for performing FI conversion of data according to the command if necessary. (400) and F if necessary according to the command.
Packing means (50) for performing packing processing of data after I conversion
0), a light source table (700) holding light source data necessary for the light source calculation after the FI conversion and the pack processing, and a light source calculation based on the light source data held in the light source table (700) to calculate a color. A light source calculation means (000); a control means (800) for controlling the order of commands and data sent from the geometry processor (5000), the packing means (500) and the light source calculation means (000); CBuf (90
0) and Buf which is a register for outputting the command and data to the rendering processor (6000).
FL (950).

【0019】前記光源テーブル(700)及び光源計算
手段(000)の詳細を図9に示す。
FIG. 9 shows details of the light source table (700) and the light source calculating means (000).

【0020】光源テーブル(700)には光源計算に必
要なパラメータが固定小数点数で保持されている。この
パラメータは光源に非依存なものと光源に依存して値の
変化するものとがある。光源テーブル(700)は光源
に非依存なパラメータの値をそれぞれ1個ずつ、光源に
依存して値の変化するパラメータの値をそれぞれ8個ず
つ(8光源分)保持している。もし、光源数が9個以上
ある場合は既に計算に使われた値から順に新たな光源の
値に一つずつ更新される。
The light source table (700) holds parameters required for light source calculation in fixed point numbers. This parameter includes a parameter independent of the light source and a parameter whose value changes depending on the light source. The light source table (700) holds one parameter value independent of the light source and eight parameter values (eight light sources) whose values change depending on the light source. If the number of light sources is nine or more, the values of the light sources are updated one by one from the values already used in the calculation.

【0021】光源に非依存なパラメータに対して、この
ような書き込み制御を行うために、8個の値のうち、現
在何番目の値を計算中であるかを示すリードポインタ,
RPNTレジスタが用意されており、RPNT以降の値はロ
ックされ、更新が延期される。
In order to perform such a write control on a parameter independent of the light source, a read pointer indicating which value is currently being calculated out of eight values,
An RPNT register is provided, the value after RPNT is locked and the update is postponed.

【0022】光源計算手段(000)は法線ベクトルとハ
ーフウェイベクトルの内積を計算するHN内積算出部
(010)と、該内積のSM乗を計算するべき乗算出部
(00)と、法線ベクトルと光源ベクトルの内積を計算
するLN内積算出部(020)と、べき乗算出部(0
0)とLN内積算出部(020)の出力を用いて各頂点
毎の色を算出する色算出部(030)から構成される。
A light source calculation means (000) calculates an inner product of an HN inner product which calculates an inner product of a normal vector and a halfway vector.
(010), a power calculator (00) for calculating the SM product of the inner product, an LN inner product calculator (020) for calculating the inner product of the normal vector and the light source vector, and a power calculator (0
0) and an output of the LN inner product calculation unit (020), and a color calculation unit (030) for calculating a color for each vertex.

【0023】HN内積算出部(010)は法線ベクトル
(Nx,Ny,Nz)とハーフウェイベクトル(Hx,
Hy,Hz)の内積を計算し結果13bit をべき乗算出
部(00)に出力する。
The HN inner product calculation unit (010) calculates a normal vector (Nx, Ny, Nz) and a halfway vector (Hx,
Hy, Hz) and outputs the 13 bits of the result to the exponentiation calculation unit (00).

【0024】べき乗算出部(00)はHN内積算出部
(010)の出力を材質の鏡面指数SM(1から128
までの整数)乗して結果8bit を色算出部(030)に
出力する。
The exponentiation calculation unit (00) outputs the output of the HN inner product calculation unit (010) to the mirror index SM (1 to 128) of the material.
And outputs the resulting 8 bits to the color calculation unit (030).

【0025】LN内積算出部(020)は法線ベクトル
(Nx,Ny,Nz)と光源ベクトル(Lx,Ly,L
z)の内積を計算し結果を色算出部(030)に出力す
る。色算出部(030)はRGBの3色をそれぞれ独立に
計算するため、同様のリソースを3セット有している。
例えばRについては、環境反射光のR成分LcaR,拡
散反射光のR成分LcdR,鏡面反射光のR成分Lcs
R,環境反射係数のR成分KaR,拡散反射係数のR成
分KdR,鏡面反射係数のR成分KsR,放射反射光と
全体の環境反射光のR成分の和KR,減衰係数とスポッ
ト光源効果の積AtSp,べき乗算出部(00)の出
力、及びLN内積算出部(020)の出力を入力とし、
頂点の色のR成分8bit を出力する。
The LN inner product calculation unit (020) calculates the normal vector (Nx, Ny, Nz) and the light source vector (Lx, Ly, L
z), and outputs the result to the color calculation unit (030). The color calculation unit (030) has three sets of similar resources for independently calculating three colors of RGB.
For example, for R, the R component LcaR of the environment reflection light, the R component LcdR of the diffuse reflection light, and the R component Lcs of the specular reflection light
R, R component of environmental reflection coefficient KaR, R component of diffuse reflection coefficient KdR, R component of specular reflection coefficient KsR, sum KR of radiation reflection light and R component of entire environment reflection light, product of attenuation coefficient and spot light source effect AtSp, the output of the exponentiation calculation unit (00) and the output of the LN inner product calculation unit (020) are input,
Outputs the 8 bit R component of the vertex color.

【0026】図1にべき乗算出部(00)の構成を示
す。説明の都合上、入力はX、及びNとし、出力はXN
とする。つまり、X、及びNは上述の説明に於けるHN
内積算出部(010)の出力、及び材質の鏡面指数SM
に対応する。Xは13bit の固定小数点数で範囲は0〜
1、Nは8bit の固定小数点数で範囲は0〜128、X
N は8bit の固定小数点数で範囲は0〜1である。
FIG. 1 shows the configuration of the power calculator (00). For convenience of explanation, the inputs are X and N, and the output is X N
And That is, X and N are HN in the above description.
Output of inner product calculating unit (010) and mirror index SM of material
Corresponding to X is a 13-bit fixed-point number in the range 0 to
1, N is an 8-bit fixed point number in the range 0 to 128, X
N is an 8-bit fixed-point number in the range of 0 to 1.

【0027】この回路は入力Xに対する対数関数の値を
15bit の固定小数点数で算出する対数算出部(1
0),該対数算出部(10)の出力とNを乗算し、10
bit の固定小数点数を出力する乗算器(20),該乗算
器(20)の出力に対する指数関数の値を8bit の固定
小数点数で算出する指数算出部(30)からなる。
This circuit calculates a logarithmic function value for an input X as a fixed-point number of 15 bits using a logarithmic calculation unit (1).
0), the output of the logarithmic calculation unit (10) is multiplied by N, and
A multiplier (20) for outputting a fixed-point number of bits, and an exponent calculating unit (30) for calculating the value of an exponential function for the output of the multiplier (20) using an 8-bit fixed-point number.

【0028】ここで、対数算出部(10)及び指数算出
部(30)をそのままテーブルにしてしまうと、対数テ
ーブルは入力レンジが0〜1で13bit 、出力レンジが
0〜8(厳密には8は含まない)で15bit 、指数テー
ブルは入力レンジが0〜8(厳密には8は含まない)で
10bit 、出力レンジが0〜1で8bit となり、メモリ
容量換算でそれぞれ、122,880bit ,8,192bi
t と膨大な容量になってしまう。
If the logarithmic calculation unit (10) and the exponent calculation unit (30) are directly used as tables, the logarithmic table has an input range of 0 to 1 and 13 bits, and an output range of 0 to 8 (strictly 8 Is not included), the exponent table is 10 bits when the input range is 0 to 8 (strictly, 8 is not included), and the output range is 8 bits when the output range is 0 to 1, which are 122, 880 bits, 8, and 8 respectively in terms of memory capacity. 192bi
t and huge capacity.

【0029】しかし、対数及び指数のテーブルを縮退、
つまり入出力レンジを制限し、対数算出部(10)及び
指数算出部(30)を以下のように構成することによ
り、それぞれのテーブルの容量の大幅な低減(メモリ容
量換算で24,576bit,768bit )と、縮退以前と同
様の精度での計算が可能となる。
However, the log and exponent tables are degenerated,
That is, by limiting the input / output range and configuring the logarithmic calculation unit (10) and the exponent calculation unit (30) as described below, the capacity of each table is significantly reduced (24,576 bits, 768 bits in terms of memory capacity). ), And can be calculated with the same accuracy as before the degeneration.

【0030】即ち、該対数算出部(10)は入力値を縮
退した対数テーブル(12)の入力レンジに入るまでK
ビット左シフト(2K を乗算)し、3bit のシフト量K
と11bit のシフト結果を出力する対数シフト部(1
1)と、該シフト結果に対する対数関数の値を12bit
の固定小数点数として出力する縮退した対数テーブル
(12)と、該対数テーブル(12)の出力にKを加算
して、15bit の固定小数点数を出力する対数加算部
(13)からなる。
That is, the logarithmic calculation unit (10) keeps K until the input value falls within the input range of the logarithmic table (12).
And bit left shift (multiply 2 K), the shift amount of 3bit K
And a logarithmic shift unit (1) that outputs a shift result of 11 bits
1) and the value of the logarithmic function for the shift result is 12 bits
And a logarithmic addition unit (13) for adding K to the output of the logarithmic table (12) and outputting a 15-bit fixed-point number.

【0031】また、指数算出部(30)は、入力値から
縮退した指数テーブル(32)の入力レンジに入るまで
Mを減じ、3bit の減算量と7bit の減算結果を出力す
る指数減算部(31)と、該減算結果に対する指数関数
の値を6bit の固定小数点数として出力する縮退した指
数テーブル(32)と、該指数テーブル(32)の出力を
Mビット右シフトする指数シフト部(33)から構成さ
れる。
The exponent calculating section (30) subtracts M from the input value until the input range of the degenerated exponent table (32) is entered, and outputs a 3-bit subtraction amount and a 7-bit subtraction result. ), A reduced exponent table (32) for outputting the value of the exponential function for the subtraction result as a 6-bit fixed-point number, and an exponential shift unit (33) for shifting the output of the exponent table (32) right by M bits. Be composed.

【0032】図2を使って前記対数算出部(10)が入
力Pxに対して出力Pyを算出する際(この操作を白貫
矢印で表している)の動作を示す。図2のグラフは底を
-1=0.5 とする定義域0〜1(厳密には0は含まな
い)、値域0〜8(厳密には8は含まない)の対数関数
の一部を表わしたものである。ここで、定義域とは入力
値xの変域を意味し、値域とはxの変動に伴う出力値y
の変域を意味する。
The operation when the logarithmic calculation unit (10) calculates the output Py with respect to the input Px (this operation is indicated by a white arrow) will be described with reference to FIG. The graph of FIG. 2 is a part of a logarithmic function in a domain 0 to 1 (strictly does not include 0) and a range of 0 to 8 (strictly does not include 8) where the base is 2 −1 = 0.5. Is expressed. Here, the domain means the domain of the input value x, and the value domain is the output value y accompanying the variation of x.
Means the domain.

【0033】領域0は定義域0.5〜1(厳密には0.5
は含まない)、値域0〜1(厳密には1は含まない)の
部分である。対数テーブル(12)はこの範囲の対数関
数を保持している。つまり、グラフ全体の定義域が0〜
1であるのに対して、対数テーブル(12)が保持して
いる範囲の定義域は0.5〜1 と1/2に、またグラフ
全体の値域が0〜8であるのに対して、対数テーブル
(12)が保持している範囲の値域は0〜1と1/8に
縮対している。
The area 0 is a domain 0.5 to 1 (strictly speaking, 0.5
Is not included), and the range of 0 to 1 (strictly does not include 1). The logarithmic table (12) holds logarithmic functions in this range. In other words, the domain of the entire graph is 0 to
In contrast to 1, the domain of the range held by the logarithmic table (12) is 0.5 to 1 and 1/2, and the range of the entire graph is 0 to 8, The range of values held by the logarithmic table (12) is reduced to 0 to 1 and 1/8.

【0034】領域1は定義域0.25〜0.5(厳密には
0.25 は含まない)、値域1〜2(厳密には2は含ま
ない)の部分であり、対数関数の性質より領域1は領域
0に対しxを2-1倍し、yに1を加えたものである。一
般的に領域K(Kは0から7までの整数)は定義域2
-K-1〜2-K(厳密には2-K-1は含まない)、値域K〜K
+1(厳密にはK+1は含まない)の部分であり、対数
関数の性質より領域Kは領域0に対しxを2-K倍し、y
にKを加えたものである。対数シフト部(11)はPx
がどの領域Kの定義域に含まれているかによって、Px
を2K 倍(K左シフト)し、領域0の定義域までシフト
する。簡単のためPxは領域1の定義域に含まれている
ものとし、Pxを21 倍(1シフト)した結果をQxと
する(この操作を矢印(1)で表している)。Qxは対
数テーブル(12)の入力値域に含まれているので、対
数テーブル(12)を参照してQyを得る(この操作を
矢印(2)で表している)。最後に対数加算部(13)
はQyにシフト量の1を足してPyを算出する(この操
作を矢印(3)で表している)。
The area 1 is a part of a domain 0.25 to 0.5 (strictly not including 0.25) and a range of 1 to 2 (strictly not including 2). The area 1 is obtained by multiplying the area 0 by x by 2 -1 and adding 1 to y. Generally, the domain K (K is an integer from 0 to 7) is defined as domain 2
-K-1 to 2 -K (strictly 2 -K-1 is not included), range K to K
+1 (strictly does not include K + 1). Due to the nature of the logarithmic function, region K multiplies x by 2 −K with respect to region 0, and y
To which K is added. Logarithmic shift part (11) is Px
Depends on which domain K is included in the domain,
Is shifted 2 K times (K left shift) to shift to the domain 0 domain. Px for simplicity is assumed to be included in the domain region 1, and Qx 2 1 times (1 shift) result of Px (represents this operation by an arrow (1)). Since Qx is included in the input value range of the logarithmic table (12), Qy is obtained by referring to the logarithmic table (12) (this operation is represented by an arrow (2)). Finally, the logarithmic addition unit (13)
Calculates Py by adding 1 of the shift amount to Qy (this operation is indicated by an arrow (3)).

【0035】図3を使って対数シフト部(11)の動作
を示す。対数シフト部(11)は領域Kの定義域内の入
力値が領域0の定義域に入るまで左シフトさせ、そのと
きのシフト量とシフト結果を出力する。
The operation of the logarithmic shift unit (11) will be described with reference to FIG. The logarithmic shift unit (11) shifts the input value in the domain of the area K to the left until it enters the domain of the area 0, and outputs the shift amount and the shift result at that time.

【0036】例えば、領域2の定義域は2-3〜2-2で1
3bit の固定小数点数で表わすと0.001000000001〜0.01
0000000000であるが、この定義域にある値0.0010100111
01を領域0の定義域0.100000000001〜1.000000000000ま
で左シフトさせる場合のシフト量は、この値0.00101001
1101から0.000000000001を引いた0.001010011100の最上
位にある1が上位から2桁目に来るまで左シフトさせた
際のシフト量と一致する。この場合シフト量は2であ
る。ここで、0.000000000001を引くのは0.010000000000
のように領域内の最大値も例外なく扱うためである。こ
のような場合は0.000000000001を引かずに最上位にある
1が上位から2桁目に来るまでシフトさせると0.100000
000000となり領域0の定義域に含まれなくなる。
For example, the domain of the area 2 is 2 −3 to 2 −2 and 1
When expressed as a 3-bit fixed-point number, 0.001000000001 to 0.01
0000000000, but the value in this domain is 0.0010100111
The shift amount when shifting 01 to the left to the definition area of area 0 from 0.100000000001 to 1.000000000000 is this value 0.00101001
The uppermost 1 of 0.001010011100, which is obtained by subtracting 0.000000000001 from 1101, coincides with the shift amount when left-shifted until the second digit from the high order comes to the second digit. In this case, the shift amount is 2. Where 0.000000000001 is subtracted from 0.010000000000
This is because the maximum value in the area is handled without exception as in In such a case, without subtracting 0.000000000001 and shifting until the top 1 comes to the second digit from the top, 0.100000
It becomes 000000 and is not included in the domain 0.

【0037】また、領域0の定義域は0.5〜1(厳密
には0.5は含まない)13bit であるが、0.5即ち1
3bit の固定小数点数0.100000000001を引いて定義域
を0〜0.5(厳密には0.5は含まない)としておくこ
とで上位2bit は必ず00となる。このことを利用し
て、前記対数テーブル(12)の入力を13bit から、
必ず00となる上位2bit を取り去り下位の11bit と
することで、入力ビット数を2bit 節約できる。従っ
て、シフト結果から13bit の固定小数点数0.10000000
0001を引いて上位2bit を取り去った11bit の値を対
数テーブル(12)への出力とする。
The domain of the area 0 is 13 bits from 0.5 to 1 (strictly, not including 0.5).
By subtracting the 3-bit fixed-point number 0.100000000001 and setting the domain to be 0 to 0.5 (strictly excluding 0.5), the upper 2 bits always become 00. Taking advantage of this, the input of the logarithmic table (12) is converted from 13 bits into
By removing the upper 2 bits that are always 00 and setting the lower 11 bits, the number of input bits can be reduced by 2 bits. Therefore, from the shift result, a 13-bit fixed-point number 0.10000000
The value of 11 bits obtained by subtracting 0001 and removing the upper 2 bits is output to the logarithmic table (12).

【0038】但し、シフト量は最大でも7とする。その
理由は7bit 左シフトしても領域0の定義域に含まれな
い値は2-8より小さく、8bit 精度のべき乗結果には現
われてこないためである。このような場合、13bit の
固定小数点数0.100000000001を引くと0未満になるた
め、0クランプして出力値は0.000000000000とする。
However, the shift amount is 7 at the maximum. The reason is that even if the value is shifted to the left by 7 bits, the value that is not included in the domain of the area 0 is smaller than 2 −8 and does not appear in the power result of 8-bit precision. In such a case, since subtracting the fixed-point number 0.100000000001 of 13 bits results in a value smaller than 0, the output value is clamped to 0 and the output value is set to 0.000000000000.

【0039】(a)の場合、入力値は0.001001110100で
0.000000000001を引いた値は0.001001110011である。こ
の値の最上位にある1は2bit 左シフトすれば上位から
2桁目に来るので、シフト量は2である。従って、入力
値0.001001110100を2bit 左シフトした0.100111010000
がシフト結果となる。出力値はシフト結果0.1001110100
00から0.100000000001を引いた0.000111001111である。
In the case of (a), the input value is 0.001001110100
The value obtained by subtracting 0.000000000001 is 0.001001110011. If the most significant 1 of this value is shifted left by 2 bits, it comes to the second digit from the most significant, so the shift amount is 2. Therefore, input value 0.001001110100 is shifted left by 2 bits.
Is the shift result. The output value is the shift result 0.1001110100
It is 0.000111001111 which is obtained by subtracting 0.100000000001 from 00.

【0040】(b)の場合、入力値は0.000000100000で
0.000000000001を引いた値は0.000000011111である。こ
の値の最上位にある1は7ビット左シフトすれば上位か
ら2桁目に来るので、シフト量は7である。従って、入
力値0.000000100000を7ビット左シフトした1.00000000
0000がシフト結果となる。出力値はシフト結果1.000000
000000から0.100000000001を引いた0.011111111111であ
る。
In the case of (b), the input value is 0.000000100000
The value obtained by subtracting 0.000000000001 is 0.000000011111. Since the most significant 1 of this value is shifted to the second digit from the most significant bit by shifting 7 bits to the left, the shift amount is 7. Therefore, the input value 0.000000100000 is shifted to the left by 7 bits to 1.00000000.
0000 is the shift result. The output value is the shift result 1.000000
It is 0.011111111111 obtained by subtracting 0.100000000001 from 000000.

【0041】(c)の場合、入力値は0.000000000101で
0.000000000001を引いた値は0.000000000100である。こ
の値の最上位にある1は7ビット左シフトしても上位か
ら2桁目に来ることはないので、シフト量は最大の7で
ある。従って、入力値0.000000000101を7ビット左シフ
トした0.001010000000がシフト結果となる。シフト結果
1.000000000000から0.100000000001を引くと0未満とな
るので0クランプして出力値は0.000000000000となる。
In the case of (c), the input value is 0.000000000101.
The value obtained by subtracting 0.000000000001 is 0.000000000100. Since the most significant 1 of this value does not come to the second digit from the most significant bit even if it is shifted 7 bits to the left, the shift amount is 7 at the maximum. Therefore, 0.001010000000 obtained by shifting the input value 0.000000000101 to the left by 7 bits is the shift result. Shift result
If 0.100000000001 is subtracted from 1.000000000000, it will be less than 0. Therefore, 0 is clamped and the output value becomes 0.000000000000.

【0042】上述のように動作する対数シフト部(1
1)の回路図を図4に示す。
The logarithmic shift unit (1) operating as described above
FIG. 4 shows a circuit diagram of 1).

【0043】対数シフト部(11)は上述のように入力
値から13bit の固定小数点数0.000000000001を引いた
値を用いてシフト量を決定するため入力直後にこの引き
算を行う。図4の最上段には該引き算結果の上位8bit
と入力値を並べている。シフトに関する論理は大きく3
段に分かれている。まず、1段目ではNOR1が該引き
算結果の上位8bit のうち、上位5bit のNORをとり
この値の0,1に応じて該引き算結果の上位8bit 及び
入力値を4bit 左シフトするか否かを決定する。
As described above, the logarithmic shift unit (11) performs this subtraction immediately after the input to determine the shift amount using the value obtained by subtracting the fixed value of 13 bits 0.000000000001 from the input value. At the top of FIG. 4, the upper 8 bits of the subtraction result
And input values are listed. Logic about shift is 3
It is divided into columns. First, in the first stage, NOR1 takes the NOR of the upper 5 bits out of the upper 8 bits of the subtraction result, and determines whether the upper 8 bits of the subtraction result and the input value are shifted left by 4 bits in accordance with 0 and 1 of this value. decide.

【0044】もしNOR1の出力が1であれば、該引き
算結果の上位5bit が全て0であり、4bit 左シフトす
る余地があることを意味しているため、該引き算結果の
上位8bit 及び入力値を4bit 左シフトする。また、シ
フト量の最上位を1とする。これは4bit 左シフトした
ことを示す。
If the output of NOR1 is 1, it means that the upper 5 bits of the subtraction result are all 0 and there is room for left shift by 4 bits, so that the upper 8 bits of the subtraction result and the input value are Shift left by 4 bits. In addition, the highest order of the shift amount is set to 1. This indicates that the data has been shifted left by 4 bits.

【0045】もし、NOR1の出力が0であれば該引き
算結果の上位5bit の中に1が含まれていて、4bit 左
シフトはできないことを意味しているため、該引き算結
果の上位8bit 及び入力値は左シフトしない。また、シ
フト量の最上位を0とする。これは4bit は左シフトで
きなかったことを示す。
If the output of NOR1 is 0, 1 is included in the upper 5 bits of the subtraction result, which means that the left shift cannot be performed by 4 bits. The value does not shift left. Also, the highest order of the shift amount is set to 0. This indicates that 4 bits could not be shifted left.

【0046】次に、2段目ではNOR2が該引き算結果
の1段目におけるシフト結果の上位3bit のNORをと
り、この値の0,1に応じて該引き算結果及び入力値の
1段目におけるシフト結果を更に2bit 左シフトするか
否かを決定する。
Next, in the second stage, NOR2 takes the NOR of the upper 3 bits of the shift result in the first stage of the subtraction result, and according to 0 and 1 of this value, NOR2 takes the result of the subtraction and the input value in the first stage. It is determined whether the shift result is further shifted left by 2 bits.

【0047】もしNOR2の出力が1であれば、該引き
算結果の1段目におけるシフト結果の上位3bit が全て
0であり、2bit 左シフトする余地があることを意味し
ているため、該引き算結果及び入力値の1段目における
シフト結果を2bit 左シフトする。また、シフト量の第
2桁目を1とする。これは2bit 左シフトしたことを示
す。
If the output of NOR2 is 1, this means that the upper 3 bits of the shift result in the first stage of the subtraction result are all 0 and that there is room to shift left by 2 bits. And the result of shifting the input value in the first stage is shifted left by 2 bits. Also, the second digit of the shift amount is 1. This indicates that the data has been shifted left by 2 bits.

【0048】もしNOR2の出力が0であれば、該引き
算結果の1段目におけるシフト結果の上位3bit の中に
1が含まれていて、2bit 左シフトはできないことを意
味しているため、該引き算結果及び入力値の1段目にお
けるシフト結果は左シフトしない。また、シフト量の第
2桁目を0とする。これは2bit 左シフトできなかった
ことを示す。
If the output of NOR2 is 0, it means that 1 is included in the upper 3 bits of the shift result in the first stage of the subtraction result, and 2 bits left shift cannot be performed. The result of subtraction and the result of shifting the input value in the first stage are not shifted left. Also, the second digit of the shift amount is set to 0. This indicates that 2 bits could not be shifted left.

【0049】次に、3段目ではNOR3が該引き算結果
の2段目におけるシフト結果の上位2bit のNORをと
り、この値の0,1に応じて該引き算結果及び入力値の
2段目におけるシフト結果を更に1bit 左シフトするか
否かを決定する。
Next, in the third stage, NOR3 takes NOR of the upper 2 bits of the shift result in the second stage of the subtraction result, and according to 0 and 1 of this value, NOR3 takes the result of the subtraction and the input value in the second stage. It is determined whether or not the shift result is further shifted left by one bit.

【0050】もしNOR3の出力が1であれば、該引き
算結果の2段目におけるシフト結果の上位2bit が全て
0であり、1bit 左シフトする余地があることを意味し
ているため、該引き算結果及び入力値の2段目における
シフト結果を1bit 左シフトする。また、シフト量の最
下位を1とする。これは1bit 左シフトしたことを示
す。
If the output of NOR3 is 1, it means that the upper 2 bits of the shift result in the second stage of the subtraction result are all 0 and there is room to shift left by 1 bit. And the result of shifting the input value in the second stage is shifted left by 1 bit. Also, the lowest order of the shift amount is 1. This indicates that the data has been shifted left by 1 bit.

【0051】もしNOR3の出力が0であれば、該引き
算結果の2段目におけるシフト結果の上位2bit の中に
1が含まれていて、1bit 左シフトはできないことを意
味しているため、該引き算結果及び入力値の2段目にお
けるシフト結果は左シフトしない。また、シフト量の最
下位を0とする。これは1bit 左シフトできなかったこ
とを示す。
If the output of NOR3 is 0, it means that the upper 2 bits of the shift result in the second stage of the subtraction result contain 1 and cannot shift left by 1 bit. The result of subtraction and the result of shifting the input value in the second stage are not shifted left. The lowest order of the shift amount is set to 0. This indicates that 1 bit left shift could not be performed.

【0052】この段階でシフト量3bit は決定される
が、対数テーブルへの出力値は入力値の3段目における
シフト結果から13bit の固定小数点数0.100000000001
を引き算し更に0クランプした値となる。
At this stage, the shift amount of 3 bits is determined, but the output value to the logarithmic table is a 13-bit fixed-point number 0.100000000001 based on the shift result of the input value at the third stage.
Is subtracted and further clamped to 0.

【0053】次に対数テーブル(12)について説明す
る。対数テーブル(12)の入力は上述のように入力値
域0〜0.5(厳密には0.5は含まない)の11bit の
固定小数点数である。また、対数テーブル(12)の出
力は入力値に13bit の固定小数点数0.100000000001を
足した値に於ける対数関数の値を12bit の固定小数点
数で表わしたものであり、出力値域は0〜1(厳密には
1は含まない)である。
Next, the logarithmic table (12) will be described. As described above, the input of the logarithmic table (12) is an 11-bit fixed-point number in the input value range 0 to 0.5 (strictly excluding 0.5). The output of the logarithmic table (12) is a value obtained by adding a 13-bit fixed-point number 0.100000000001 to the input value and expressing the value of the logarithmic function as a 12-bit fixed-point number. The output value range is 0 to 1 ( Strictly, 1 is not included).

【0054】対数テーブル(12)はRAMやROMで
作り、入力値をアドレスに変換して参照するように構成
することもできるが、ここでは、出力論理値を入力論理
値の論理式で表現して論理式に対応する回路で対数テー
ブル(12)を構成する。
The logarithmic table (12) can be made up of a RAM or a ROM so that the input value is converted into an address and referred to. However, here, the output logical value is expressed by the logical expression of the input logical value. Thus, a logarithmic table (12) is constituted by circuits corresponding to the logical expressions.

【0055】対数テーブル(12)の入力の各bit をa
0,a1,…,a10とし、対数テーブル(12)の出
力の各bit をb0,b1,…,b11とすると、各b
0,b1,…,b11はa0,a1,…,a10の積和
の論理式で表わすことができる。更に、この積和の各項
を主項とする方法として、クイーンの方法や、コンセン
サス法が著名である。クイーンの方法や、コンセンサス
法については丸善株式会社が昭和57年6月30日に発
行した後藤 宗弘 著、電気・電子学生のための計算機
工学p40〜45に示されている。
Let each bit of the input of the logarithmic table (12) be a
.., A10 and each bit of the output of the logarithmic table (12) is b0, b1,.
, B11 can be represented by a logical expression of the sum of products of a0, a1, ..., a10. Furthermore, the Queen's method and the consensus method are well known as methods using each term of the sum of products as the main term. The Queen's method and the consensus method are described in Munehiro Goto, published by Maruzen Co., Ltd. on June 30, 1982, in Computer Engineering for Electrical and Electronic Students, pp. 40-45.

【0056】このような方法で生成された論理式に対応
する回路で対数テーブル(12)を構成することができ
る。
The logarithmic table (12) can be constituted by a circuit corresponding to the logical expression generated by such a method.

【0057】実際に論理合成してみた結果、0.35μ
m のCMOSで約4kゲートを要した。
As a result of actual logical synthesis, 0.35 μm was obtained.
Approximately 4k gates were required for CMOS of m 2.

【0058】最後に対数加算部(13)について説明す
る。対数加算部(13)の入力は対数シフト部(11)
で算出したシフト量と対数テーブル(12)の出力であ
る。対数加算部(13)は対数テーブル(12)の出力
値に該シフト量を加算して出力する。
Finally, the logarithmic adder (13) will be described. The input of the logarithmic addition unit (13) is a logarithmic shift unit (11)
And the output of the logarithmic table (12). The logarithmic addition unit (13) adds the shift amount to the output value of the logarithmic table (12) and outputs the result.

【0059】テーブルの出力値域は0〜1(厳密には1
は含まない)であり、シフト量は整数であるから、対数
加算部(13)の出力はテーブルの出力値12bit の上
位にシフト量の3bit を付け足した15bitの固定小数
点数である。
The output value range of the table is 0 to 1 (strictly 1
Is not included), and the shift amount is an integer. Therefore, the output of the logarithmic addition unit (13) is a fixed-point number of 15 bits obtained by adding 3 bits of the shift amount to the higher order of 12 bits of the output value of the table.

【0060】次に前記乗算器(20)について説明す
る。該乗算器(20)の入力は前記対数算出部(10)
の出力と、Nである。
Next, the multiplier (20) will be described. The input of the multiplier (20) is the logarithmic calculator (10)
And N.

【0061】該乗算器(20)は前記対数算出部(1
0)の出力15bitとN8bitを乗算して出力値域は0〜
8(厳密には8は含まない)の10bit の固定小数点数
として出力する。
The multiplier (20) is connected to the logarithmic calculation unit (1).
0) is multiplied by 15 bits of output and N8 bits, and the output value range is 0 to
It is output as a 10-bit fixed-point number of 8 (strictly 8 is not included).

【0062】但し、乗算の結果が8以上になった場合は
最大出力値にクランプする。その理由は、2-1の8以上
のべきは2-8より小さく、8bit 精度のべき乗結果には
現われてこないためである。
However, when the result of the multiplication becomes 8 or more, the output is clamped to the maximum output value. The reason is that a power of 2 -1 of 8 or more is smaller than 2 -8 and does not appear in a power result of 8 bit precision.

【0063】図5を使って前記指数算出部(30)が入
力Pxに対して出力Pyを算出する際(この操作を白貫
矢印で表している)の動作を示す。図5のグラフは底を
-1=0.5 とする定義域0〜8(厳密には8は含まな
い)、値域0〜1(厳密には0は含まない)の指数関数
の一部を表わしたものである。領域0は定義域0〜1
(厳密には1は含まない)、値域0.5〜1(厳密には
0.5は含まない)の部分であり、指数テーブル(3
2)はこの範囲の指数関数を保持している。つまり、グ
ラフ全体の定義域が0〜8であるのに対して、指数テー
ブル(32)が保持している範囲の定義域は0〜1と1
/8に、またグラフ全体の値域が0〜1であるのに対し
て、指数テーブル(32)が保持している範囲の値域は
0.5〜1 と1/2に縮退している。
FIG. 5 shows the operation when the index calculating section (30) calculates the output Py with respect to the input Px (this operation is indicated by a white arrow). The graph of FIG. 5 shows a part of the exponential function in the domain 0 to 8 (strictly does not include 8) and the range of 0 to 1 (strictly does not include 0) where the base is 2 −1 = 0.5. Is expressed. Area 0 is domain 0-1
(Strictly, 1 is not included), a range of 0.5 to 1 (strictly does not include 0.5), and an exponent table (3
2) holds an exponential function in this range. That is, the domain of the entire graph is 0 to 8, whereas the domain of the range held by the exponent table (32) is 0 to 1 and 1
/ 8, and the value range of the entire graph is 0 to 1, whereas the value range of the range held by the exponent table (32) is reduced to 0.5 to 1/2.

【0064】領域1は定義域1〜2(厳密には2は含ま
ない)、値域0.25〜0.5(厳密には0.25 は含ま
ない)の部分であり、指数関数の性質より領域1は領域
0に対しxに1を加え、yを2-1倍したものである。
The area 1 is a part of a domain 1 to 2 (strictly not including 2) and a range of 0.25 to 0.5 (strictly not including 0.25). regions 1 to 1 x added to area 0 is obtained by 2 -1 times y.

【0065】一般的に領域M(Mは0から7までの整
数)は定義域M〜M+1(厳密にはM+1は含まな
い)、値域2-M-1〜2-M(厳密には2-M-1は含まない)
の部分であり、指数関数の性質より領域Mは領域0に対
しxにMを加え、yを2-M倍したものである。
[0065] Generally, the area M (M is an integer from 0 to 7) is domain m to m + 1 (strictly speaking M + 1 is not included), range 2 -M-1 ~2 -M (strictly 2 - (Excluding M-1 )
The area M is obtained by adding M to x and multiplying y by 2 −M with respect to the area 0 due to the nature of the exponential function.

【0066】指数減算部(31)はPxがどの領域Mの
定義域に含まれているかによって、PxからMを減算
し、領域0の定義域までスライドする。簡単のためPx
は領域1の定義域に含まれているものとし、Pxから1
減算した結果をQxとする(この操作を矢印(1)で表
している)。Qxは指数テーブル(32)の入力値域に
含まれているので、指数テーブル(32)を参照してQ
yを得る(この操作を矢印(2)で表している)。最後
に指数シフト部(33)はQyに減算量の1だけ右シフ
ト(2-1を乗算)してPyを算出する(この操作を矢印
(3)で表している)。
The exponent subtraction unit (31) subtracts M from Px and slides to the domain 0 according to the domain of domain M in which Px is included. Px for simplicity
Is assumed to be included in the domain of area 1, and 1 from Px
The result of the subtraction is defined as Qx (this operation is indicated by an arrow (1)). Since Qx is included in the input value range of the exponent table (32), Qx is referred to by referring to the exponent table (32).
y is obtained (this operation is represented by arrow (2)). Finally, the exponent shift unit (33) calculates Py by right-shifting (multiplying by 2 -1 ) the Qy by a subtraction amount of 1 (this operation is represented by an arrow (3)).

【0067】指数減算部の説明をする。指数減算部(3
1)の入力は入力値域0〜8(厳密には8は含まない)
の10bit の固定小数点数である。上述のように、指数
減算部(31)はその入力値がどの領域Mの定義域に含
まれているかによって、PxからMを減算し、領域0の
定義域までスライドするが、Mは入力値の上位3bitで
あり、入力値からMを引いた値は入力値の下位7bit で
ある。
The exponent subtraction unit will be described. Exponential subtraction unit (3
Input of 1) is an input value range of 0 to 8 (strictly 8 is not included)
Is a 10-bit fixed-point number. As described above, the exponent subtraction unit (31) subtracts M from Px and slides to the domain 0 in accordance with the domain of the area M in which the input value is included. , And the value obtained by subtracting M from the input value is the lower 7 bits of the input value.

【0068】次に指数テーブル(32)について説明す
る。指数テーブル(32)の入力は指数減算部(31)
の出力であり、入力値域0〜1(厳密には1は含まな
い)の7bit の固定小数点数である。また、領域0の値
域は0.5〜1(厳密には0.5は含まない)であるが、
y方向に−0.5平行移動して値域0〜0.5(厳密には
0.5 は含まない)とすることで、指数テーブル(3
2)の出力の上位2bit が00となり、出力bit 数を2
bit 減らすことが出来る。
Next, the index table (32) will be described. The input of the exponent table (32) is an exponent subtraction unit (31)
And is a 7-bit fixed-point number in the input value range 0 to 1 (strictly not including 1). Also, the value range of the area 0 is 0.5 to 1 (strictly excluding 0.5),
By performing a -0.5 parallel movement in the y direction to obtain a value range of 0 to 0.5 (strictly excluding 0.5), the exponent table (3
The upper 2 bits of the output of 2) are 00, and the number of output bits is 2
bit can be reduced.

【0069】従って、指数テーブル(32)の出力は入
力値に於ける指数関数の値を8bitの固定小数点数で表
わしたものから0.5即ち8bitの固定小数点数0.100000
1 を引いた6bitの固定小数点数とし、このとき出力レ
ンジは0〜0.5(厳密には0.5は含まない)である。
Therefore, the output of the exponent table (32) is obtained by converting the value of the exponential function in the input value into an 8-bit fixed-point number of 0.5, that is, an 8-bit fixed-point number of 0.100000.
A 6-bit fixed point number is obtained by subtracting 1, and the output range is 0 to 0.5 (strictly, 0.5 is not included).

【0070】指数テーブル(32)も前記対数テーブル
(12)と同様、RAMやROMで作り、入力値をアド
レスに変換して参照するように構成することもできる
が、ここでは、出力論理値を入力論理値の論理式で表現
して論理式に対応する回路で指数テーブル(32)を構
成する。実際に論理合成してみた結果、0.35μm の
CMOSで約1kゲートを要した。
Similarly to the logarithmic table (12), the exponent table (32) can be made of a RAM or a ROM so that the input value is converted into an address and referred to. The exponent table (32) is constituted by a circuit which is expressed by a logical expression of the input logical value and corresponds to the logical expression. As a result of actually performing logical synthesis, about 1 k gate was required for 0.35 μm CMOS.

【0071】最後に図6を使って指数シフト部(33)
の動作を説明する。指数シフト部(33)の入力は減算
部の出力である減算数と指数テーブル(32)の出力で
ある。上述したように、指数テーブル(32)の出力は
入力値に於ける指数関数の値を8bit の固定小数点数で
表わしたものから0.5 即ち8bit の固定小数点数0.10
00001を引いた6bitの固定小数点数であるから、指数シ
フト部(33)は逆に指数テーブル(32)の出力に
0.5即ち8bitの固定小数点数0.1000001 を足して、値
域を0.5〜1(厳密には0.5は含まない)に戻す必要
がある。次にその値を減算量だけ右シフトして出力す
る。
Finally, using FIG. 6, the exponent shift unit (33)
Will be described. The inputs of the exponent shift unit (33) are the subtraction number output from the subtraction unit and the output of the exponent table (32). As described above, the output of the exponent table (32) is obtained by converting the value of the exponential function in the input value into an 8-bit fixed-point number of 0.5, that is, an 8-bit fixed-point number of 0.10.
Since it is a 6-bit fixed-point number obtained by subtracting 00001, the exponent shift unit (33) conversely adds 0.5, that is, an 8-bit fixed-point number 0.1000001 to the output of the exponent table (32), and sets the value range to 0.5 to 0.5. It is necessary to return to 1 (strictly 0.5 is not included). Next, the value is right-shifted by the subtraction amount and output.

【0072】(a)の場合、指数テーブル(32)の出
力0.01011 に8bit の固定小数点数0.1000001を足し
て、減算量2だけ右シフトすると、出力値0.0010011を
得る。但し、右シフトで上位bit が空いたところには0
が入る。
In the case of (a), an output value of 0.0010011 is obtained by adding an 8-bit fixed-point number 0.1000001 to the output 0.01011 of the exponent table (32) and right-shifting by the subtraction amount 2. However, where the upper bits are vacated by right shift, 0
Enters.

【0073】(b)の場合、指数テーブル(32)の出
力1.01101 に8bit の固定小数点数0.1000001を足し
て、減算量5だけ右シフトすると、出力値0.0000011を
得る。
In the case of (b), an output value of 0.0000011 is obtained by adding an 8-bit fixed-point number 0.1000001 to the output 1.01101 of the exponent table (32) and right-shifting by a subtraction amount of 5 to obtain 0.0000011.

【0074】上述のように動作する指数シフト部(3
3)の回路図を図7に示す。指数シフト部の入力は指数
減算部からの出力である減算量3bit と指数テーブル
(32)からの出力6bit である。指数テーブル(3
2)からの出力に対しては入力直後に8bitの固定小数
点数0.1000001を足し算しておく。該足し算結果は8bit
の固定小数点数である。
The exponential shift unit (3
FIG. 7 shows a circuit diagram of 3). The input of the exponent shift unit is a subtraction amount 3 bits output from the exponent subtraction unit and 6 bits output from the exponent table (32). Index table (3
For the output from 2), an 8-bit fixed-point number 0.1000001 is added immediately after the input. The addition result is 8bit
Is a fixed-point number.

【0075】シフトに関する論理は大きく3段に分かれ
る。まず、1段目では減算数の最下位が1のとき、該足
し算結果を1bit 右シフトし、減算数の最下位が0のと
き、該足し算結果を右シフトしない。
The logic related to shift is roughly divided into three stages. First, in the first stage, when the least significant of the subtraction number is 1, the addition result is shifted right by 1 bit, and when the least significant value of the subtraction number is 0, the addition result is not right shifted.

【0076】次に、2段目では減算数の2桁目が1のと
き、該足し算結果の1段目におけるシフト結果を2bit
右シフトし、減算数の2桁目が0のとき、該足し算結果
の1段目におけるシフト結果を右シフトしない。
Next, in the second stage, when the second digit of the subtraction number is 1, the shift result in the first stage of the addition result is represented by 2 bits.
If the second digit of the subtraction number is 0 when right-shifting, the shift result in the first stage of the addition result is not right-shifted.

【0077】最後に、3段目では減算数の最上位が1の
とき、該足し算結果の2段目におけるシフト結果を4bi
t 右シフトし、減算数の最上位が0のとき、該足し算結
果の2段目におけるシフト結果を右シフトしない。
Finally, in the third stage, when the highest order of the subtraction number is 1, the shift result of the second stage of the addition result is 4bi.
t Shift right, and when the highest order of the subtraction number is 0, do not right-shift the shift result in the second stage of the addition result.

【0078】本実施例ではべき乗計算部全てを0.35
μm のCMOSに実装した場合、約7.5k ゲートを
要し、約35nsecで演算が完了する。これによって、光
源計算をGPIF(0000)チップの中に埋め込むこ
とが可能となり、ボトルネックになっているジオメトリ
プロセッサ(5000)の処理を軽減することができた
結果、システムとして約2倍性能を向上することができ
た。
In this embodiment, all the exponentiation calculation units are 0.35.
When mounted on a μm CMOS, about 7.5 k gates are required, and the operation is completed in about 35 nsec. This makes it possible to embed the light source calculation in the GPIF (0000) chip, and reduce the processing of the bottleneck geometry processor (5000), thereby improving the performance of the system by about 2 times. We were able to.

【0079】[0079]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
ディジタルべき乗演算装置はテーブル参照によって演算
を行うため、ループ計算より高速に演算結果を得ること
ができる。
As described in detail above, the digital exponentiation device of the present invention performs an operation by referring to a table, so that an operation result can be obtained faster than a loop calculation.

【0080】また、対数テーブルと指数テーブルとの2
つにテーブルを分割することで、各テーブルの入力を1
つにできて、テーブルの容量を減らすことができる。
The logarithmic table and the exponent table
By dividing the table into two, the input of each table
One can reduce the capacity of the table.

【0081】また、前記対数算出部の入力値が前記対数
テーブルの入力値域に含まれない場合に該入力値に適当
な整数Lに対し2L を乗算し、該乗算結果を前記対数テ
ーブルの入力とし対数テーブル参照後、該参照値にLを
加算することで更に対数テーブルの容量を減らすことが
でき、前記指数算出部の入力値が前記指数テーブルの入
力値域に含まれない場合に該入力値から適当な整数Mを
減算し、該減算結果を前記指数テーブルの入力とし指数
テーブル参照後、該参照値に2-Mを乗算することで指数
テーブルの容量を減らすことができる。
If the input value of the logarithmic calculation unit is not included in the input value range of the logarithmic table, the input value is multiplied by 2 L for an appropriate integer L, and the result of the multiplication is input to the logarithmic table. After referring to the logarithmic table, the capacity of the logarithmic table can be further reduced by adding L to the reference value, and when the input value of the exponent calculation unit is not included in the input value range of the exponent table, the input value Then, after subtracting an appropriate integer M from the above and using the result of the subtraction as an input to the exponent table, referencing the exponent table, and multiplying the reference value by 2- M , the capacity of the exponent table can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】ディジタルべき乗演算装置の回路構成を示す
図。
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of a digital power operation device.

【図2】対数算出部の動作を示す図。FIG. 2 is a diagram illustrating an operation of a logarithmic calculation unit.

【図3】対数シフト部の動作を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating an operation of a logarithmic shift unit.

【図4】対数シフト部の回路構成を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration of a logarithmic shift unit.

【図5】指数算出部の動作を示す図。FIG. 5 is a diagram showing the operation of an index calculation unit.

【図6】指数シフト部の動作を示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating an operation of an exponential shift unit.

【図7】指数シフト部の回路構成を示す図。FIG. 7 is a diagram illustrating a circuit configuration of an exponent shift unit.

【図8】グラフィックス・システムの構成を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a graphics system.

【図9】光源テーブル及び光源計算手段の構成を示す
図。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a light source table and a light source calculation unit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

00…べき乗算出部、10…対数算出部、11…対数シ
フト部、12…対数テーブル、13…対数加算部、20
…乗算器、30…指数算出部、31…指数減算部、32
…指数テーブル、33…指数シフト部、000…光源計
算手段、010…HN内積算出部、020…LN内積算
出部、030…色算出部、100…GPIF入力手段、20
0…LBuf、300…BufSW、400…FI変換
手段、500…パック手段、600…コマンド解釈手
段、700…光源テーブル、800…制御手段、900…
CBuf、950…BufFL、0000…GPIF、
1000…CPU、2000…MC、3000…MM、
4000…システムバス・コントローラ、5000…ジ
オメトリプロセッサ、6000…レンダリングプロセッ
サ、7000…フレームメモリ、8000…CRT。
00: power calculator, 10: log calculator, 11: log shift unit, 12: log table, 13: log adder, 20
... Multiplier, 30 ... Exponent calculation unit, 31 ... Exponent subtraction unit, 32
... Exponent table, 33 ... Exponential shift section, 000 ... Light source calculating means, 010 ... HN inner product calculating section, 020 ... LN inner product calculating section, 030 ... Color calculating section, 100 ... GPIF input means, 20
0: LBuf, 300: BufSW, 400: FI conversion means, 500: packing means, 600: command interpretation means, 700: light source table, 800: control means, 900:
CBuf, 950 ... BufFL, 0000 ... GPIF,
1000 CPU, 2000 MC, 3000 MM,
4000 system bus controller, 5000 geometry processor, 6000 rendering processor, 7000 frame memory, 8000 CRT.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高見 和久 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 鬼木 一徳 茨城県日立市大みか町五丁目2番1号 株 式会社日立製作所大みか工場内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Kazuhisa Takami 7-1-1, Omikacho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside the Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Kazunori Oniki 5-chome, Omikamachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 1 Inside the Omika Plant of Hitachi, Ltd.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】入力値Xに対してXの対数値を出力する対
数算出部と、 該対数算出部の出力とべき乗する値Nを乗算する乗算器
と、 該乗算器の出力に対して指数値を出力する指数算出部と
からなり、XN を算出するディジタルべき乗演算装置で
あって、 前記対数算出部は対数テーブルを用いて対数を算出し、 前記指数算出部は指数テーブルを用いて指数を算出し、 前記対数算出部により算出される対数の底と、前記指数
算出部により算出される指数の底は同一の値であること
を特徴とするディジタルべき乗演算装置。
1. A logarithmic calculation unit for outputting a logarithmic value of X with respect to an input value X, a multiplier for multiplying an output of the logarithmic calculation unit by a value N raised to a power, and an exponent for an output of the multiplier. consists of a index calculation unit for outputting a value, a digital exponentiation device for calculating the X N, the logarithm calculation unit calculates log using log table, the index calculating unit using an exponential table index Wherein the base of the logarithm calculated by the logarithmic calculation unit and the base of the exponent calculated by the exponent calculation unit have the same value.
【請求項2】請求項1において、 前記対数関数の底及び前記指数関数の底は2K (Kは0
以外の整数)であり、 前記対数算出部は、 入力値域が正規化された前記対数テーブルと、 前記対数算出部への入力値が前記対数テーブルの入力値
域に入るよう、当該入力値に2L (Lは整数)を乗算し
て、前記対数テーブルに出力する対数シフト部と、 前記対数テーブルの出力にLを加算して前記対数算出部
の出力とする対数加算部を有することを特徴とするディ
ジタルべき上演算装置。
2. The method according to claim 1, wherein the base of the logarithmic function and the base of the exponential function are 2 K (K is 0
The logarithmic calculation unit includes: a logarithmic table in which an input value range is normalized; and 2 L of the input value such that an input value to the logarithmic calculation unit falls within an input value range of the logarithmic table. (L is an integer) and a logarithmic shift unit that outputs the result to the logarithmic table, and a logarithmic adder that adds L to the output of the logarithmic table and outputs the result to the logarithmic calculation unit. Digital power computing unit.
【請求項3】請求項2において、前記対数シフト部は、
前記入力値をLビット左へシフトすることを特徴とする
ディジタルべき乗演算装置。
3. The logarithmic shift unit according to claim 2, wherein:
A digital exponentiation device for shifting the input value to the left by L bits.
【請求項4】請求項1において、 前記対数関数の底及び前記指数関数の底は2K (Kは0
以外の整数)であり、 前記指数算出部は、 入力値域が正規化された前記指数テーブルと、 前記乗算器からの出力値が前記指数テーブルの入力値域
に入るよう、当該入力値からM(Mは整数)を減算し、
前記指数テーブルに出力する指数減算部と、 前記指数テーブルの出力値に2-Mを乗算して前記指数算
出部の出力とする指数シフト部を有することを特徴とす
るディジタルべき乗演算装置。
4. The method according to claim 1, wherein the base of the logarithmic function and the base of the exponential function are 2 K (K is 0
And the exponent calculation unit calculates the exponent table from which the input value range is normalized and the input value so that the output value from the multiplier falls into the input value range of the exponent table. Is an integer)
An exponential subtraction unit that outputs the exponent table, and an exponential shift unit that multiplies the output value of the exponent table by 2- M and outputs the result of the exponent calculation unit.
【請求項5】請求項4において、前記指数シフト部は、
前記指数テーブルの出力値をMビット右へシフトするこ
とを特徴とするディジタルべき乗演算装置。
5. An exponential shifter according to claim 4, wherein:
A digital exponentiation device, wherein the output value of the exponent table is shifted right by M bits.
【請求項6】光源計算を行う光源計算部と、光源計算結
果に基づいて表示すべき図形データを画素情報に展開す
るレンダリングプロセッサと、メモリと、メモリに記憶
された画素情報を表示する表示装置を有するグラフィッ
クスシステムにおいて、 前記光源計算部は、少なくとも、入力値Xに対する対数
値を対数テーブルを用いて出力する対数算出部と、前記
対数算出部の出力とべき乗する値Nを乗算する乗算器
と、前記乗算器の出力に対する指数値を指数テーブルを
用いて出力する指数算出部を備えたことを特徴とするグ
ラフィックスシステム。
6. A light source calculating unit for calculating a light source, a rendering processor for expanding graphic data to be displayed into pixel information based on a result of the light source calculation, a memory, and a display device for displaying the pixel information stored in the memory. In the graphics system, the light source calculation unit includes at least a logarithmic calculation unit that outputs a logarithmic value for the input value X using a logarithmic table, and a multiplier that multiplies the output of the logarithmic calculation unit by a power N. A graphics system comprising: an exponent calculator for outputting an exponent value for the output of the multiplier using an exponent table.
【請求項7】請求項6において、前記対数算出部により
算出される対数の底と、前記指数算出部により算出され
る指数の底は同一の値であることを特徴とするグラフィ
ックスシステム。
7. The graphics system according to claim 6, wherein the base of the logarithm calculated by the logarithmic calculator and the base of the exponent calculated by the exponent calculator are the same value.
【請求項8】請求項6において、 前記対数関数の底及び前記指数関数の底は2K (Kは0
以外の整数)であり、 前記対数算出部は、 入力値域が正規化された前記対数テーブルと、 前記対数算出部への入力値が前記対数テーブルの入力値
域に入るよう、当該入力値に2L (Lは整数)を乗算し
て、前記対数テーブルに出力する対数シフト部と、 前記対数テーブルの出力にLを加算して前記対数算出部
の出力とする対数加算部を有することを特徴とするグラ
フィックスシステム。
8. The method according to claim 6, wherein the base of the logarithmic function and the base of the exponential function are 2 K (K is 0
The logarithmic calculation unit includes: a logarithmic table in which an input value range is normalized; and 2 L of the input value such that an input value to the logarithmic calculation unit falls within an input value range of the logarithmic table. (L is an integer) and a logarithmic shift unit that outputs the result to the logarithmic table, and a logarithmic adder that adds L to the output of the logarithmic table and outputs the result to the logarithmic calculation unit. Graphics system.
【請求項9】請求項6において、 前記対数関数の底及び前記指数関数の底は2K (Kは0
以外の整数)であり、前記指数算出部は、 入力値域が正規化された前記指数テーブルと、 前記乗算器からの出力値が前記指数テーブルの入力値域
に入るよう、当該入力値からM(Mは整数)を減算し、
前記指数テーブルに出力する指数減算部と、 前記指数テーブルの出力値に2-Mを乗算して前記指数算
出部の出力とする指数シフト部を有することを特徴とす
るグラフィックスシステム。
9. The method according to claim 6, wherein the base of the logarithmic function and the base of the exponential function are 2 K (K is 0
And the exponent calculation unit calculates the exponent table from which the input value range is normalized and the input value so that the output value from the multiplier enters the input value range of the exponent table. Is an integer)
A graphics system, comprising: an exponent subtraction unit that outputs the exponent table; and an exponent shift unit that multiplies the output value of the exponent table by 2- M to output the exponent calculation unit.
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