JPS6135575B2 - - Google Patents
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- JPS6135575B2 JPS6135575B2 JP54107670A JP10767079A JPS6135575B2 JP S6135575 B2 JPS6135575 B2 JP S6135575B2 JP 54107670 A JP54107670 A JP 54107670A JP 10767079 A JP10767079 A JP 10767079A JP S6135575 B2 JPS6135575 B2 JP S6135575B2
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Description
本発明は高速な乗算装置を用いて、高速な除算
を実施する装置に関するものである。 従来除算方式は基本的には減算と桁送りの反復
によつて行なわれ、引き過ぎおよび剰余の処理が
必要である。現在主として引き放し法が多く用い
られ、この方法は各桁に対して高々1回の加算あ
るいは減算のみを必要とし、負数も2の補数表示
をすることにより実施できる。しかし2進数表示
数の桁数だけの多数回の加減算を必要とし除算の
高速化が困難であつて、一般電子計算機およびデ
イジタル処理システムにおける2進数の四則演算
において除算は最も多くの時間を要する。除算を
高速化するため除数の逆数をとる方法も考案され
たが逆数の近似数より、逐次近似の反復計算を必
要とし充分な高速の除算が行われない。 従つて本発明は従来の技術の上記欠点を改善す
るもので、誤差の極めて少ない高速除算装置を提
供することを目的とし、その特徴は2進数除数変
換と変換数の分割による逐次繰返し演算のない高
速除算の原理にもとづくもので、高速乗算装置、
2進数除算変換装置、2進数加算装置を基本構成
部として構成され、除算結果の精度は設定され、
演算速度は乗算速度よりやや低下する程度のもの
がえられる。 本発明の原理を明確ならしめるため、h桁の2
進整数X、Yを考え、その商X/Yを指定された
誤差以内で高速に求めることを考える。 1/YすなわちYの逆数は一般に、 1/Y=.b-1b-2……b-h…… (1) のように小数で表わされる。ここでb-1などは1
か0の記号である。したがつて X/Y=X・(.b-1b-2b-3……b-h……) (2) 上式の右辺の乗算でX/Yの商に近似する値の
〓〓〓〓
数を求めるには括項内のビツト数を多数とらなけ
ればならない。いまこれをh桁で打切つたとする
と、Xがh桁で X/YX・(.b-1b-2……b-h+1b-h) =qh-1)……q0・q-1……q-h (3) となる。この場合の誤差はq-h以下が無限につづ
いてすべてのビツトが1とするときの誤差は 1/2h+1〔1+1/2+1/22+……〕=1/2
h+1〔1/ (11/2)〕=1/2h (4) とXと省略しなかつた場合に生ずる積の加算のた
め小数点下h桁に桁上げを生じる可能性があるか
ら、上記の値とこの桁上げの和で1/2h+1/2h=
1/2h−1す なわちh−1桁の数だけの誤差をおこりうる最大
限のものである。h=8の場合、誤差は1/128以
内であることがわかる。しかし一般にこの程度の
精度では不充分であるので、1より大きい整数N
を考えて 1/Y=.b-1b-2……b-h……b-2h…… b-Nh (5) で与えられる近似等式を考えると、 2Nh/Yb-1b-2……b-h……b-Nh (6) が成立し、一つのYに対して、右辺のビツトパタ
ーンはただ一つ決まるので、一つの整数Y(h
桁)に対するNh桁の整数b-1……b-Nhは変換と
見做される。この変換を除数変換という。hを4
の倍数とするとき、4ビツトパターンが表示され
ることは周知のことである。たとえば16進数のA
=1010、B=1011、C=1100、D=1101、E=
1110、F=1111である。ニブルの16進表示をh-i
とかくと、上の変換式(6)は 2Nh/Yh-1h-2……h-Nh/4 (7) したがつて X/Y(X)・(h-1h-2……h-Nh/4) ×2-Nh (8) の(X)・(h-1h-2……h-Nb/4)は整数の乗算と
なるが、このままでは(h-1h-2……h-Nh/4)の
桁数が尨大となり、h×h桁の2進高速乗算装置
に適用できないし、変換数を記憶する記憶装置の
データビツト長が極めて長くなる。 いまh=8とするとh-iはニブルだから、(8)の
右辺をQとおくと Q=(X)・(h-1h-2)2-h+(X)・(h-3h-4)2-2h+(X)・(h-5h-6)2-3h +……+(X)・(h-Nh/4+1h-Nh/4)2-Nh (9) のような積の数列の和となる。Qは商の極めて近
似度の高いものである。h=16の場合は(X)
(h-1h-2h-3h-4)2-h+……のような展開が行な
える。(X)・(h-ih-i-1)はhが8のときバイト
の整数のh×h乗算装置の出力として、2hビツ
トの積として与えられるから、除数Yを入力した
ときに、(h-1h-2)、……(h-Nh/4+1h-Nh/4)
を同時に出力される変換装置があればこれらの積
はN個の乗算装置の出力に同時に出力される。そ
れぞれの積をPi(i=1、……N)とすると、 Q=P12-h+P22-2h+P32-3h+…… +PN2-Nh (10) のように与えられる。2h桁の積P1の上位h桁、
下位h桁の部分に分けPiH、PiLとすると、 Q=P1H+(P1L+P2H)2-h+(P2L+P3H)2-2h+(P3L+P4H)2-3h+…… +(P(N-L)L+PNH)2-(N-1)h+PNL2-Nh (11) の形となり、上式の各桁の加算が可能となるが、
下の桁からの加算時の桁上りを考慮した加算が必
要である。たとえばP2L+P3Hの加算で、P3iH、
P2iLはいづれもhビツトだから、下の桁からの
桁上りを考えて加算器に加えると、小数点以下h
+1ビツトから2hビツトまでの和ビツトを与
え、これは商のh+1ビツトから2hビツト(小
数点下の)を与えるが、この加算で桁上りがあれ
ばP1L+P2Hの加算に加えなければならない。第
1図は上記原理を示す。 以上のことから商はCoを桁上りの記号とする
と、 のように1段のみのN個のhビツトの2進加算器
の列の和ビツトの列として直ちにえられる。これ
らの加算器は桁上出力線が上の桁の加算器の桁上
入力線に連結されていることが必要である。一般
〓〓〓〓
に2進のh桁数A1、……AMがあるとき、A1+A2
+……AMのようなM個の数の和を求める演算に
は、加算器は同時には2数しか加算できないの
で、M−1段の加算器を必要とする。したがつて
加算時間が増大する。 しかるに本発明装置では乗算器の積出力を上記
のように分割することにより2個の数の和のみを
求めればよいから、ただ1段の加算器の例での並
列加算を可能とし、除算における加算時間は著し
く短縮され、高速演算が実施される。 最下位の商は最下位の乗算装置の積の下位桁の
分PNLで、これにより上の桁の商は加算器の和ビ
ツトで与えられ、これらのビツトをそれぞれの商
レジスタQiに移すことによつて、 Q=Qi△Q2Q3……QNQN+1 (13) 商レジスタQ1には商の整数部がおかれ、Q2,
Q3,……,QNは小数部を与える和ビツトがおか
れ、QNにはPNLがおかれる。これらのレジスタ
はいづれもhビツトのものである。 上記のようにしてえられたQの誤差は設定整数
Nが大きいほど小さくなるが、誤差の最大限の値
は、h桁の被除数、除数の除算において上記装置
においては1/2(N-1)h-1以内である。たとえばh
=8、N=3の場合1/215以内に誤差がある。そ
の理由は小数点以下(N−1)h桁以下の商のビ
ツトがすべて1であると、これらのビツトの数値
の和として、 〔1/2(N-1)h-1〕〔1+1/2+1/22+……〕 =1/2(N-1)h (14) また真の商はNを無限に大きくしたときでこの
とき上記のような加算が無限にくりかえされたと
き、設定値をあるNにしたとき、1段のN個の加
算器の列の最後の加算器の桁上げ入力に桁上げビ
ツトが入ることがありうる。このビツトの値は最
後の加算器の桁が小数点以下N−2桁とN−1桁
であるから、1/2(N-1)hである。したがつて前記
数との和1/2(N-1)h+1/2(N-1)h=1/2(N-1)h-1がお
こりうる誤差の最大限界を与える。 以上のように高速で高精度の除算演算装置は電
子装置によつて実施できるが、ここで手計算によ
る例を示す。 例: 235/13(10) X=235(10)、Y=13(10)、h=8、N=3とす
る。参考の表1より、除数Yの変換数は
13B13B(H)である。数の下のそえ字の(10)は10進
数、(H)は16進数を示す。方式実施の場合はすべて
2進数である。変換数は(13)、(B1)、(3B)の
ように分解されて変換装置のYの番地の記録され
ている。まず下の桁の積P3を求める。 P3=(X)・(3B)(H)=(235)(10)(59)(10) =13865(10)=3629(H) 積の分割;P3H=36、P3L=〓(→Qの最下位
8桁) つぎの上の桁の積P2を求める。 P2=(X)(H)・(B1)(H)=(235)(10) ・(177)(10)=41595(10)=A27B(H) 積の分割;P2H=A2(H)、P2L=7B(H) つぎの上の桁の積P1は P1=(X)(H)・(13)(H)=(235)(10)(19)(10) =4465(10)=1171(H) 積の分割;P1H=11(H)、P1L=71(H) 加算; P2L+P3H=7B(H)+36(H)=〓(H)桁上なしCo=
0 P1L+P2H+Co=71(H)+A2(H)=〓(H)桁上あり Co=1 P1H+Co=11+1=〓(H) したがつて商Qは Q=12△13B129(H)=18.07692〓18(10) △は小数点の位置を示す。10進での手計算でQ
=18.07692〓3(10)となり小数点下5桁まで一致し
ている。 超高速除算装置 h桁の被除数Xと除数Yを与えて、商の精度を
予め与える正整数Nを設定し、極めて高速な除算
を実施する装置であつて、除数YをNh桁の変換
整数に変換する手続をまず行つておいて、この
Nh桁の変換数を再びn桁のN個の変換数に順に
分けて、除数Yの番地に記憶する読取り専用記憶
装置(以下ROMという)に記憶させておき、こ
れらのROMをROM1、……ROMNとすると、こ
れらの変換ROMは本装置の一つの構成部であ
る。変換ROMの番地入力はすべて共通に除数Y
をおく番地線に接続されて、ある除数値のhビツ
ト2進数をおくと、各ROMの出力には同時に
別々に分割変換整数が現われる。これらの出力線
〓〓〓〓
を各ROMに対して一対一で対応する乗算装置を
もうけ、その一方の入力に接続しておくことを特
徴とする。したがつて乗算装置はN個であり、他
方の入力はすべて共通に被除数をおく線に接続さ
れる。したがつて被除数、除数を入力すると、N
個の乗算装置には同時に被除数Xと除数の分割変
換数(h-1h-2)、……(h-Nh+1、h-Nh)とが入
力されるので、N個の乗算装置がほぼ同じ乗算時
間をもつとき、出力にはほぼ同時に、別々に積
P1,P2,……PNが出力される。乗算装置はh桁
×h桁のものとすると、積は2h桁で、上位h桁
と下位h桁に分けられて、P1H,P1L;……;P
NH,PNLとすると、j=1、2、……Nとして、
j番目の乗算装置の上位の積PjHとj−1番目の
乗算器の下位の積Pj-1Lとを加える演算をそれぞ
れ出力線をh桁加算器の被加数、加数端子に接続
して実行させることができる。加算器をN個直列
にならべ、その桁上げ出力が上桁の加算器の桁入
入力になるように接続して、Pj-1L+PjH(ただ
しP0L=0とする)の形の加算を並列に1段で実
行することができる。この加算器列のそれぞれの
和ビツトは商のビツトを与えるので、それぞれの
和出力をレジスタにおけば、これらのレジスタは
商レジスタで、除算の結果の商がえられる。な
お、上記PNLは加算されずそのまま商の最下位を
与え、加算器のj=1番はP1Hを一方の入力端に
接続し、他方の入力端はすべて0に保ち、下の桁
の加算器からの桁上りを待つて和ビツトが出力さ
れ、商の整数部を与える。 第2図は上記超高速除算装置のN=3の場合の
構成図である。1,2,3は並列に動作する同じ
乗算装置で、一方の入力には共通にh桁の被除数
が印加される。これらの乗算装置は本発明装置の
第1の構成部である。4,5,6は乗算装置のそ
れぞれと対をなす除数変換装置でROMが同等の
論理回路によつて構成される。ROMの場合には
除数Yの番地に4,5,6の順に2進h桁の分割
変換数が書込まれている。これらのROMの入力
番地線は共通で除数Yが入力されると、ROMの
アクセス時間TRACの後に4,5,6の出力線上
に同時に分割変換数が出力され、対をなす乗算装
置の他方の入力端子に同時に加わり、乗算時間T
Mの後に1,2,3の乗算装置の出力に2h桁の積
P1,P2,P3をほぼ同時に出力する。これを図のよ
うに上下の桁の出力線に分けて、P1H,P1L;P
2H,P2L;P3H,P3Lのように分けて取出す。第
2図の7,8,9はh桁の2進加算器の列で、加
算器の被加数、加数端子にP2L,P3H;P1L,P2
H;0、P1Hの組の線を9,8,7の順に接続
し、加算器の桁上出力と入力の線は図のように接
続されているとき、加算時間TADDの後に7,
8,9の加算器の出力として現われる和ビツトの
列は商を与える。h桁の各々の和ビツトは商レジ
スタ10,11,12におかれ、乗算装置3の下
位積出力P3Lの線は商レジスタ13に接続する
と、商は10,11,12,13のレジスタにえ
られ、10のレジスタの内容は商の整数部を与え
る。11,12,13は商の小数部を与える。 上記除算時間をTDIVとすると、 TDIV=TRAC+TM+TADD Nを大きくして商の精度を高める場合でもTRA
CとTMは変らず、TADDはやや増加するが、その
ような場合には先見桁上法などを用いればTADD
は小さい値におさえられる。TTLを用いる場合
のTRAC,TM,TADDのN=3程度の場合の代表
的な値をTRAC=20ns、TM=70ns、TADD=30ns
とすると、TDIV=120nsとなり極めて高速な除
算を実行できる。前述のように本装置は完全に非
同期式動作で実施でき、とくに乗算装置として先
願の「複数法形高速乗算方式;出願番号54−
067495」を用いるとき、乗算装置は非同期、高速
でh×h桁の乗算において出力積の上位、下位の
桁の線に別々上位下位の積が出力されるので本装
置によく適合する。また加算装置の部分は本装置
では1段の加算器の列で構成され、並列加算方式
であるから他の多段加算の方式に比較して加算時
間がみじかい。上記のごとく、本超高速除算装置
は除数変換装置、乗算装置、加算装置の並列的な
結合によつて構成されることにより高精度、高速
の除算を非同期的に安定に実施できることを特徴
とする。 順次形高速除算装置 1個の高速乗算装置を用い、精度を指定する整
数N回の繰返し演算によつて前記発明装置と同等
の商をうる装置である。 被除数X、除数Yをそれぞれ2進のh桁とし、
乗算装置もh桁×h桁の2進乗算を実施するもの
とする。乗算装置の一方の入力には被除数Xが印
〓〓〓〓
加される。いつぽう除数YはNh桁の変換数に変
換され、h桁のN個の変換数に分割されて、除数
Yで指定される番地に記憶させて作られるN個の
除数変換装置の出力線は共通に結ばれて乗算装置
の他方の入力端に接続され、除数Yはまず出力切
換装置(デマルチプレクサ)によつて、低い桁の
分割変換数の変換装置に入力されると、乗算装置
の他方の入力には当該変換数が入力され、乗算時
間後に出力に積PNが現われ、上下桁に分かれ、
PNH,PNLとなり、出力切換装置によつてPNHは
加算器の列の最下位の加算器の加数端子に加えら
れる。次に除数Yの出力切換装置によつて次の桁
の分割変数が乗算装置に入力され、PN-1が出力
されPN-1HPN-1Lに分かれ、出力切換装置によつ
て最下位の一つ上の加算器と最下位の加算器の一
方の入力に加わり、ここで最下位の加算器の和ビ
ツトが出力されて商の最下位の上のhビツトを与
える。なお最下位の商のhビツトはPNLで与えら
れる。このように順次入力側、出力側の出力切換
装置(デマルチプレクサ)を切換えることによつ
て、商を下の桁の方から順次うる装置である。加
算器の列は1段であり、桁上げの出入力端子は加
算器の間で連結している。本装置では加算時間T
ADDは小さいが、除算時間TDIVは TDIV=N(TRAC+TM+TADD) となり、前記発明装置より大きくなる。第3図は
N=3の場合の装置の構成図を示す。1は乗算装
置を示し、被除数Xは直接一方の入力に印加さ
れ、除数Yは2の出力切換装置によりS1,S2,S3
の順に出力が切換えられ、3,4,5は除数の分
割変換装置で、除数が番地入力されると当該分割
変換数が出力され、1の他方の入力に印加され、
積出力PH,PLを出力し、6,7は出力側にある
出力切換装置で、出力はS1′、S2′、S3′の順に同時
に切換えられて、加算器8,9,10の入力端に
図示のように順次に接続されて加算が実行され、
和ビツトは11,12,13の商レジスタにおか
れ、S1′の出力は商の最下位のh桁レジスタ14
におかれる。15,16,17は前記出力切換装
置2,6,7の出力端子をえらぶ選択制御入力端
子を示す。 第4図は第3図の場合のタイミングを示す時間
図で、t1-1〜t2-1で第1回の演算が終り、t2-1
〜t3-1で第2回、t3-1〜t4-1で第3回が終り順
次式除算装置でN=3の場合の商はここで完全に
商レジスタの上にえられる。なお商レジスタ11
には商の整数部がおかれる。 以上説明したごとく、本発明によると、除算が
乗算と加算に変換され、ROM、乗算器、加算器
によりすべての動作は自動的に高速に実施され、
誤差の範囲が明確に示された結果をうる。なお複
雑多数桁の除算も本装置を基本モジユールとして
実施できる。 8ビツト除算装置で、N=3の精度、並列超高
速形で実施する場合、乗算装置に先願の「複数法
高速乗算方式;出願番号54−067495」を用いると
きの所要のROMは256バイトのものが15個で3840
バイトとなり、4ビツト加算器が30個必要で、こ
の他に除数数が0のときの対数等にわづかの論理
ゲートを必要とする。 末尾の表1はh=8、N=3の場合の除数変換
の表である。
を実施する装置に関するものである。 従来除算方式は基本的には減算と桁送りの反復
によつて行なわれ、引き過ぎおよび剰余の処理が
必要である。現在主として引き放し法が多く用い
られ、この方法は各桁に対して高々1回の加算あ
るいは減算のみを必要とし、負数も2の補数表示
をすることにより実施できる。しかし2進数表示
数の桁数だけの多数回の加減算を必要とし除算の
高速化が困難であつて、一般電子計算機およびデ
イジタル処理システムにおける2進数の四則演算
において除算は最も多くの時間を要する。除算を
高速化するため除数の逆数をとる方法も考案され
たが逆数の近似数より、逐次近似の反復計算を必
要とし充分な高速の除算が行われない。 従つて本発明は従来の技術の上記欠点を改善す
るもので、誤差の極めて少ない高速除算装置を提
供することを目的とし、その特徴は2進数除数変
換と変換数の分割による逐次繰返し演算のない高
速除算の原理にもとづくもので、高速乗算装置、
2進数除算変換装置、2進数加算装置を基本構成
部として構成され、除算結果の精度は設定され、
演算速度は乗算速度よりやや低下する程度のもの
がえられる。 本発明の原理を明確ならしめるため、h桁の2
進整数X、Yを考え、その商X/Yを指定された
誤差以内で高速に求めることを考える。 1/YすなわちYの逆数は一般に、 1/Y=.b-1b-2……b-h…… (1) のように小数で表わされる。ここでb-1などは1
か0の記号である。したがつて X/Y=X・(.b-1b-2b-3……b-h……) (2) 上式の右辺の乗算でX/Yの商に近似する値の
〓〓〓〓
数を求めるには括項内のビツト数を多数とらなけ
ればならない。いまこれをh桁で打切つたとする
と、Xがh桁で X/YX・(.b-1b-2……b-h+1b-h) =qh-1)……q0・q-1……q-h (3) となる。この場合の誤差はq-h以下が無限につづ
いてすべてのビツトが1とするときの誤差は 1/2h+1〔1+1/2+1/22+……〕=1/2
h+1〔1/ (11/2)〕=1/2h (4) とXと省略しなかつた場合に生ずる積の加算のた
め小数点下h桁に桁上げを生じる可能性があるか
ら、上記の値とこの桁上げの和で1/2h+1/2h=
1/2h−1す なわちh−1桁の数だけの誤差をおこりうる最大
限のものである。h=8の場合、誤差は1/128以
内であることがわかる。しかし一般にこの程度の
精度では不充分であるので、1より大きい整数N
を考えて 1/Y=.b-1b-2……b-h……b-2h…… b-Nh (5) で与えられる近似等式を考えると、 2Nh/Yb-1b-2……b-h……b-Nh (6) が成立し、一つのYに対して、右辺のビツトパタ
ーンはただ一つ決まるので、一つの整数Y(h
桁)に対するNh桁の整数b-1……b-Nhは変換と
見做される。この変換を除数変換という。hを4
の倍数とするとき、4ビツトパターンが表示され
ることは周知のことである。たとえば16進数のA
=1010、B=1011、C=1100、D=1101、E=
1110、F=1111である。ニブルの16進表示をh-i
とかくと、上の変換式(6)は 2Nh/Yh-1h-2……h-Nh/4 (7) したがつて X/Y(X)・(h-1h-2……h-Nh/4) ×2-Nh (8) の(X)・(h-1h-2……h-Nb/4)は整数の乗算と
なるが、このままでは(h-1h-2……h-Nh/4)の
桁数が尨大となり、h×h桁の2進高速乗算装置
に適用できないし、変換数を記憶する記憶装置の
データビツト長が極めて長くなる。 いまh=8とするとh-iはニブルだから、(8)の
右辺をQとおくと Q=(X)・(h-1h-2)2-h+(X)・(h-3h-4)2-2h+(X)・(h-5h-6)2-3h +……+(X)・(h-Nh/4+1h-Nh/4)2-Nh (9) のような積の数列の和となる。Qは商の極めて近
似度の高いものである。h=16の場合は(X)
(h-1h-2h-3h-4)2-h+……のような展開が行な
える。(X)・(h-ih-i-1)はhが8のときバイト
の整数のh×h乗算装置の出力として、2hビツ
トの積として与えられるから、除数Yを入力した
ときに、(h-1h-2)、……(h-Nh/4+1h-Nh/4)
を同時に出力される変換装置があればこれらの積
はN個の乗算装置の出力に同時に出力される。そ
れぞれの積をPi(i=1、……N)とすると、 Q=P12-h+P22-2h+P32-3h+…… +PN2-Nh (10) のように与えられる。2h桁の積P1の上位h桁、
下位h桁の部分に分けPiH、PiLとすると、 Q=P1H+(P1L+P2H)2-h+(P2L+P3H)2-2h+(P3L+P4H)2-3h+…… +(P(N-L)L+PNH)2-(N-1)h+PNL2-Nh (11) の形となり、上式の各桁の加算が可能となるが、
下の桁からの加算時の桁上りを考慮した加算が必
要である。たとえばP2L+P3Hの加算で、P3iH、
P2iLはいづれもhビツトだから、下の桁からの
桁上りを考えて加算器に加えると、小数点以下h
+1ビツトから2hビツトまでの和ビツトを与
え、これは商のh+1ビツトから2hビツト(小
数点下の)を与えるが、この加算で桁上りがあれ
ばP1L+P2Hの加算に加えなければならない。第
1図は上記原理を示す。 以上のことから商はCoを桁上りの記号とする
と、 のように1段のみのN個のhビツトの2進加算器
の列の和ビツトの列として直ちにえられる。これ
らの加算器は桁上出力線が上の桁の加算器の桁上
入力線に連結されていることが必要である。一般
〓〓〓〓
に2進のh桁数A1、……AMがあるとき、A1+A2
+……AMのようなM個の数の和を求める演算に
は、加算器は同時には2数しか加算できないの
で、M−1段の加算器を必要とする。したがつて
加算時間が増大する。 しかるに本発明装置では乗算器の積出力を上記
のように分割することにより2個の数の和のみを
求めればよいから、ただ1段の加算器の例での並
列加算を可能とし、除算における加算時間は著し
く短縮され、高速演算が実施される。 最下位の商は最下位の乗算装置の積の下位桁の
分PNLで、これにより上の桁の商は加算器の和ビ
ツトで与えられ、これらのビツトをそれぞれの商
レジスタQiに移すことによつて、 Q=Qi△Q2Q3……QNQN+1 (13) 商レジスタQ1には商の整数部がおかれ、Q2,
Q3,……,QNは小数部を与える和ビツトがおか
れ、QNにはPNLがおかれる。これらのレジスタ
はいづれもhビツトのものである。 上記のようにしてえられたQの誤差は設定整数
Nが大きいほど小さくなるが、誤差の最大限の値
は、h桁の被除数、除数の除算において上記装置
においては1/2(N-1)h-1以内である。たとえばh
=8、N=3の場合1/215以内に誤差がある。そ
の理由は小数点以下(N−1)h桁以下の商のビ
ツトがすべて1であると、これらのビツトの数値
の和として、 〔1/2(N-1)h-1〕〔1+1/2+1/22+……〕 =1/2(N-1)h (14) また真の商はNを無限に大きくしたときでこの
とき上記のような加算が無限にくりかえされたと
き、設定値をあるNにしたとき、1段のN個の加
算器の列の最後の加算器の桁上げ入力に桁上げビ
ツトが入ることがありうる。このビツトの値は最
後の加算器の桁が小数点以下N−2桁とN−1桁
であるから、1/2(N-1)hである。したがつて前記
数との和1/2(N-1)h+1/2(N-1)h=1/2(N-1)h-1がお
こりうる誤差の最大限界を与える。 以上のように高速で高精度の除算演算装置は電
子装置によつて実施できるが、ここで手計算によ
る例を示す。 例: 235/13(10) X=235(10)、Y=13(10)、h=8、N=3とす
る。参考の表1より、除数Yの変換数は
13B13B(H)である。数の下のそえ字の(10)は10進
数、(H)は16進数を示す。方式実施の場合はすべて
2進数である。変換数は(13)、(B1)、(3B)の
ように分解されて変換装置のYの番地の記録され
ている。まず下の桁の積P3を求める。 P3=(X)・(3B)(H)=(235)(10)(59)(10) =13865(10)=3629(H) 積の分割;P3H=36、P3L=〓(→Qの最下位
8桁) つぎの上の桁の積P2を求める。 P2=(X)(H)・(B1)(H)=(235)(10) ・(177)(10)=41595(10)=A27B(H) 積の分割;P2H=A2(H)、P2L=7B(H) つぎの上の桁の積P1は P1=(X)(H)・(13)(H)=(235)(10)(19)(10) =4465(10)=1171(H) 積の分割;P1H=11(H)、P1L=71(H) 加算; P2L+P3H=7B(H)+36(H)=〓(H)桁上なしCo=
0 P1L+P2H+Co=71(H)+A2(H)=〓(H)桁上あり Co=1 P1H+Co=11+1=〓(H) したがつて商Qは Q=12△13B129(H)=18.07692〓18(10) △は小数点の位置を示す。10進での手計算でQ
=18.07692〓3(10)となり小数点下5桁まで一致し
ている。 超高速除算装置 h桁の被除数Xと除数Yを与えて、商の精度を
予め与える正整数Nを設定し、極めて高速な除算
を実施する装置であつて、除数YをNh桁の変換
整数に変換する手続をまず行つておいて、この
Nh桁の変換数を再びn桁のN個の変換数に順に
分けて、除数Yの番地に記憶する読取り専用記憶
装置(以下ROMという)に記憶させておき、こ
れらのROMをROM1、……ROMNとすると、こ
れらの変換ROMは本装置の一つの構成部であ
る。変換ROMの番地入力はすべて共通に除数Y
をおく番地線に接続されて、ある除数値のhビツ
ト2進数をおくと、各ROMの出力には同時に
別々に分割変換整数が現われる。これらの出力線
〓〓〓〓
を各ROMに対して一対一で対応する乗算装置を
もうけ、その一方の入力に接続しておくことを特
徴とする。したがつて乗算装置はN個であり、他
方の入力はすべて共通に被除数をおく線に接続さ
れる。したがつて被除数、除数を入力すると、N
個の乗算装置には同時に被除数Xと除数の分割変
換数(h-1h-2)、……(h-Nh+1、h-Nh)とが入
力されるので、N個の乗算装置がほぼ同じ乗算時
間をもつとき、出力にはほぼ同時に、別々に積
P1,P2,……PNが出力される。乗算装置はh桁
×h桁のものとすると、積は2h桁で、上位h桁
と下位h桁に分けられて、P1H,P1L;……;P
NH,PNLとすると、j=1、2、……Nとして、
j番目の乗算装置の上位の積PjHとj−1番目の
乗算器の下位の積Pj-1Lとを加える演算をそれぞ
れ出力線をh桁加算器の被加数、加数端子に接続
して実行させることができる。加算器をN個直列
にならべ、その桁上げ出力が上桁の加算器の桁入
入力になるように接続して、Pj-1L+PjH(ただ
しP0L=0とする)の形の加算を並列に1段で実
行することができる。この加算器列のそれぞれの
和ビツトは商のビツトを与えるので、それぞれの
和出力をレジスタにおけば、これらのレジスタは
商レジスタで、除算の結果の商がえられる。な
お、上記PNLは加算されずそのまま商の最下位を
与え、加算器のj=1番はP1Hを一方の入力端に
接続し、他方の入力端はすべて0に保ち、下の桁
の加算器からの桁上りを待つて和ビツトが出力さ
れ、商の整数部を与える。 第2図は上記超高速除算装置のN=3の場合の
構成図である。1,2,3は並列に動作する同じ
乗算装置で、一方の入力には共通にh桁の被除数
が印加される。これらの乗算装置は本発明装置の
第1の構成部である。4,5,6は乗算装置のそ
れぞれと対をなす除数変換装置でROMが同等の
論理回路によつて構成される。ROMの場合には
除数Yの番地に4,5,6の順に2進h桁の分割
変換数が書込まれている。これらのROMの入力
番地線は共通で除数Yが入力されると、ROMの
アクセス時間TRACの後に4,5,6の出力線上
に同時に分割変換数が出力され、対をなす乗算装
置の他方の入力端子に同時に加わり、乗算時間T
Mの後に1,2,3の乗算装置の出力に2h桁の積
P1,P2,P3をほぼ同時に出力する。これを図のよ
うに上下の桁の出力線に分けて、P1H,P1L;P
2H,P2L;P3H,P3Lのように分けて取出す。第
2図の7,8,9はh桁の2進加算器の列で、加
算器の被加数、加数端子にP2L,P3H;P1L,P2
H;0、P1Hの組の線を9,8,7の順に接続
し、加算器の桁上出力と入力の線は図のように接
続されているとき、加算時間TADDの後に7,
8,9の加算器の出力として現われる和ビツトの
列は商を与える。h桁の各々の和ビツトは商レジ
スタ10,11,12におかれ、乗算装置3の下
位積出力P3Lの線は商レジスタ13に接続する
と、商は10,11,12,13のレジスタにえ
られ、10のレジスタの内容は商の整数部を与え
る。11,12,13は商の小数部を与える。 上記除算時間をTDIVとすると、 TDIV=TRAC+TM+TADD Nを大きくして商の精度を高める場合でもTRA
CとTMは変らず、TADDはやや増加するが、その
ような場合には先見桁上法などを用いればTADD
は小さい値におさえられる。TTLを用いる場合
のTRAC,TM,TADDのN=3程度の場合の代表
的な値をTRAC=20ns、TM=70ns、TADD=30ns
とすると、TDIV=120nsとなり極めて高速な除
算を実行できる。前述のように本装置は完全に非
同期式動作で実施でき、とくに乗算装置として先
願の「複数法形高速乗算方式;出願番号54−
067495」を用いるとき、乗算装置は非同期、高速
でh×h桁の乗算において出力積の上位、下位の
桁の線に別々上位下位の積が出力されるので本装
置によく適合する。また加算装置の部分は本装置
では1段の加算器の列で構成され、並列加算方式
であるから他の多段加算の方式に比較して加算時
間がみじかい。上記のごとく、本超高速除算装置
は除数変換装置、乗算装置、加算装置の並列的な
結合によつて構成されることにより高精度、高速
の除算を非同期的に安定に実施できることを特徴
とする。 順次形高速除算装置 1個の高速乗算装置を用い、精度を指定する整
数N回の繰返し演算によつて前記発明装置と同等
の商をうる装置である。 被除数X、除数Yをそれぞれ2進のh桁とし、
乗算装置もh桁×h桁の2進乗算を実施するもの
とする。乗算装置の一方の入力には被除数Xが印
〓〓〓〓
加される。いつぽう除数YはNh桁の変換数に変
換され、h桁のN個の変換数に分割されて、除数
Yで指定される番地に記憶させて作られるN個の
除数変換装置の出力線は共通に結ばれて乗算装置
の他方の入力端に接続され、除数Yはまず出力切
換装置(デマルチプレクサ)によつて、低い桁の
分割変換数の変換装置に入力されると、乗算装置
の他方の入力には当該変換数が入力され、乗算時
間後に出力に積PNが現われ、上下桁に分かれ、
PNH,PNLとなり、出力切換装置によつてPNHは
加算器の列の最下位の加算器の加数端子に加えら
れる。次に除数Yの出力切換装置によつて次の桁
の分割変数が乗算装置に入力され、PN-1が出力
されPN-1HPN-1Lに分かれ、出力切換装置によつ
て最下位の一つ上の加算器と最下位の加算器の一
方の入力に加わり、ここで最下位の加算器の和ビ
ツトが出力されて商の最下位の上のhビツトを与
える。なお最下位の商のhビツトはPNLで与えら
れる。このように順次入力側、出力側の出力切換
装置(デマルチプレクサ)を切換えることによつ
て、商を下の桁の方から順次うる装置である。加
算器の列は1段であり、桁上げの出入力端子は加
算器の間で連結している。本装置では加算時間T
ADDは小さいが、除算時間TDIVは TDIV=N(TRAC+TM+TADD) となり、前記発明装置より大きくなる。第3図は
N=3の場合の装置の構成図を示す。1は乗算装
置を示し、被除数Xは直接一方の入力に印加さ
れ、除数Yは2の出力切換装置によりS1,S2,S3
の順に出力が切換えられ、3,4,5は除数の分
割変換装置で、除数が番地入力されると当該分割
変換数が出力され、1の他方の入力に印加され、
積出力PH,PLを出力し、6,7は出力側にある
出力切換装置で、出力はS1′、S2′、S3′の順に同時
に切換えられて、加算器8,9,10の入力端に
図示のように順次に接続されて加算が実行され、
和ビツトは11,12,13の商レジスタにおか
れ、S1′の出力は商の最下位のh桁レジスタ14
におかれる。15,16,17は前記出力切換装
置2,6,7の出力端子をえらぶ選択制御入力端
子を示す。 第4図は第3図の場合のタイミングを示す時間
図で、t1-1〜t2-1で第1回の演算が終り、t2-1
〜t3-1で第2回、t3-1〜t4-1で第3回が終り順
次式除算装置でN=3の場合の商はここで完全に
商レジスタの上にえられる。なお商レジスタ11
には商の整数部がおかれる。 以上説明したごとく、本発明によると、除算が
乗算と加算に変換され、ROM、乗算器、加算器
によりすべての動作は自動的に高速に実施され、
誤差の範囲が明確に示された結果をうる。なお複
雑多数桁の除算も本装置を基本モジユールとして
実施できる。 8ビツト除算装置で、N=3の精度、並列超高
速形で実施する場合、乗算装置に先願の「複数法
高速乗算方式;出願番号54−067495」を用いると
きの所要のROMは256バイトのものが15個で3840
バイトとなり、4ビツト加算器が30個必要で、こ
の他に除数数が0のときの対数等にわづかの論理
ゲートを必要とする。 末尾の表1はh=8、N=3の場合の除数変換
の表である。
【表】
〓〓〓〓
【表】
【表】
〓〓〓〓
【表】
第1図は本発明装置の数学の援用原理をN=3
の場合について示している。第2図は本発明装置
の並列、非同期的動作にもとづく乗算、加算、除
数変換部の構成を示す。第3図は順次形による乗
算、加算装置を用いた除算装置の基本構成を示
す。第4図は第3図の時間的な順序を示してい
る。 符号の説明、第1図、P1H,P1Lは乗算装置1
の上位、下位積。Coは加算の桁上げ。SH,SL
は和ビツト。第2図、1,2,3;乗算装置、
4,5,6:読取専用記憶装置、7,8,9;加
算器、10,11,12,13;商レジスタ、第
3図、1;乗算装置、2;入力側出力切換装置、
3,4,5;読取専用記憶装置、6,7,;出力
側出力切換装置、8,9,10;加算器、11,
12,13,14;商レジスタ、15,16,1
7;出力切換装置の端子選択信号入力端子、第4
図、TRAC;読取専用装置アクセス時間(呼出し
時間)、TM;乗算時間、TA;加算時間。 〓〓〓〓
の場合について示している。第2図は本発明装置
の並列、非同期的動作にもとづく乗算、加算、除
数変換部の構成を示す。第3図は順次形による乗
算、加算装置を用いた除算装置の基本構成を示
す。第4図は第3図の時間的な順序を示してい
る。 符号の説明、第1図、P1H,P1Lは乗算装置1
の上位、下位積。Coは加算の桁上げ。SH,SL
は和ビツト。第2図、1,2,3;乗算装置、
4,5,6:読取専用記憶装置、7,8,9;加
算器、10,11,12,13;商レジスタ、第
3図、1;乗算装置、2;入力側出力切換装置、
3,4,5;読取専用記憶装置、6,7,;出力
側出力切換装置、8,9,10;加算器、11,
12,13,14;商レジスタ、15,16,1
7;出力切換装置の端子選択信号入力端子、第4
図、TRAC;読取専用装置アクセス時間(呼出し
時間)、TM;乗算時間、TA;加算時間。 〓〓〓〓
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 2進h桁の正整数の被除数Xと2進h桁の正
整数の除数Yを受け、商を得る除算装置におい
て、前記除数Yを受け、除算結果の商の精度を示
す2以上の正整数Nに対して、該除数Yの逆数を
小数点以下Nh桁で近似した小数を、2Nh倍した
Nh桁の正整数なる変換数を、上位桁より順にh
桁ずつ第1乃至第Nの変換数として出力する除数
変換装置(第2図の4,5,6)と;前記被除数
Xと前記第1乃至第Nの変換数をそれぞれ乗算し
て2h桁の積をそれぞれ出力する第1乃至第Nの
乗算装置(第2図の1,2,3)と;前記第1乃
至第Nの乗算装置の出力を受け、前記商を出力す
る商出力部(第2図の7〜13)とを有すること
を特徴とする除数変換形高速除算装置。 2 前記Nが3以上である場合において、前記商
出力部は、前記第1乃至第Nの乗算装置に対応し
た第1乃至第Nの加算器を有し、前記第Nの加算
器(第2図の9)は、前記第Nの乗算装置の2h
桁の積出力のうちの上位h桁と前記第(N−1)
の乗算装置の2h桁の積出力のうちの下位h桁と
を加算するものであり、第i(N>i>1)の加
算器(第2図の8)は、第iの乗算装置の2h桁
の積出力のうちの上位h桁と第(i−1)の乗算
装置の2h桁の積出力のうちの下位h桁と第(i
+1)の加算器の桁上げ出力とを加算するもので
あり、前記第1の加算器(第2図の7)は、前記
第1の乗算装置の2h桁の積出力のうちの上位h
桁と前記第2の加算器の桁上げ出力とを加算する
ものであり、前記商出力部は、前記第Nの乗算装
置の2h桁の積出力のうちの下位h桁と、前記第
1乃至第Nの加算器の出力とを基に前記商を出力
するものである特許請求の範囲第1項記載の除数
変換形高速除算装置。 3 前記Nが2である場合において、前記商出力
部は、前記第1及び第2の乗算装置に対応した第
1及び第2の加算器を有し、前記第2の加算器
は、前記第2の乗算装置の2h桁の積出力のうち
の上位h桁と前記第1の乗算装置の2h桁の積出
力のうちの下位h桁とを加算するものであり、前
記第1の加算器は、前記第1の乗算装置の2h桁
の積出力のうちの上位h桁と前記第2の加算器の
桁上げ出力とを加算するものであり、前記商出力
部は、前記第2の乗算装置の2h桁の積出力のう
ちの下位h桁と、前記第1及び第2の加算器の出
力とを基に前記商を出力するものである特許請求
の範囲第1項記載の除数変換形高速除算装置。 4 前記除数変換装置が、前記除数Yをアドレス
として入力するとそれぞれ前記第1乃至第Nの変
換数を出力する第1乃至第Nの読取り専用記憶装
置にて構成されている特許請求の範囲第1項記載
の除数変換形高速除算装置。 5 2進h桁の正整数の被除数Xと2進h桁の正
整数の除数Yを受け、除算結果の商の精度を示す
2以上の正整数Nに対して、該除数Yの逆数を小
数点以下Nh桁で近似した小数を、2Nh倍してNh
桁の正整数なる変換数に変換する除数変換装置
(第3図の3,4,5)と;該除数変換装置に、
〓〓〓〓
前記変換数を、下位桁より順にh桁ずつ第N乃至
第1の変換数として切換え出力させる入力側切換
装置(第3図の2)と;前記除数変換装置から出
力された第j(N≧j≧1)の変換数と前記被除
数Xとを順次乗算して上位h桁がPjH、下位h桁
がPjLからなる2h桁の積Pjを、第Nの積PNより
第1の積P1へ順次出力する乗算装置(第3図の
1)と;該乗算装置の出力を受け、前記商を出力
する商出力部(第3図の6〜14)とを有するこ
とを特徴とする除数変換形高速除算装置。 6 前記Nが3以上である場合において、前記商
出力部は、前記第1乃至第Nの積P1乃至PNに対
応した第1乃至第Nの加算器を有し、前記第Nの
加算器(第3図の10)は、前記乗算装置より最
初に出力される積PNの上位h桁PNHと次に出力
される積P(N-1)の下位h桁P(N-1)Lとを加算す
るためのものであり、第i(N>i>1)の加算
器(第3図の9)は、前記乗算装置より第i番目
に出力される積P(N-i+1)の上位h桁P(N-i+1)Hと
第(i+1)番目に出力される積P(N-i)の下位
h桁P(N-i)Lと第(i+1)の加算器の桁上げ出
力とを加算するためのものであり、前記第1の加
算器(第3図の8)は、前記乗算装置より最後に
出力される積P1の上位h桁P1Hと前記第2の加算
器の桁上げ出力とを加算するためのものであり、
前記商出力部は、更に、前記乗算装置の出力を前
記入力側切換装置と同期して前記第Nの加算器よ
り第1の加算器へ順次切換えて入力させる出力側
切換装置(第3図の6,7)を有し、前記商出力
部は、前記乗算装置よりの前記第Nの積PNの下
位h桁PNLと、前記第1乃至第Nの加算器の出力
とを基に前記商を出力するものである特許請求の
範囲第5項記載の除数変換形高速除算装置。 7 前記Nが2である場合において、前記商出力
部は、前記第1及び第2の積P1及びP2に対応した
第1及び第2の加算器を有し、前記第2の加算器
は、前記乗算装置より最初に出力される。積P2の
上位h桁P2Hと次に出力される積P1の下位h桁P
1Lとを加算するためのものであり、前記第1の加
算器は、前記積P1の上位h桁P1Hと前記第2の加
算器の桁上げ出力とを加算するためのものであ
り、前記商出力部は、更に、前記乗算装置の出力
を前記入力側切換装置と同期して前記第2の加算
器より第1の加算器へ順次切換えて入力させる出
力側切換装置を有し、前記商出力部は、前記乗算
装置よりの前記第2の積P2の下位h桁P2Lと、前
記第1及び第2の加算器の出力とを基に前記商を
出力するものである特許請求の範囲第5項記載の
除数変換形高速除算装置。 8 前記除数変換装置が、前記除数Yをアドレス
として入力するとそれぞれ前記第1乃至第Nの変
換数を出力する第1乃至第Nの読取り専用記憶装
置にて構成されている特許請求の範囲第5項記載
の除数変換形高速除算装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10767079A JPS5633734A (en) | 1979-08-25 | 1979-08-25 | Divisor conversion type high-speed division system |
US06/194,838 US4374427A (en) | 1979-08-25 | 1980-10-07 | Divisor transform type high-speed electronic division system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10767079A JPS5633734A (en) | 1979-08-25 | 1979-08-25 | Divisor conversion type high-speed division system |
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JPS5633734A JPS5633734A (en) | 1981-04-04 |
JPS6135575B2 true JPS6135575B2 (ja) | 1986-08-13 |
Family
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Family Applications (1)
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JP10767079A Granted JPS5633734A (en) | 1979-08-25 | 1979-08-25 | Divisor conversion type high-speed division system |
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- 1979-08-25 JP JP10767079A patent/JPS5633734A/ja active Granted
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1980
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPS5633734A (en) | 1981-04-04 |
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