SU736112A1 - Устройство дл вычислени коэффициентов фурье - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к вычисли- тэльной технике,

Известно специализированное арифметическое устройство дл  операдиЁ с комплексными числами, которое содержит регистры реальной и мнимой частей исходных, чисел А (К ) и W , четыре поразр дных формировател  произведений (K) ,ЗшА,- ( ЮЗтЧ Dm Д.1К)Яе,,Тг.еК; СЮЗьлХ11/, два комбинационных накапливающих сумматора р-З За счет того, что частичные произведени  формируютс  одновременно на вькодах четырех умножителей, это устройство обладает относительно большим быстродействием, однако, из-аа того, что действи  умножени  и сложени  производ тс  поразр дно, его быстродействие также недостаточно дл  йспользоВгэни  в АУ: работающих в реальном масштабе времени с сигналами, верхн   гр&нична  частота которых больше 4-10 кГи

Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  устройство

ДЛЯ вычислени  коэффициентов , содержащее блоки умножени  и суммирую- шиа блоки, регистры действительной и мнимой части операндов, регистры действительной и мнимой части весового коэффициента , выходы регистров действительной и мнимой части первого операнда и весового коэффициента соединены с первым ьходами соответственно с первого по четвертый блоков умножени , вторые

10 аходы которых соединены соответственно с выходами регистров действитопь- ной и мнимой части весового коэффициента , мнимой и действительной части первого операнда 1.2 J.

15

Операнды А (К) и А.,- ( j ) подаютс  в регистры из буферного запоминающего устройства, а значени  комплексного весового коэффициента поступают из посто нного запоминающего устройства.

20 После приема исходных данньрс начинаетс  процесс вычислений.

Однако несмотр  на пр монение четырех множительных устройств и одновро-

менное выполнение операций умножени , локенп  к вычитани , устройство дает небольшим быстродействием, так как все операции выполн ютс  поспедоватаоьно . по мере поступлени  разр дов, участвующих в данном вычислении чисел, В результате вычислений реальные и мнимые части вычисленных чисел () и {j } оказываютс  записанными в те же регистры, куда записываютс  исходные данные. Поэтому вычислительное устройство не может начать обработку следующих операндов до т ах пор, пока числа А (К) и . ( j ) не будут переписаны в ОЗУ, кроме того не предусмотрено никаких мер по контролю и предотвращению переполнени  масштабной сетки вычислител  в п роцес-. С8 проведени  вычислений,

Целью изобретени   вл етс  повы.шани точности и быстродействи  вычислени .

Достигаетс  это тем, что устройство содержит блоки сдвигов, блок упра злени  сдвигами, промежуточные регистры причем выходы первого и второго блоков умножени  через первый и второй промежуточные регистры подключены к входам первого суммирующего блока, выходы; третьего и четвертого блоков умножени  через третий и четверть промежуточные регистры поД1слючены к аходам второго суммирующего блока, выходы первого, второго суммируюхцих блоков и регистров действительной и мнимой частей второго операндов подключены к первым аходам третьего, четвертого, п того и шестого, суммирующих блоков, вторые входы которых подключены соответсггвен- но к выходам регистров действител1ьной и мнимой частей второго операнда, выходам первого и второго суммируюии.х блоков выходы с третьего по щестой суммирующих блоков подключены к :ахо дам соответствующах промежуточных регистров и к аходу блока управлени  сдвигами, выход которого подключен к первым входам блоков сдви1 а, а их вторые аходы соединены с шинами операндов , выходы блоков сдвига соединены с 1входами регистров действительной и мни мой частей операндов,

На фиг« 1-2 представлена блок-схе- ма вычислительного устройства, на фиг 3 временна  диаграммав

Предла1 аемое устройство содержит блок сдвига 1 реальной част  комплексного , числа А . (К) блок сдвига 2 мни- мой части комплексного числа А (К ) блок сдвига 3 действительной части ком

плаксного числа А (j ) блок сдвига 4 мнимой части комплексного числа А -f (j ), регистр 5 действительной части комплексного числа А. (К), регистр 6

5 МЕШМОй части комплексного числа А. | , регистр 7 действительной части комплексного весового коэффициента W , регистр 8 мнимой части комплексного весового коэффициента W , блоки ум-

0 ножени  9-12, промежуточные регистры 13-16 (регистр 13 произведени  Rt,W, регистр 14 произведени  tlVnA -( K). регистр 15 произведени  { К) UeW , регистр

5 16 произведени  Re Аi (K).j суммирующие блоки 17 и 18, регистр 19 реальной части комплексного числа Aj (i-), регистр 20 мнимой части комплексКОГО числа А - (J ), суммирующее блоки 21-24, блок 25 управлени  сдвигами, регистры 26 и 27 действительной и мнимой частей комплексного числа А j+ / (К) и регистры 28 и 29 действительной и мнимой частей комплексного числа (f ).

Алгоритм работы вычислительного устройства описываетс  следующим образом:

,(j)+A,(KlW, i t --A,()-A 4KlVJ, где (К), -А. ( j )nw - комплексы числа

Кроме того в процессе перемножени  двух комплексных чисел А { К) и W необходимо выполнить четыре операции умножени , одно сложение и одно вычитание

-Re А,, tK)w 1--Яел ЧЮ T ev/-C)w А, (.К) 0 avYACA..tWNWh-uHA Ckme w- ueA.(.

Приведенный алгоритм (1) в предлагаемом устройстве реализуетс  следуто- щим образом.

Claims (1)

1. Подлежащие обработке .комплексные операнды (К) и А { J ), а также значени  весовых комплексных коэффициентов записываютс  соответственно во входные регистры 5,6,18p2Os7,8. Действительна  и мнима  часть каждого числа записываетс  в отдельные регистры. Причем операнды А ( К) и А (j ) поступают во аходные регистры через блока сдвига 1-4j которые по командам из блока управлени  сдвигами 25 могут передать операнды на аход регистров без изменени  или же сдвинутые на один или два разр да вправо. Количество сдви1Х)в составл ет масштабный коэффициент, ко- торый затем учитываетс  в результате вычислений. С выходов регистров 5-8 действиталь ные и мнимые части числа А. (К) и весового коэффициента W поступают на блоки 9-12, На вьрсодах блоков умножени  формируютс  одновременно четыре частичных произведени  ( ) ReVJjOmA- (К) ReA (K)3mW. amA-i (К)- R eW , которые записываютс  в промежуточные регистры 13-1 Введение в структуру устройства про межуточных регистров 13-16 позвол ет операции умножени  и суммировани  выполн ть одновременно, т. е. результаты умножени  операндов А - ( К ) и Ч сумми руютс  согласно алгоритму, а новые опе ранды А ( К+) и V через регистры 5-8 поступают на умножещ1е, С выходов регистров 13-16 частичные произведени  поступают на блоки 17 и 18, на выходах которых формируютс  суммы согласно вьфажени м (2), Зн ачени  сумм ЯйСА Ю М и с выходов блоков 17 и 18, а также действительна  и мнима  части числа (j с выходов регистров 19 и 20 поступают на В.ХОДЫ блоков 21-24, Результаты алгебраического суммировани  в блоках 21 и 22 и вычитани  в блоках 23 и 24 фиксируютс  в регистрах 26-29, На выходах регистров 26 и 27 формируютс  соответственно действительна  и мнима  части операнда Ац (к), а на выходах регистров 28,29 - действительчасти операнда А . :.,. ( j ) на  и мнима  1 -и итерации, после )ReA(jV (Ю ) )--ReK|tj el(Ю Mt3ni/ ;,lj)-3w A:i00 1 Наличие входных регистров 5-8, 19, 2O| промежуточных регистров 13-16 и выходных регистров 26-29 позвол ет в ВУ операции считьтани  операндов из ОЗУ, обработки операндов и записи результатов в ОЗУ производить одновременно , что в значительной мере повышае быстродейстбие устройства в цапом« На временной диаграмме (см, фиг. 3) отрезки времени а,б,в,г соответственно обозначают следующие операции: а - считывание из ОЗУ во входные регистры операндов А (К ),Ч } б - обработка операндов А. (К.) в множительных блоках и запись резульатов обработки в промежуточные регисты; считывание k3 ОЗУ во входные реистры следуюитх операндов (Й, . и А, (J ); в - обрабспка операндов А.- {K),VV. и (j ) в, суьширутощих блоках согласно вьфажени м (2) и (1) и запись результатов обработки в выходные регист- ры; обработка операндов Aj {К+1) и|Х(/ в блоках умножени  и запись результатов обработки в промежуточные регистры считьюание из ОЗУ во входные pe-s гкстры следующих операндов А (К+2), ( J+1) и N51/; г запись из выходных регистров в ОЗУ обработанных операндов А i4 (К) и А.{ (. j ); обработка операндов А ( K-H) и ( +1) в суммирующи-х блоках, согласно выражени м (2) и (1) и запись результатов обработки в выходные регистры; обработка, операндов А К К+2) и в блоках умножени  и запись результатов в променсу- точные регистры, считьшание из ОЗУ во входные регистры следующих операндов А,| (К+З), W к ( J+2) и т.д. Все операции в ВУ выполшпотс  над опарандами, представленными с фиксированным положением зап той.. Дл  достижени  максимальной точное-; ти вычислений и исключени  переполнени  разр дной сетки в предлагаемом устройст не вводитс  автоматическое масштабирование в процессе вычислений. Операнды, поступающие на аходы блоков 5,6, 19 и 20, масштабированы (сдвинуть) таким образом, что 1 Re ЛДКХ|-,|зи1Л:|(КЦ;-, }РхеЦф |,13п,К-(5)4:-J,поэтому на выхооах блоков ,9-12 не может возникнуть резуль тат больше 1/2, В процессе формировани  сумм в соответствии с (2) на выходах блоков 17 и 18 может получитьс , что JR6 A:jCK N« -L шш)Оп., но переполнение разр дной сетки не произойдеТб При формировании сумм в блоках 21-24 в соответствии с вьфажени  ми (1) может возникнуть результат сут мировани  (вычитани ) больше 1/2 или переполнение разр дной сетки ВУ, Дл  тогог чтобы в ЭТОМ случве не произошло потери информации, в блоках 21-24, а также в блоках 26-29 предусмотрен дополнительный разр д, который в процессе вычислеттай фиксирует возможное переполнение Значени  /ReA. (К), /am - (К) ,MRe 4 ( j )| иfOn1,-(i )|, а также сигнал о наличии или отсутствии переполнени  с блоков 21-24 поступа5от в блок управлени  масштабированием 25, .Сигналы О сдвигов, 1 сдвиг и 2 сдвига с выхода блока у рааленк  сдвигами 25 поступают на входы блоков сдвига 1-4, которые в соответствии с этими сигнала1 та передают значени  опе- рандов на вх.оды регистров 5,6, 19 и 20 на следующей итерации без измеи9 ни  или сдвинутые на один или два разр да вправо. .Арифметическое устройство, реализую щеа алгоритм быстрогр праобрааовани  Фурье, обладает большим быстродействием , что позвол ет при его использоваНИИ в специализированных вьиислит1зль« ных устройствах значительно повысить верхний частотный предал обрабатьгаа& мых процессов. Сравнительно проста  аппаратурна  реализаций} больша  точность вычислений  вл ютс  основой дл  получени  экономического эффекта при использовании предлагаемого устройства. Формула изобретени  Устройство дл  вычислени  коэф(}эииие тов Фурье, содержащее блоки умножени  и суммирующие блоки, регистры действительной и мнимой части операндов, ре гистры действительной и мнимой части весового коэффициента, выходы регистров действительной и мнимой части первого операнда и весового коэффициента соеди нены с первыми входами соответствен но с первого по четвертый блоков умножени , вторые входы которых соединены соответственно с выходами регистров действительной части и мнймой части весового коэс|)фш1иенга, мнимой части и Действительной части первого оиератща, о т л и ч а ю ш и е с   том, что, с целью повышени  точности и .быстродейстВИЯ вычислени , устройство содержит блоки сдвигов, блок управлени  сдвигами, промежуточные регисары, причем выходы первого и второго блоков умножени  через первый и второй промежуточные регистры подключены к входам первого сул/пугарующего блока выходы третьего и четвертого блоков умножепи  через третий и четвертью промежуточные регистры подключены к входам второго суммирующего блока, выходы napBoz-o, второго суммнрую1ци.х блоков и регистров действительной и мнймой частей второго опера щов подключены к первым аходам третьего, четвертого, п того и шестого суммирующих блоков, вторые входы KOI Oрых Подключены соответственно к выходам регистров действительной и мнимой частей второго операнда, выходам первого и второго суммирующих блоков, вьрсоды с третьего по шестой суммирующих блоков подключены ко входам соответствующих промежуточных регистров и к входу блока управлени  сдвигами, выход которого подключен к первым входам блоков сдвига, вторые входы которых соединены с шинами операндов, выходы блоков сдвига соединены с входами регистров действительной и мнимой части операндов. Источники .информации, прин тые во внимание при экспертизе 1в Авторское свидетельство СССР № 399859, 006 F 7/38, 1973. 2, Авторское свидетельство СССР № 421994, 606 F 15/34,30,03,74.

   .,.

   ; t, f-.. - 7

   - : Ш112

   /7

   т

   Zl

   Считывание из ОЗУ

   .