SU857979A1 - Вычислительное устройство дл поворота вектора - Google Patents

Description

J(54) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВОРОТА

ВЕКТОРА

I

Изобретение относитс  к цифровой вычислительной технике и может быть использовано дл  выполнени  операции поворота вектора в сэпециалиэированных процессорах.

Известно вычислительное устройство, содержащее четыре сумматора-вычйтател , коммутирующих блока, два регистра сдвига. Это устройство вьтолн ет поворот вектора с одновременной коррекцией результата 11 и 2.

Недостатком этого устройства  вл етс  большой объем оборудовани .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемсшу изобретению  вл етс  вычислительное ус юйство дл  поворота вектора, содержащее два сумматора-вычйтател , выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго регистров, выходы которых соединены с первыми входами первого и второго сдвигателей соответственно, первые входы первого и второго мультиплексоров  вл ютс  входами устройства, выходы первого и второго регистров  вл ютс  выходами устройства и соединены с первыми входами соответственно первого и второго сумматоров -вычитателей, а

также с входами соответственно третьего и четвертого регистров, выходы которых соединь ны со вторыми входами второго и первого мультиплексоров соответственно, выходы первого мультиплексора и первого сдвигател  через nepBjao группу элементов И соединены с вторым входом второго сумматора-вычйтател , а выходы второго мультиплексора и второго сдвигател  через вторую группу элементов И соединены с вторым входом первого сумматора-вычйтател .

to при этом управл ющие входы первого и второго мультиплексоров соединены вместе и  вл ютс  первым кодовым входом устройства, управл ющие входы первого и второго сдвигателей также соединены вместе и  вл ютс  вторым кодоIS вым входом устройства, управл ющие входы первого и второго сумматоров-вычитателей  вл ютс  соответственио третьим и четвертым кодовыми входами устройства.

Это устройство обеспечивает поворот векто20 ра, заданного своими проекци ми, которые представл ютс  п-разр дными двоичными числами и, коррекцию результата поворота. Пово рот и коррекш1  в этом устройстве вьтолн готс  последовательно, затрачива  на обе эти операции 2п итераций 3. Недостатком этого устройства  вл етс  низкое быстродействие, объ снимое большим временем коррекции результата поворота, которое может еще больше увеличиватьс  из-за необходимости проведени  дополнительно подготови тельных пересылок информации между регистрами. Цель изобрететш - увеличение быстродействи  устройства. Указанна  цель достигаетс  тем, что в вычислительное устройство дл  поворота вектора, содержащее четыре регистра, два мультиплексора , два сумматора вычитател , выходы которых соединены с входами соответственно первого и второго регистров, выходы которых соединены с информационными входами первого и второго сдвигателей соответственно, первые информационные входы первого и второго мультиплексоров  вл ютс  информационными входами устро ства, вторые информационные входы первого и второго мультиплексоров соединены с выходами соответственно третьего и четвертого регистров, Заправл ющий вход первого мультиплексора и управл ющий вход первого сдвигател   вл ютс  соответственно первым и вторым управл ющим входами устройства, а управл ющие входы первого и второго сумматоров-вычитателей соответ ственно - третьим и четвертым зшравл ющими входами устройства, введены п тый и шестой регистры, при этом вход п того регистра соеди нен с входами первого и четвертого регистров, а выход п того регистра соединен с третьим и четвертым информационными входами первого мультиплексора, вход шестого регистра соединен 35

с входами второго и третьего регистров, а вьь ход шестого регистра соединен с третьим информационным входом второго мультиплексора, четвертый информационный вход которого соединен с выходом третьего регистра, выходы первого и второго мультиплексоров соединены с первыми информационными входами соответственно первого и второго сумматоров-вычитателей , вторые информационные входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго сдвигателей, выходы сумматоров-вычитателей  вл ютс  информационными выходами устройства, управл ющие входы второго мультиплексора и второго сдвигател   вл ютс  соотретственно п тым и шестым управл ющими входами устройства.

На чертеже представлена структурна  схема вычислительного устройства дл  поворота вектора .

Устройство, содержит регистры 1-6 дл  хранени  начальной и промежуточной числовой информации, мультиплексоры 7 и 8 (четыре информационных входа, один выход), сдвигатели

зацию этапа I.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства в процессе вьшолиени  этапа 11 и коррекции , которые представл ют собой итерациойные процессьь Начало итеращш есть момент подачи управл ющих сигналов на регистры, мультиплексоры, сдвигатели, сумматоры-вьпштатели . Управл ющие сигналы обеспечивают подключение соответствующих входов мультиплексоров 7 и 8, сдвиг на требуемое число разр дов сдвигател ми 9 и 10, выполнение требуемой операции сумматорами-вычитател ми 11 и 12. Концом итерации  вл етс  установление на выходах сумматоров-вьиитателей II и

12 результата конкретаой операции.

Начальными данными этапа Т Г  вл ютс  (j, Уд- И набор f , соответствующих углу 0Q. Перед выполнением этапа II по формулам (3),(4) на данном устройстве необходимо

осуществить подготовительную итерацию. Она заключаетс  в том, чтобы начальные услови  подать на вход определенных регистров. Пусть на входе 13 присутствует XQ, на входе 14 - уд. 4 и 10 на () разр дов, ,..., со стробиованием , сумматоры-вычитатели 11 и 12. инормационные входы 13 и 14 устройства, инормационные выходы 15 и 16 устройства, перый и второй управл ющие входы 17 и 18 стройства, третий и четвертый управл ю1дие ходы 19 и 20 устройства, п тый и щестой упавл ющие входы 21 и 22 устройства, входы 23-30 мультиплексоров 7 и 8. Поворот вектора осуществл етс  по следующим зависимост м. t Q.vr.-f.oirrtcra, Этап 1 n-f 1 -( (Л0,. . i.,-vfri:. V V f . 1 где 1 0,1,..., п-1; 90- угол поворота; XQ, Уд- начальные координаты вектора. Полученные в результате этой процедуры значени  х. у в К раз больше истинных координат вектора после поворота. Поэтому необходима коррекци  полученных результатов, то есть надо найти Y, , где К коэффивдеит деформации вектора. Этап Г в данном устрюйстве без потери общности не выполн етс  ввиду того, что устройство используетс  в режиме, когда углы хран тс  в пам ти в требуемом виде, т. е. в виде набора , ранее вычисленных. Использование данного устройства в другом режиме легко осуществить, дополнив необходимыми известными схемами, обеспечивающими реалиВ результате подготовительной итерации необходимо обеспечить на выходе сумматора-вычитател  11 зиачение х, что достигаетс  подключением входа 23 мультиплексора 7, обеспечением на выходе сдвигател  9 нул  за счет сн ти  стробирующего сигнала, установкой ко|Да суммировани  на сумматоре-вычитателе И. Аналогичным образом на вьтходе сумматоравычитател  12 получаем у. Перва  итераци  этапа 1Г начинаетс  с записи в регистры 1 и 4 значени  в регистры 2 и 3 записываетс  у. В вычислении формулы (3) принимают участие регистры 1 и 3, мультиплексор 7, сдвигатель 9, сумматорвьиитатель 11. На выходе сумматора-вычитател  11 имеем у. Одновременно вычисл етс  формула (4) с участием регистров 2 и 4, мультиплексора 8, сдвигател  10, сумматора-вычитател  12. На выходе сумматора-вычитател  12 имеем х. Втора  итераци  начинаетс  с записи х в регистры 2 и 3 и записи у в регистры 1 и 4 На выходе сумматора-вычитател  11 имеем к, на выходе сумматора-вычитател  12 - у-. И так далее. Таким образом, если на вход 13 подан XQ, а на вход 14 - у.,, то на нечетной итеридии с сумматора-вычитател  11 получаем значение v-, с сумматора-вычитател  12 - х. На четной итерации наоборот: с сумматора-вычи тател  11 - х., с сумматора-вычитател  12 - Коррекци  полученных результатов х, Уп будет осуществл тьс  последовательно. Сначала корректируетс  х, затему. Перед вьшолнением коррекции х и у необходимо провести подготовительные итерации. Подготовительна  итераци  дл  коррекции х состоит в следующем. Значение х с выхода сумматора-вычитател  11 записываетс  в регистры 5, 1 и 4, а значение у с сумматоравычитател  12 записываетс  в регистр 3, где хранитс  до окончани  коррекдаи х,. С выхода сумматора-вычитател  12 имеем х„. Значение полученное с сумматора-вычитател  11 на этой итерации, безразлично: оно не будет записыватьс  в регистры. Перва  итераци  коррекции х у начинаетс  с записи Xj, в регистры 2 и 6. В регистрах 1 и 5 х уже записано. Коррекци  заключаетс  в умножении х на константу- -. Двоичное представление этой константы, полученной дл  31-й. итерации, имеет вид: - 0,1001101101110100111011011010100 Алгоритмы умножени  на константу} можно представить в виде следующей итерационной процедуры где XY,.J- промежуточное значение, получаемое в результате i-ой итерации коррекции Ш1 J-OM cj MHTope-вычитателе , 2, 3, 4; j 11, 12); х„- корректируема  величина; х„ - результат коррекции. э Подготовительна  итераци  дл  коррекции Уf заключаетс  в том, чтобы обеспечить на входе регистров 5,1,6,2 значение у, которое хранилось в регистре 3. Коррекц)1  у осуществл етс  с помощью той же итерацио1шой процедуры, котора  иоюльзуетс  при коррекции х. В таблице представлено начальное состо ние всех компонентов вычислительного устройства дл  поворота вектора дл  всех итераций коррекции , в том числе подготовительных. Символом - показано безразличное состо ние компонента. Код сумматора-вычитател  О означает сложение , 1 - вычитание, Введение двух новых регистров и р да дополнительных св зей в устройство позволило получить уменьшение времени на коррекцию результата поворота вектора по методу Волдера. Так, в известном устройстве дл  осуществлени  коррекции результата,  вл ющегос  двум  32разр дными двоичными числами, требуетс  32 гтерации (сдвиг, суммирование-вычитание, запись в регистры), не счита  подготовительных. При использовании предлагаемого изобретени  достаточно выполнить п ть итераций на одно 32-разр дное число, также не счита  одной подготовительной . Врем , затрачиваемое на выполнение зтих п ти итеращи на современной элементной базе, не превыщает 1 мкс. Последовательное, а не параллельное выполнение коррекции двух чисел результата позвол ет совместить счет и вьщачу результата в 32-разр дном формате из специализированного процессора в ЦВМ, что также сокраиадет общее врем  получени  результата (ЦВМ -спецпроцессор ЦВМ

Кроме того, данное устройство без изменени  микропрограммы коррекции может выполн ть коррекцию двух 16-разр дных двоичных чнселлараллельно, что занимает четыре вычислительных итерации, формулы (5), (7), (9), (11). Так как результат и в этом случае формируетс  в виде 32-разр дного слова (два 16разр дных слова), его также удобно выдавать в ЦВМ.

Эффективность данного устройства по сравнению с известным характеризуетс  относительным увеличением быстродействи . Увеличение быстродействи  Д1Тй 32-разр дных чисел 34%.

Увеличение быстродействи  дл  16-разр дных чисел « 37,5%.

Такое увеличение быстродействи  оправдывает введение двух дополнительных регистров,

которое практически не сказываетс  на увеличении оборудовани .

Данное устройство может работать и с другими форматами данных, -например с 24-разр дными . В этом случае можно либо примен ть

приведенную в описании микропрограмму дл  коррекции 32-разр дных слов, так как константы коррекции совпадают в 24-разр дах, либо разработать новую микропрограмму, чем можно добитьс  уменьшени  числа итераций

на коррецию.

Claims (3)

1.Авторское свидетельство СССР М 445042, кл. G 06 F 7/38, 1973.

2. Transactions on Computers.- 1974, vol. c-23, W 10, pp. 993-1001 (npoтотип ).

3.Байков В. Д. и др. Аппаратурна  реализаци  элементарных функций в ЦВМ. Л., ЛГУ, 1975, с. 67-76.