Специализированный процессор для вычисления числа log2 (x)

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Хабаровский Государственный Технический Университет

                                                                                                                        Кафедра ВТ

Курсовой проект

по дисциплине Схемотехника

тема: Специализированный процессор для вычисления числа log₂ (x)

      Выполнил: студент группы                                                    ВМ-51Олейник К.В.

Проверил:  доцент кафедры

                                                                                                                  ВТ Милютин В.М.

г. Хабаровск

1998 г.

Содержание

1.Введение

1.1 Краткий объем специализированных процессоров

1.2 Аналитический обзор существующих методов

2.Алгоритм

3.Регистровая блок схема

4.Описание функциональной схемы

5.Список используемых микросхем

6.Описание работы принципиальной микросхемы

7.Расчет аналоговых систем

7.1Расчет схемы сброса по питанию

7.2Расчет резисторов установки логической «i»

7.3 Расчет конденсаторов индивидуальной развязки

8.Расчет быстродействия и потребляемой мощности

9.Выводы

10.Литература

11.Приложения 1

12.Приложения 2

1.Введение

1.1 Краткий объем специализированных процессоров

Широкое применение специализированных процессоров характерно в настоящее время для самых разнообразных систем обработки информации, начиная от мультипроцессорных систем, и включая высокопроизводительные многопроцессорные вычислительные комплексы. Во всех этих случаях специализированные процессоры, будучи ориентированные на решение определенного класса задач, позволяют добиться максимальной производительности в рамках используемой элементарной технологической базы. Их применение в многопроцессорных системах семейства EC- ЭВМ, а так же в системах Intel8087, AMD 9511, TRW, MRY-16 намного повысило быстродействие систем, а также позволило распараллелить процесс решения широкого круга задач.

Специализированные процессоры  служат для решения узкого круга задач. Они применяются в качестве автономных вычислителей, контроллеров, и т.д.

Специализированные процессоры реализуются в трех основных видах:

1.  Программный специализированный процессор (ПСМ).

Для него характерно:

·  Развертка вычислительных процессоров во времени

·  Отсутствие возможности ввода новых команд

·  Взаимная пересылка информации между ОЗУ и процессором

·  Низкое быстродействие для относительно сложных задач

·  Максимальная гибкость

2. Микропрограммный специализированный процессор (МПСП).

Для него характерно:

·  Возможность введения новых команд-микропрограмм

·  Имеется доступ к системе микрокоманд основного процессора

·  Команды микропрограммы реализуются на ПЗУ, ПЛМ

·  Более эффективны по сравнению с ПСМ

·  Менее гибкие по сравнению с ПСМ

1.  Аппаратные специализированные процессоры

Для него характерно:

·  Высокая схема параллелизма за счет введения дополнительного оборудования

·   Минимальное количество промежуточных  пересылок между регистрами и ОЗУ

·  Максимальное быстродействие

·  Отсутствие гибкости («жесткая логика»)

Выбор типа специализированного процессора связан с методами, алгоритмами вычислений и структурной организацией основного процессора. Так например, если процесс происходит в реальном масштабе времени, то разумно будет применить аппаратный специализированный процессор.

Критерием оптимизации в поставленной задаче является быстродействие, следствием которого жесткая логика и минимальное количество промежуточных пересылок между регистрами и ОЗУ.

На основании всего выше сказанного можно сделать вывод, что проектируемый специализированный процессор, будет иметь вид аппаратного специализированного процессора.

1.2. Аналитический обзор существующих методов

Существует большое количество методов вычисления элементарных функций. Лишь некоторые из них нашли применение в цифровой технике:

1.Разложение в ряд Тейлора

2.  Аппроксимация с помощью различного рода полиномов наилучшего приближения

3.  Цепные дроби

4.  Рациональные дроби

5.  Табличные методы

6.  Итерационные методы

Кратко охарактеризую каждый из выше перечисленных методов. Степенные полиномы (отрезок рада Тейлора, полином Чебышева и т.д) вычисляются в ЦВМ чаще всего по схеме Горнера. Время необходимое для вычисления полинома при разложения функции произвольного вида равно t_пол=m(t_умн+t_сл), где m – степень полинома, t_умн  - время операции умножения, t_сл – время операции сложения.

Преимуществом разложения в ряд Тейлора является возможность вычисления коэффициентов члена ряда в процессе работы. В связи с этим отсутствует необходимость запоминать их  в памяти машины, как это требуется при полиномиальной аппроксимации по Чебышеву. Однако такой способ определения коэффициентов требует значительного времени вычисления. Недостатком использования ряда Тейлора является также его медленная сходимость при вычислении функции ln(x), arctg(x), arcsin(x), что приводит к большому времени  вычисления и накоплению значительной инструментальной погрешности. Кроме того, при этом способе методическая погрешность монотонно возрастает с увеличением аргумента. Для уменьшения влияния этого вида погрешности аргумент предварительно сводят в более узкую область с помощью предварительных преобразований.