Другие предметы \ Схемотехника

Проектирование принципиальной схемы устройства вычисляющего экспоненциальную функцию EXP(x)

Страницы работы

26 страниц (Word-файл)

Посмотреть все страницы

Скачать файл

Содержание работы

Задание

Спроектировать принципиальную схему устройства вычисляющего экспоненциальную функцию EXP(x).

Критерий оптимизации - быстродействие.

Разрядная сетка процессора - 16 разрядов

Элементная база - цифровые ИМС серий КР1533, К556, К155.

Метод вычисления - «Цифра за цифрой».

Введение

Научно-технический прогресс, развитие современной научной мысли, развитие практически всех отраслей народного хозяйства тесно связаны с использованием электронных вычислительных машин и вычислительных систем. Можно утверждать, что успешное разрешение современных научных и технических проблем в значительной степени зависит от уровня развития электронной вычислительной техники. В связи с этим во всём мире уделяется большое внимание развитию и совершенствованию средств электронной вычислительной техники и программному обеспечению [3, 7, 8].

Широкое применение специализированных процессоров характерно 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

3. 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.

В данном курсовом проекте рассмотрен пример аппаратного специализированного процессора для вычисления экспоненциальной функции EXP(x).

Аналитический обзор существующих методов

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

· Разложение в ряд Тейлора

· Аппроксимация с помощью различного рода полиномов наилучшего приближения

· Цепные дроби

· Рациональные дроби

· Табличные методы

· Итерационные методы

Кратко охарактеризую каждый из выше перечисленных методов. Степенные полиномы (отрезок ряда 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.