Серия:
Наука. Вычислительная техника
Автор:
Хмельник Соломон Ицкович
Copyright © 2006 by Solomon I. Khmelnik
Кандидат технических наук.
Научные интересы: вычислительная техника, электро-энергетика.
Имеет свыше 200 изобретений, статей, книг. Среди них – работы по теории и моделированию математических процессоров для операций с различными математическими объектами – комплексными числами, векторами, геометрическими фигурами, функциями, алгебраическими и транс- цендентными уравнениями.
[Книга 9] |
Аннотация
В книге рассматривается теория и применение позиционного кодирования комплексных чисел и векторов.
Предпочтение, отдаваемое именно позиционным кодам, объясняется тем, что с ними очень просто выполняются арифметические операции.
Так, вне зависимости от объекта кодирования, сложение позиционных кодов связано с распространением переносов от младших разрядов к старшим, а умножение и деление состоит из сдвигов и алгебраических сложений.
Метод «цифра-за-цифрой» вообще применим только в сочетании с позиционной системой кодирования.
Далее показано, что с позиционными кодами комплексных чисел и векторов выполнимы операции алгебраического сложения, векторного, скалярного и специального умножения, деления комплексных чисел и векторов.
Это может быть использовано при построении процессоров, оперирующих с комплексными числами и векторами в целом. Такой процессор требует более простого алгоритма для решения задач, а при данном алгоритме работает по более короткой программе и обладает повышенным быстродействием.
Для оценки этих величин можно указать, например, что программа векторного умножения векторов, заданных тремя числами, содержит 6 операций умножения и 3 операции вычитания.
Описываются аппаратно-реализуемые алгоритмы кодирования, декодирования, арифметических операций, вычисления элементарных функций и др.
Приводятся схемы основных вычислительных блоков. Описываются программы моделирования в системе MATLAB.
Книга ориентирована на студентов, инженеров и разработчиков специализированных процессоров.
Предлагаемые в книге алгоритмы и устройства разрабатываются в виде моделей на VHDL и FPGA.
Подробное оглавление книги:
- Предисловие
- История вопроса
- Литература
- Часть 1. Теория
- Глава 1. Позиционные коды комплексных чисел и векторов
- О методе позиционного кодирования
- Два способа синтеза кодов комплексных чисел
- Метод кодирования точек многомерного пространства
- Арифметические системы кодирования
- Коды действительных чисел
- Коды комплексных чисел
- Коды многомерных векторов
- Глава 2. Точность кодирования
- Область представимых чисел
- Область представимых модулей
- Погрешности конечных кодов
- Коды с плавающей точкой
- Глава 3. Поразрядные арифметические операции
- Порязрядные операции
- Первый алгоритм поразрядных операций
- Второй алгоритм поразрядных операций
- Поразрядные операции при отрицательном основании
- Глава 4. Алгоритмы кодирования и декодирования комплексных чисел
- Глава 5. Умножение
- Специальная алгебра в векторном пространстве
- Умножение многомерных векторов
- Скалярное и векторное умножения
- Глава 6. Метод «цифра за цифрой»
- Введение
- Декомпозиции
- Вступление
- Алгоритм декомпозиции
- Варианты декомпозиций
- Композиции
- Двухшаговые операции
- Введение
- Алгоритм вычисления функций
- Об аппаратной реализации
- Глава 7. Деление
- Метод деления
- Деление комплексных чисел по основанию
- Деление действительных чисел в системе с основанием «-2»
- Деление трёхмерных векторов
- Глава 8. Вычисление функций комплексного переменного
- Логарифмирование
- Определение натурального логарифма комплексного числа (var. 1)
- Вычисление логарифма модуля комплексного числа
- Определение натурального логарифма комплексного числа (var. 2)
- Определение натурального логарифма положительного действительного числа
- Определение натурального логарифма отрицательного действительного числа
- Определение натурального логарифма действительного числа
- Потенцирование
- Потенцирование комплексного числа
- Потенцирование действительного числа
- Операции с логарифмическими формами
- Логарифмическая форма представления комплексного числа
- Формирования логарифмической формы
- Возврат из логарифмической формы
- Алгебраическое сложение логарифмических форм
- Умножение логарифмической формы на целое число
- Переполнения
- Извлечение квадратного корня
- Извлечение квадратного корня из комплексного числа
- Извлечение квадратного корня из сопряженного числа
- Извлечение корня из положительного действительного числа
- Полярные координаты
- Вычисление модуля комплексного числа
- Вычисление аргумента комплексного числа (вариант 1)
- Вычисление аргумента комплексного числа (вариант 2)
- Вычисление полярных координат
- Возврат из полярных координат
- Вычисление синуса и косинуса действительного числа
- Определение полуквадранта
- Сегментация перед извлечением корня
- Сегментация после извлечения корня
- Сегментация для логарифмирования
- Операции с полярными формами
- Полярная форма представления комплексного числа
- Умножение показательных форм
- Поворот показательной формы
- Сложные функции
- Глава 9. Решение уравнений
- Метод «цифра за цифрой» и трансцендентные уравнения
- Определение корней степенного полинома
- Дифференциальные уравнения
- Решение квадратных уравнений
- Решение трансцендентных уравнений методом Мюллера
- Часть 2. Моделирование
- Глава 1. Моделирование устройства извлечения квадратного корня из комплексных чисел
- Введение
- Извлечение квадратного корня
- Композиции
- Декомпозиции
- Область представления чисел
- Оценка быстродействия
- Оптимизация по быстродействию
- Sqrt – нормализация
- О сходимости
- Некоторые сравнения
- Глава 2. Моделирование устройства для потенцирования и логарифмирования комплексных чисел
- Введение
- Композиции
- Декомпозиции
- Область представимых чисел
- Оценка быстродействия
- Оптимизация по быстродействию
- Дополнительные функции устройства
- Вычисление ортокомплексного числа
- Вычисление логарифма модуля и аргумента комплексного числа
- Вычисление корня квадратного и логарифма комплексного числа
- Глава 3. Моделирование устройства для вычисления одного корня степенного полинома
- Композиции
- Декомпозиции для решения нормального квадратного трёхчлена
- Root – нормализация при вычислении одного корня степенного полинома
- Введение
- Root-нормализация по углу
- Root-нормализация по модулю
- Полная root-нормализация
- Часть 3. Аппаратура
- Глава 1. Представление чисел
- Вступление
- Р-коды
- М-коды
- С-коды
- Глава 2. Алгебраическое сложение М-кодов
- Одноразрядные схемы алгебраического сложения М-кодов
- Инвертор
- Инвертор – удвоитель
- Инверсный сумматор
- Сумматор
- Вычитатель
- Алгебраический сумматор
- Вычитатель с удвоением
- Инверсный вычитатель c добавлениями
- Вычитатель c добавлениями
- Вычитатель c уменьшениями
- Знакоопределитель
- Многоразрядные схемы алгебраического сложения М-кодов
- Линейные схемы
- Вычитатель разреженных кодов с добавлением 2
- Вычитатель разреженных кодов с вычитанием 2
- Инверсный вычитатель разреженных кодов с добавлением 2
- Многоярусные схемы
- Трёхярусный алгебраический сумматор
- Трёхярусный сумматор
- Трёхярусный вычитатель
- Знакоопределитель
- Глава 3. Алгебраическое сложение С-кодов
- Многоразрядные схемы алгебраического сложения С-кодов
- Алгебраический сумматор мантисс С-кода
- Полный алгебраический сумматор мантисс С-кода
- Операции алгебраического сложения С-кодов
- Унарные операции с целыми кодами
- Унарные операции с нецелыми кодами
- Бинарные операции с целыми кодами (Bini)
- Bini с запоминанием переполнения
- Bini с учётом предыдущего переполнения
- Bini с учётом предыдущего переполнения и запоминанием переполнения
- Bini удвоенной точности
- Бинарные операции с нецелыми кодами (Binf)
- Глава 4. Групповой перенос
- Теория группового переноса
- Введение
- Определение критических комбинаций
- Синтез логических формул для схемы выработки переноса
- Схема замещения
- Алгебраические сумматоры М-кодов с групповым переносом
- Введение
- Инверсный сумматор с нечётным групповым переносом
- Инверсный сумматор с чётным групповым переносом
- Инвертор с нечётным групповым переносом
- Инвертор с чётным групповым переносом
- Глава 5. Кодирование и декодирование
- Устройства кодирования и декодирования действительных чисел
- Прекодер Р-кода в М-код
- Кодер положительного P-кода в М-код
- Кодер Р-кода в М-код с добавлением
- Декодер М-кода в Р-код
- Блок декодирования М-кода в Р-код
- Распределитель частей кода
- Операции кодирования и декодирования комплексных чисел
- Введение
- Кодирование пары целых Р-кодов в целый С-код
- Декодирование целого С-кода в пару целых Р-кодов
- Кодирование пары Р-кодов в пару С-кодов
- Декодирование С-кода в пару Р-кодов
- Кодирование пары Р-кодов в С-код
- Выделение целой и дробной части С-кода
- Выделение целой части С-кода
- Выделение дробной части С-кода
- Преобразование экспоненты в целый С-код
- Преобразование экспоненты в С-код
- Преобразование целого С-кода в экспоненту
- Преобразование С-кода в целый С-код
- Преобразование целого С-кода в С-код
- Глава 6. Специальные логические операции
- Нормализация
- Выравнивание экспонент
- Сдвигатели
- Сдвигатель мантиссы - первый вариант
- Cдвигатель мантиссы - второй вариант
- Сдвигатель мантиссы - третий вариант
- Компараторы
- Блок сравнения С-кодов по модулю
- Блок сравнения М-кодов по длине
- Операции сравнения
- Сравнение по длине
- Сравнение по модулю
- Сравнение по длине кодов действительных и мнимых частей
- Сравнение по модулю действительных и мнимых частей
- Сравнение по длине комплексных кодов с плавающей точкой
- Сравнение экспонент
- Схемы и операции с биномами
- Схемы умножения на бином
- Операции с биномами
- Коллектор
- Устройство коллектора
- Блок поиска триады
- Логический блок
- Ускоренный логический блок
- Трёхразрядная логическая схема
- Одноразрядная логическая схема
- Операции с коллектором
- Чтение Н-разряда коллектора
- Обнуление Н-разряда коллектора
- Добавление «1» в Н-разряд коллектора
- Поиск первого элемента в коллекторе
- Поиск следующего элемента в коллекторе
- Установка максисмума в счётчике коллектора
- Глава 7. Умножение
- Метод умножения М-кодов
- Матричные умножители
- Инверсный матричный умножитель М-кодов
- Матричный квадратор М-кодов
- Матричный умножитель М-кодов
- Матричный умножитель С-кодов
- Матричный квадратор C-кодов
- Сложение группы кодов
- Формирование группы слагаемых при умножении
- Составные умножители
- Умножитель М-кодов с деревом Уоллиса
- Умножитель М-кодов с прекомпрессором
- Умножитель М-кодов на квадраторах
- Умножитель С-кодов на квадраторах
- Операции умножения М-кодов и С-кодов
- Умножение комплексных чисел
- Квадрат комплексного числа
- Квадрат модуля комплексного числа
- Центроафинное преобразование
- Скалярное умножение комплексных чисел
- Умножение целых комплексных чисел
- Квадрат целого комплексного числа
- Квадрат модуля целого комплексного числа
- Центроафинное преобразование целого комплексного числа
- Афинное преобразование целого комплексного числа
- Быстрое преобразование Фурье целых комплексных чисел
- Умножение действительных чисел
- Квадрат действительного числа
- Детерминант квадратной матрицы действительных чисел
- Умножение матрицы на вектор для действительных чисел
- Умножение целых действительных чисел
- Квадрат целого действительного числа
- Умножение четырёх пар целых действительных чисел
Полное Cодержание книги, а также её начало (Введение) в формате *.doc, ~252 кб, Вы можете скачать вот по этому адресу -
Компьютерная арифметика комплексных чисел и векторов []
|