JPH0644227B2 - 三角関数演算装置 - Google Patents
三角関数演算装置Info
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- JPH0644227B2 JPH0644227B2 JP62289911A JP28991187A JPH0644227B2 JP H0644227 B2 JPH0644227 B2 JP H0644227B2 JP 62289911 A JP62289911 A JP 62289911A JP 28991187 A JP28991187 A JP 28991187A JP H0644227 B2 JPH0644227 B2 JP H0644227B2
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- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
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- 239000004072 C09CA03 - Valsartan Substances 0.000 description 1
- 101001106432 Homo sapiens Rod outer segment membrane protein 1 Proteins 0.000 description 1
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- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
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- Complex Calculations (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、計算機における三角関数の演算装置に関する
ものである。
ものである。
三角関数sinθ,cosθは、2πあるいは360°を周期
とする関数であり、この関数の演算は科学技術計算を取
り扱う計算機にとって是非とも備えなければならない機
能の一つである。
とする関数であり、この関数の演算は科学技術計算を取
り扱う計算機にとって是非とも備えなければならない機
能の一つである。
sinθ,cosθの周期関数としての性質により、0<θ<
π/4のsinθ,cosθが演算できれば、任意のθについ
ての三角関数が得られることは周知である(一松信著:
初等関数の数値計算,教育出版)。以下、0<θ<π/
4においてのsinθ,cosθの算法について述べる。
π/4のsinθ,cosθが演算できれば、任意のθについ
ての三角関数が得られることは周知である(一松信著:
初等関数の数値計算,教育出版)。以下、0<θ<π/
4においてのsinθ,cosθの算法について述べる。
従来、この関数を演算する方式としてはテイラー級数展
開や、チェビシェフ展開などによる多項式関数近似 f(x)=a0+a1・x+a2・x2+……+an・xn (1) によって求める方式がある。
開や、チェビシェフ展開などによる多項式関数近似 f(x)=a0+a1・x+a2・x2+……+an・xn (1) によって求める方式がある。
しかし、いずれの方式も、多くの乗算を必要とするた
め、高速な乗算器を持たない計算機では演算時間が長く
なるという欠点があった。
め、高速な乗算器を持たない計算機では演算時間が長く
なるという欠点があった。
また、マイクロプログラム制御の計算機に適した三角関
数演算方式としてCORDIC(COrdinate Rotation D
Igital Computer)がある。
数演算方式としてCORDIC(COrdinate Rotation D
Igital Computer)がある。
以下にCORDICの算法を示す。
(0≦θ<π/2)を初期値とする。
[2]k=0,1,2,……,n−1に対して、[3]を反復
する。
する。
[3]Vk0ならばak=+1 Vk0ならばak=−1として xk+1=xk−ak×2−k×yk (3) yk+1=yk+ak×2−k×xk (4) vk+1=vk−ak×γk (5) ただし、γk=arctan(2−k) (6) [4]cosθ=xn,sinθ=yn (7) が同時に得られる。
CORDICは、加算,減算及び右シフトによって演算
できるため、高速な乗算器を持たない計算機では有効で
ある。しかし、nビットのsinθ,cosθを求めるため
に、単位演算をn回繰り返す必要があるため、演算時間
が長くなるという欠点があった。
できるため、高速な乗算器を持たない計算機では有効で
ある。しかし、nビットのsinθ,cosθを求めるため
に、単位演算をn回繰り返す必要があるため、演算時間
が長くなるという欠点があった。
上述した従来例の、三角関数演算装置には、以下の問題
点がある。
点がある。
[問題点1]演算時間が長い。
多項式近似の方式では、乗算および加減算の回数が多
い。例えば16ビットのsinθを求めるのに(1)式におい
て乗算5回,加算4回が必要である。
い。例えば16ビットのsinθを求めるのに(1)式におい
て乗算5回,加算4回が必要である。
CORDICの方式は、繰り返しの回数が多く、演算時
間を短くできない。例えば16ビットのsinθを求める
のに、kビット・シフト2回と加減算3回から構成され
る単位演算を16回繰り返す必要がある。
間を短くできない。例えば16ビットのsinθを求める
のに、kビット・シフト2回と加減算3回から構成され
る単位演算を16回繰り返す必要がある。
[問題点2]演算時間が精度に依存する。
多項式近似の方式では、演算精度を上げると多項式の次
数が増加し、演算時間が増加してしまう。また、COR
DICの方式では、演算精度に比例して演算時間がかか
ってしまう。
数が増加し、演算時間が増加してしまう。また、COR
DICの方式では、演算精度に比例して演算時間がかか
ってしまう。
[問題点3]ハードウェアが複雑である。
CORDICの方式では、3つの変数についての加減算
機能と、2つの変数についての任意桁シフト機能と、定
数発生機能が必要である。これらの機能を実現するハー
ドウェアは必然的に複雑になってしまう。
機能と、2つの変数についての任意桁シフト機能と、定
数発生機能が必要である。これらの機能を実現するハー
ドウェアは必然的に複雑になってしまう。
本発明による三角関数演算装置は、 計算機における三角関数sinθ,cosθを演算する演算装
置であり、 初期値θを上位桁Hと下位桁L(θ=H+L)に分割す
る分割器と、 前記分割器から上位桁Hを入力し、予め計算された三角
関数sinH及びcosHの値を出力するメモリと、 前記分割器の下位桁Lと前記メモリの出力について乗算
を行なう乗算器と、 前記メモリの値に前記乗算器の出力値を加算または減算
できる加減算器とから構成される。
置であり、 初期値θを上位桁Hと下位桁L(θ=H+L)に分割す
る分割器と、 前記分割器から上位桁Hを入力し、予め計算された三角
関数sinH及びcosHの値を出力するメモリと、 前記分割器の下位桁Lと前記メモリの出力について乗算
を行なう乗算器と、 前記メモリの値に前記乗算器の出力値を加算または減算
できる加減算器とから構成される。
[本発明の演算原理] 以下、数式を用いて、本発明の三角関数演算原理を説明
する。
する。
2n桁の2進数で表現されたθから、N桁のsinθ,cos
θを求めることを考える。
θを求めることを考える。
先ず、θをn桁ずつ上位桁Hと下位桁Lに分割する。
θ=Σ{ak×2−k}=H+L (2) ただし、ak={1,0} H=Σ{ak×2−k} (3) L=Σ{ak×2−k} (4) ここで、sinθ,cosθは加法定理より(5),(6)式で表わ
せる。
せる。
sinθ=sinH・cosL+cosH・sinL
(5) cosθ=cosH・cosL−sinH・sinL
(6) L<2−nなので、sinL,cosLはテイラー級数展開の
第一項まで近似できる。
(5) cosθ=cosH・cosL−sinH・sinL
(6) L<2−nなので、sinL,cosLはテイラー級数展開の
第一項まで近似できる。
sinL=L−L3/3!+L5/5!−L7/7!+
…… ≒L (7) cosL=1−L2/2!+L4/4!−L6/6!+
…… ≒1 (8) (5),(6),(7),(8)式より、 sinθ=sinH+(cosH)×L (9) cosθ=cosH−(sinH)×L (10) (9),(10)式において、Hを入力としsinH,cosHを出力
とするテーブルROMを用意すると、乗算1回と加算1
回でsinθまたはcosθが得られる。
…… ≒L (7) cosL=1−L2/2!+L4/4!−L6/6!+
…… ≒1 (8) (5),(6),(7),(8)式より、 sinθ=sinH+(cosH)×L (9) cosθ=cosH−(sinH)×L (10) (9),(10)式において、Hを入力としsinH,cosHを出力
とするテーブルROMを用意すると、乗算1回と加算1
回でsinθまたはcosθが得られる。
sinθ,cosθに2nビットの精度を得るためには、2n
ビット×2n語のテーブルが2組、テーブル出力の上位
nビットとLの下位nビットを乗算する乗算手段、乗算
結果の上位nビットとテーブル出力2nビットを加算す
る加算手段が必要である。
ビット×2n語のテーブルが2組、テーブル出力の上位
nビットとLの下位nビットを乗算する乗算手段、乗算
結果の上位nビットとテーブル出力2nビットを加算す
る加算手段が必要である。
〔実施例1〕 次に図面を用いて、本発明の第1の実施例を説明する。
第1図は本発明に従って三角関数sinθまたはcosθを演
算する装置である。
算する装置である。
第1図において、レジスタ101は変数θを入力する2
nビットのレジスタ、信号102はレジスタ101の上
位n桁Hを出力する信号、信号103はレジスタ101
の下位n桁Lを出力する信号、ROM104はsinH,c
osHの値を記憶する2nビット×2n+1語のROM、
信号105はROM104の出力がsinHかcosHかを指
定する1ビットの制御信号、レジスタ106はROM1
04の値を保持する2nビットのレジスタ、信号107
はレジスタ106の上位n桁を出力する信号、乗算機1
08は信号103と信号106の積を演算するn×nビ
ットの乗算器、レジスタ109は乗算器108の出力2
nビットのうち上位nビットを保持するレジスタ、信号
110はレジスタ109の値を下位nビットとして出力
し上位nビットはゼロを出力する2nビットの信号、加
算器111はレジスタ106の値に信号110の値を加
算または減算する2nビットの加減算器、信号112は
加減算器111での演算が加算か減算かを指定する制御
信号、レジスタ113は加算器111の出力を保持する
2nビットのレジスタである。
nビットのレジスタ、信号102はレジスタ101の上
位n桁Hを出力する信号、信号103はレジスタ101
の下位n桁Lを出力する信号、ROM104はsinH,c
osHの値を記憶する2nビット×2n+1語のROM、
信号105はROM104の出力がsinHかcosHかを指
定する1ビットの制御信号、レジスタ106はROM1
04の値を保持する2nビットのレジスタ、信号107
はレジスタ106の上位n桁を出力する信号、乗算機1
08は信号103と信号106の積を演算するn×nビ
ットの乗算器、レジスタ109は乗算器108の出力2
nビットのうち上位nビットを保持するレジスタ、信号
110はレジスタ109の値を下位nビットとして出力
し上位nビットはゼロを出力する2nビットの信号、加
算器111はレジスタ106の値に信号110の値を加
算または減算する2nビットの加減算器、信号112は
加減算器111での演算が加算か減算かを指定する制御
信号、レジスタ113は加算器111の出力を保持する
2nビットのレジスタである。
レジスタ101,106,113では、少数点がMSB
の下位にした固定小数点数を扱う。レジスタ101上の
θは、0≦θ<π/4を満たすものとする。
の下位にした固定小数点数を扱う。レジスタ101上の
θは、0≦θ<π/4を満たすものとする。
第2図は、第1図の減算装置によってsinθを演算する
手順を示すフローチャートである。
手順を示すフローチャートである。
第2図において、第1ステップ201では、レジスタ1
01に設定されたθの値の上位桁H(101)をアドレ
スとしてROM104からcosHの値を取り出し、レジ
スタ106に保持する。第2ステップ202では、乗算
器108によってcosHの上位桁(107)とθの下位
桁L(103)を乗算し、積の上位桁をレジスタ109
に保持する。同時に、レジスタ101に設定されたθを
値の上位桁(101)をアドレスとしてROM104か
らsinHの値を取り出し、レジスタ106に保持する。
第3ステップ203では、レジスタ106からのsinH
の値とレジスタ109の値を加算し、レジスタ113に
保持する。このように、レジスタ101上のθからレジ
スタ113上のsinθが3ステップで得られる。
01に設定されたθの値の上位桁H(101)をアドレ
スとしてROM104からcosHの値を取り出し、レジ
スタ106に保持する。第2ステップ202では、乗算
器108によってcosHの上位桁(107)とθの下位
桁L(103)を乗算し、積の上位桁をレジスタ109
に保持する。同時に、レジスタ101に設定されたθを
値の上位桁(101)をアドレスとしてROM104か
らsinHの値を取り出し、レジスタ106に保持する。
第3ステップ203では、レジスタ106からのsinH
の値とレジスタ109の値を加算し、レジスタ113に
保持する。このように、レジスタ101上のθからレジ
スタ113上のsinθが3ステップで得られる。
第3図は、第1図の演算装置によってcosθを演算する
手順を示すフローチャートである。
手順を示すフローチャートである。
第3図において、第1ズテップ301では、レジスタ1
01に設定されたθの値の上位桁H(101)をアドレ
スとしてROM104からsinHの値を取り出し、レジ
スタ106に保持する。第2ステップ302では、乗算
器108によってsinHの上位桁(107)とθの下位
桁L(103)を乗算し、積の上位桁をレジスタ109
に保持する。同時に、レジスタ101に設定されたθの
値の上位桁H(101)をアドレスとしてROM104
からcosHの値を取り出し、レジスタ106に保持す
る。第3ステップ303では、レジスタ106からのsi
nHの値からレジスタ109の値を減算し、レジスタ1
13に保持する。このように、レジスタ101上のθか
らレジスタ113上のsinθが3ステップで得られる。
01に設定されたθの値の上位桁H(101)をアドレ
スとしてROM104からsinHの値を取り出し、レジ
スタ106に保持する。第2ステップ302では、乗算
器108によってsinHの上位桁(107)とθの下位
桁L(103)を乗算し、積の上位桁をレジスタ109
に保持する。同時に、レジスタ101に設定されたθの
値の上位桁H(101)をアドレスとしてROM104
からcosHの値を取り出し、レジスタ106に保持す
る。第3ステップ303では、レジスタ106からのsi
nHの値からレジスタ109の値を減算し、レジスタ1
13に保持する。このように、レジスタ101上のθか
らレジスタ113上のsinθが3ステップで得られる。
〔実施例2〕 次に図面を用いて、本発明の第2の実施例を説明する。
第4図は本発明に従って三角関数sinθまたはcosθを同
時に演算する装置である。
時に演算する装置である。
第4図において、レジスタ401は変数θを入力する2
nビットのレジスタ、信号402はレジスタ401の上
位n桁Hを出力する信号、信号403はレジスタ401
の下位n桁Lを出力する信号、ROM404はsinHの
値を記憶する2nビット×2n語のROM、信号405
はcosHの値を記憶する2nビット×2nのROM、乗
算器406は信号403とROM405の上位nビット
の積を演算するn×nビットの乗算器、乗算器407は
信号403とROM404の上位nビットの積を演算す
るn×nビットの乗算器、加算器408は乗算器406
の出力2nビットのうち上位nビットとROM404の
値を加算する2nビットの加算器、減算器409は乗算
器407の出力2nビットのうち上位ビットとROM4
05の値から減算する2nビットの減算器である。
nビットのレジスタ、信号402はレジスタ401の上
位n桁Hを出力する信号、信号403はレジスタ401
の下位n桁Lを出力する信号、ROM404はsinHの
値を記憶する2nビット×2n語のROM、信号405
はcosHの値を記憶する2nビット×2nのROM、乗
算器406は信号403とROM405の上位nビット
の積を演算するn×nビットの乗算器、乗算器407は
信号403とROM404の上位nビットの積を演算す
るn×nビットの乗算器、加算器408は乗算器406
の出力2nビットのうち上位nビットとROM404の
値を加算する2nビットの加算器、減算器409は乗算
器407の出力2nビットのうち上位ビットとROM4
05の値から減算する2nビットの減算器である。
ROM404,405は同一のアドレス信号402でア
クセスされるので、4nビット×2n語のROMとして
も構成できる。また、乗算器406,407は共通の乗
数403を持つため、Boothのアルゴリズムで乗算
器を構成する場合には、倍数のデコーダを共有すること
もできる。
クセスされるので、4nビット×2n語のROMとして
も構成できる。また、乗算器406,407は共通の乗
数403を持つため、Boothのアルゴリズムで乗算
器を構成する場合には、倍数のデコーダを共有すること
もできる。
次に、第4図の三角関数演算装置の動作について説明す
る。レジスタ401,ROM404,405,加算器4
08,減算器409では、少数点がMSBの下位にした
固定小数点を扱うものとする。
る。レジスタ401,ROM404,405,加算器4
08,減算器409では、少数点がMSBの下位にした
固定小数点を扱うものとする。
先ず、レジスタ401上に、0≦θ<π/4を満たすθ
を値を与える。信号402,403には上位下位に分割
されたθの値のH,Lが出力される。ROM404,4
05からはsinH,cosHの値が出力される。乗算器40
6,407ではそれぞれ、L×cosH,L×sinHの演算
が行なわれる。加算器408では(sinH)+(L×cos
H)が演算され、sinθの値として出力される。同時に
減算器409では(cosH)−(L×sinH)が演算さ
れ、cosθの値として出力される。
を値を与える。信号402,403には上位下位に分割
されたθの値のH,Lが出力される。ROM404,4
05からはsinH,cosHの値が出力される。乗算器40
6,407ではそれぞれ、L×cosH,L×sinHの演算
が行なわれる。加算器408では(sinH)+(L×cos
H)が演算され、sinθの値として出力される。同時に
減算器409では(cosH)−(L×sinH)が演算さ
れ、cosθの値として出力される。
以上述べたように、実施例2ではsinθとcosθを同時
に、しかも1ステップで演算することができる。
に、しかも1ステップで演算することができる。
〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明による三角関数演算装置
は、次の2つの効果を有する。
は、次の2つの効果を有する。
[効果1]演算時間が短かい。
実施例1の三角関数演算装置では、3ステップで演算を
行なう。1ステップの処理時間は、テーブルROMの読
み出し時間,乗算時間,加減算時間の内、最長のものに
なる。
行なう。1ステップの処理時間は、テーブルROMの読
み出し時間,乗算時間,加減算時間の内、最長のものに
なる。
実施例2の三角関数演算装置では、1ステップで演算を
行なう。1ステップの処理時間は、テーブルROMの読
み出し時間,乗算時間,加減算時間の和になる。
行なう。1ステップの処理時間は、テーブルROMの読
み出し時間,乗算時間,加減算時間の和になる。
[効果2]演算時間が精度に依らず一定である。
本発明では、演算精度にかかわらず、演算ステップ数は
一定である。演算精度を上げるには、演算装置の語長を
広げ、テーブルROMの語数を増やせばよい。よって、
演算精度を上げるために演算時間が増加することはな
い。
一定である。演算精度を上げるには、演算装置の語長を
広げ、テーブルROMの語数を増やせばよい。よって、
演算精度を上げるために演算時間が増加することはな
い。
[効果3] 演算ハードウェアは、テーブルROM,乗算器、加減算
器だけである。多項式近似の方式の演算装置とはハード
ウェアの単純さは同等だが、CORDICの方式の演算
装置と比べて大幅に簡単なハードウェア構成である。
器だけである。多項式近似の方式の演算装置とはハード
ウェアの単純さは同等だが、CORDICの方式の演算
装置と比べて大幅に簡単なハードウェア構成である。
第1図は、本発明の実施例1のハードウェア構成を示す
図、 第2図は、本発明の実施例1でsinθを演算する処理を
示す図、 第3図は、本発明の実施例1でcosθを演算する処理を
示す図、 第4図は、本発明の実施例2のハードウェア構成を示す
図、 である。 101……レジスタ、104……ROM、106……レ
ジスタ、108……乗算器、109……レジスタ、11
1……加減算器、113……レジスタ、401……レジ
スタ、404,405……ROM、406,407……
乗算器、408……加算器、409……加減算器。
図、 第2図は、本発明の実施例1でsinθを演算する処理を
示す図、 第3図は、本発明の実施例1でcosθを演算する処理を
示す図、 第4図は、本発明の実施例2のハードウェア構成を示す
図、 である。 101……レジスタ、104……ROM、106……レ
ジスタ、108……乗算器、109……レジスタ、11
1……加減算器、113……レジスタ、401……レジ
スタ、404,405……ROM、406,407……
乗算器、408……加算器、409……加減算器。
Claims (1)
- 【請求項1】計算機における三角関数sinθ,cosθを演
算する演算装置であり、 初期値θを2進2nビットで表現し、その上位桁H(n
ビット)と下位桁L(nビット)(θ=H+L)に分割
する分割器と、 前記分割器から上位桁Hを入力し、予め計算された三角
関数sinH及びcosHの値を出力するメモリと、 前記分割器の下位桁Lと前記メモリの出力について乗算
を行なう乗算器と、 前記メモリの値に前記乗算器の出力値を加算または減算
できる加減算器とから構成され、 前記乗算器に前記メモリのcosH値と前記下位桁Lを入
力し、前記加減算器によって前記乗算器出力値を前記メ
モリのsinH値に加算することでsinθを求め、 前記乗算器に前記メモリのsinH値と前記下位桁Lを入
力し、前記加減算器によって前記乗算器出力値を前記メ
モリのcosH値から減算することでcosθを求めることを
特徴とする、 三角関数演算装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62289911A JPH0644227B2 (ja) | 1987-11-16 | 1987-11-16 | 三角関数演算装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62289911A JPH0644227B2 (ja) | 1987-11-16 | 1987-11-16 | 三角関数演算装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01130225A JPH01130225A (ja) | 1989-05-23 |
| JPH0644227B2 true JPH0644227B2 (ja) | 1994-06-08 |
Family
ID=17749362
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62289911A Expired - Lifetime JPH0644227B2 (ja) | 1987-11-16 | 1987-11-16 | 三角関数演算装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0644227B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6391323A (ja) * | 1986-10-03 | 1988-04-22 | Kureha Chem Ind Co Ltd | 抗尿路結石症剤 |
| JP2003099244A (ja) * | 2001-09-26 | 2003-04-04 | Sony Corp | 演算装置および演算方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS583038A (ja) * | 1981-06-30 | 1983-01-08 | Fujitsu Ltd | テ−ブル参照式三角関数演算方式 |
| JPS61248131A (ja) * | 1985-04-25 | 1986-11-05 | Seiko Epson Corp | 三角関数計算機 |
| JPS6228872A (ja) * | 1985-07-31 | 1987-02-06 | Fujitsu Ltd | 三角関数発生処理装置 |
-
1987
- 1987-11-16 JP JP62289911A patent/JPH0644227B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01130225A (ja) | 1989-05-23 |
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