[发明专利]高性能倒数精度扩张器硬件

说明书

本发明涉及高速电脑在三维图象处理时的一种倒数精度扩张器硬件，其应用可包括PC图形加速器、图形工作站、视景模拟高速电脑用的图象产生专用硬件，此设计能大幅度提高电脑的运算效率。

在高性能视算机器中，代数运算器是硬件的必备部分，用以处理负荷沉重的矩阵作用。三度空间图象计算除了显示视景区的X、Y位置座标外，还有纵深计算（即Z轴座标），且影响图象质量的主要因素之一就是遮隐计算的精密度。

为什么重视倒数计算？

因为三维图象的产生，其纵深变化非常大，且必须涵盖眼前几尺到几里（理论上可达无穷远），为了避免无穷大的表示困难，故在数字计算机上必须取倒数，使无穷大值收敛为零。又纵深的比较，是用以决定物件前后次序;因而当若干物件都距离视点很远时，倒数值精密度倘若不够，则尾数误差足以颠倒物件前后关系，因而造成图象闪烁不定，使图象质量显著下降，特别要提到的一点是：在动态即时模拟工作中，由于视景是不断改变的，若倒数精度不良，势将造成系统图象闪烁现象更加严重;因此，即时模拟器需要一个高速、高精密度的倒数精度扩张硬件，藉以满足高速以及高精密度倒数的要求。

为什么要用硬件性质的倒数精度扩张器？

专用硬件速度比低阶程序语言快很多倍，这是常识，且因为我们要求运算速度愈快愈好，藉以满足视觉暂留瞬间（人体机能极限），能产生足够复杂的视景图象，因此，若没有这类硬件，以当前半导体的速度，不可能在1/30秒中完成3000个三维三角面以上的计算。且除了前后遮隐比较外，倒数纵深值还反覆地应用于云雾衰减计算、面的光强度计算，其计算速度与精度的重要性由此可知。

一般高性能视算机如何处理此问题：

Weitek 3332，3364代数运算器上都用Newton Rapson方法（这是数值分析，即Mumerical Analysis上习见的）而在代数运算器上用assembly语言做二次展开式，这个方法需要10个Cycle（周期），且每个Cycle需时100ns，亦即1000ns的时间，而且精度也比较低（仅达小数点以下23位）。

缘此，本发明人积极地研究开发，期间历经不断地试作与测试，终于成功地发展出本发明“高性能倒数精度扩张器硬件”。

所以，本发明“高性能倒数精度扩张器硬件”，其主要特征在于，利用少量逻辑门控制，构成（dk）、（dk/k₀）、[（dk/k₀）-1]等三组数据回流，把尾数在最少节拍中彻底运用，适用于多级流水线向量代数运算器（注一）。

本发明的另一特征，即是可利用“分乘积”累加时，使ACC回路能再插入，使同样乘法器起了代数乘后，累加前一时序的结果，在矩阵转换的繁重计算中，能节省至少三倍时间。

本发明的又一特征，是在于应用高速存储器的读写控制上，利用一狭窄的脉冲，在时脉的前小段（约时10ns）完成数据回写，在紧接的下半截时间（约时50ns）读取以及随后计算，如此达到大数量的高速存储运算，成为丰富的暂存器。这一点在争取时间上极其重要，且并不局限于倒数精度扩张。

附图部分：

图1为本发明的基本代数运算器结构示意图。

图2为本发明的时脉示意图。

图3为本发明的从表RAM（Table RAM）读取（l/k₀）倒数初值，经求和总线（SUM BUS）回送到RA、RB、RC的任意空位R17和MB，dk回锁至MA的结构示意图。

图4为本发明的算出（dk/k₀），然后回送到MA以及B点，以取得[（dk/k₀）-1]的结构示意图。

图5为本发明的计算{1+（dk/k₀）[（dk/k₀）-1]}回送到MB的结构示意图。

图6为本发明的操作流程以及结构示意图。

图7所示的各器件皆为ECL10K，100K的代号;10188是门（AND GATE）;10H173是2：1mux（多路复用器）;10422-10是10ns读取的高速ECL RAM;10081为加减/逻辑作用器;10174是4∶1mux;10158是移位器;10050多控闸Latch;10186和10176都是Latch锁存器;100183是2×8乘法器;100180是2×8加法器;100182是Wallace树形加法器;10079是Look ahead（超前）进位器;10197是与门（AND Gate）;表RAM（TABLE RAM）为10474高速ECL RAM。

英语词翻译部分：

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