JPS60142738A - 内挿近似を使用する除算装置 - Google Patents

内挿近似を使用する除算装置

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JPS60142738A
JPS60142738A JP58247646A JP24764683A JPS60142738A JP S60142738 A JPS60142738 A JP S60142738A JP 58247646 A JP58247646 A JP 58247646A JP 24764683 A JP24764683 A JP 24764683A JP S60142738 A JPS60142738 A JP S60142738A
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quotient
circuit
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はデータ処理装置における除算装置に係シ、特に
内挿近似を使用する除算装置に関する。
〔発明の背景〕
除算装置において、演算を簡単化するため、与えられた
被除数や除数の近似値を用いる場合、商に不正確さが導
入される。
従来、除数の近似逆数の精度を向上させる方法に、正規
化した除数の上位ビットをアドレスとしてテーブル情報
検索により、第1近似逆数をめ、第1近似逆数と正規化
した除数の積の2の補数を更に第1近似逆数に掛けるこ
とにより、第2近似逆数をめる方式がある。すなわち、 DO=正規化された除数 RO:第1近似逆数 R1:第2近似逆数 α :正の整数 t 1−Do X Ro l (2−”としたとき、 R1= Ro X (2−Do X Ro )により、
R1をめる。この場合、R1の逆数としての精度は次の
ようになる。
11−Do xRll = l 1−Do XRo(2
−DoXRo )1= + (1−DOXRo)”1 < 2−2 tl しかし、この方法によると、R1をめるために乗算を2
回行わなければならないので時間がかかシすぎるという
欠点があった。
また、従来の部分剰余を除数の近似逆数を掛けた形でめ
、部分剰余の上位ビットが部分商となるように反復計算
を行う除算装置においては、近似逆数を正確な逆数より
も小さくとることにより、例えば、被除数と除数が等し
い場合、所要のビットまで商をめたとき、商が1にはな
らずに2進数光示で小数点以下1が最下位のビットまで
続くなど、反復計算でめた商と正確な商とを所要のビッ
トまで比較したとき、最下位ビットが1小さいことが越
こシ得るので、反復計算でめた商の最下位ビットに1を
加え、除数との積をとり、その積が被除数に等しいか被
除数よシも小さいとき、反復計算でめた商の最下位ビッ
トに1を加えた数を最終的な商としているが、商の検算
、補正のための時間がかなりかかるという欠点があった
〔発明の目的〕
本発明の目的は、前述のような反復計算の前後処理、す
なわち、高い精度の近似逆数を得る前処理、反復計算で
めた曲の検算、補正を行う後処理に要する時間を短縮す
る除算装置を提供することにある。
〔発明の概景〕
除数の近似逆数の精度を少し上げようとする場合には以
下に示す内挿近似を用いると、近似逆数をめるための乗
算は1回で済み、しかも乗数のビット数も数ビットでよ
い。
テーブル情報検索のアドレスルに対して、変数X、を zn=2+n・2 (W=0.1,2.−.2 −1)
として f(xn)=ユ xn Δ、=J(x、、、1)−f(xn)(ただしfc−2
tx−1)= 1とする)によ請求めた近似逆数f(−
、)、隣接する近似逆数の差分ムをテーブル情報として
格納し、f(”s+A)=f(1%)+A ・Δ、(0
<A(2)によl)x、+hに対する近似逆数を得るこ
とができる。
商の検算、補正については、以下に示す除算方式を用い
ると反復計算の中に商の検算、補正を取シ込むことがで
き、前述のような反復計算でめた曲の最下位ビットに1
を加え除数との積をとるなどの処理は不要となる。
数の表現として、指数部を持たない固定小数点表示をと
るにしろ、指数部を持つ浮動小数点表示をとるにしろ、
P進数の除算を考える場合、まず除数、被除数を(1)
 、 (2)式で表現できるように正規化を行い、正規
化後の除数をDo、被除数をN。
として中間的な商をめる。
0<No、&<P 、No、1キO このときQは、(3)式の範囲、すなわち、正規化され
た形か、または1桁、桁あふれした形でまるO P<Q<P (3) 中間的な商をめた後、固定小数点表示では正規化に要し
た除数の桁送シ数から、同じく被除数の桁送り数を減い
た差(左への桁送りを正と考える)が、正の場合、Qを
左に差の桁数だけ桁送りし、負の場合、Qを右に差の桁
数だけ桁送シして最終的な商をめることができる。
一方、浮動小数点表示では、被除数の指数部から除数の
指数部を減いた差に、固定小数点部の正規化に要した除
数の桁送シ数から同じく被除数の桁送シ数を減いた差を
加えて除算結果の指数部とし、更に中間的な商が桁あふ
れした形のときは指数部に1を加え、固定小数点部を正
規化した形にして最終的な商をめることができる。
商の符号については、除数、被除数の符号から代数的に
決まるので必要ならば除数、被除数の絶対値をとり、正
規化した形で中間的な商をめ、最終的な商が負の場合、
中間的な商を所望の表現に変えるものとする。
以上の前提により、以下では除数、被除数を絶対値化、
正規化した(1)式、(2)式の形で考える。先ず、記
号の説明をしておく。
M : Doの近似逆数 Qi:第2番目の部分商 * Q、:補正後の第を番目の部分商 R1:第を番目の部分剰余、ただし Ro = N。
とする N、 : RL−1とMの積より、Q、を減いた数A’
 Qj +Niより、第2番目の部分剰余R,のM倍で
あるQi+1+ N6+ 1をめるとき、Qiに掛けら
れる被乗数 α :第2番目以降の部分商の桁数 Q :正確な商を表わし、被除数が除数で割シ切れない
場合には循環小数となり、桁数が無限になる 第2番目以降の部分商がα桁確定するための十分条件と
して、Mについて(4)式を満足するよう選ぶものとす
る。
1(DoXM(1+P″(a+x) (4)反復計算に
入る前に、(5)式、(6)式で示される計算を行う。
A = 1− Do x M (5) Ql十Nl=NoxM (6) 反復計算では以下に示すように部分商をめるとともに直
前の部分商の補正を行う。
Qt+N6==AXQi−1十Ng−1(L≧O)(7
)部分商の補正 Q、−1十Nt−0≧0. Q、+N、≧0のときQi
−□: Q <−1(s) Qt−1十N4−1>0. Q;+Ni<OのときQ、
−0=Q、−1−p −(′−” (9)Qi−1+N
i−1<O,Q4+Nt)QのときQ、−0=Q、−2
+Pイ′−ゝ“ (10) Q、−x 十N*−1< 0 + Qs +Na (0
のとき(9)式と並行して、部分商のマージ処理では、
Qi−(i −1)α−1−iα としてP −P の位を採用することによつ−(l−’
I)α て結果的にQi K P 、を加え、Qj以降に続く負
の商を正に変換している。01式では、Qj−1以前の
負の商をP−1の補数から、Pの補数に補正している。
以上の操作によシ、商をめることができることを、以下
の事柄(A)〜(K)を証明することにより示す。
事柄(A):任意のi≧2に対してAを使用でき、(7
)式によりめた数は、第i−1番目の部分剰余R,−,
を除数の近似逆数Mを掛けた数になっている。
事柄(n) : Qlは正であシ、α〜(α+2)桁に
なシ、正確な商QとP 以上の位で比較すると等しいか
、P だけ太きい。すなわち、P−1< Ql < P
 (12 Q 2 + N2 − Dc) xP (Rx= (Dox P Q湧事柄
(c) : Q (i〉2)は、正、零または負のいず
れにもなシ得るが、商としてP−(′−1)a−1〜P
 の位のα桁求まj5、Q、に対応する位で正確な商Q
と比較したとき、等しいか、P だけ太きい。すなわち
、 p−C1−1)a<Q、十N、 <p−(j−1)” 
、。
−DoxP <k’i = Qi+1十N !+l −=α (D、xP 叫 なお、Qが負の場合は、P−1の補数からPの補数に修
正した形で、正確な商Qと比較するものとする。
事柄(D) : Q=に対する+P の補正は、Q、−
1以前の部分商には伝播しない。
事柄(E) : Qiに対する一P の補正はQi−1
以前の部分商には伝播しない。
事柄(A)の証明 i = 2に対して Q 2 + N 2= Rx x M =(No−DOXQl)XM =NoxM−DoxQxxM =Ql+N1−DoxMXQl =(1−Do XM)XQl+N1 =AxQ1+Nx となシ、事柄(A)は成立する。
i = kに対して事柄(A)が成立し、Qh +Nh
 =Rh−z xM :AXQ&−1 十N1−1 と仮定すると Qi+1+Nk+1= R& X M = (R1−1−Do xQi ) xM” Qk 十
Nl −Do X Q & X M=(I Do X 
M ) X Qk+I’Jl=AxQk+Nk となり、i=に+1 のときも事柄(A)は成立する。
i=2 については先に証明済みであるから、数学的帰
納法に上り、i〉2 の任意のるについて、事柄(A)
は成立する。
事柄(B)の証明 (4)式の辺々に正確な閤Qを掛けると、Q<QllN
1=No xM(Q+QxP−(“+1)(lfi)(
3)弐P−1<Q<P 、!= 01n式ヨリP−1<
 Q:L (P が成立する。
P (RxxM=Q2+N2=(1−DoxM)xQl
+N1<P tJn(’−’Q1<P、0くl’h(P
 。
−(α+1) (4)式より−P (1−DoxM<0)また(4)式
により、Q (−!−(Doであるから、aηの不− 等式の外側の項にDOを、内側の項に古を掛け、次式を
得る。
Qa 十N 2 −a D OX P (R1= (D o x P事柄(C)
の証明 i=2について、面式より −α −P< Qa 十Ng (P−“ を得るので(14)式が成立する。
Qa +Na 〉0のとき −(2α+1)−(α+1) −P (−P x Qz +N1Rs4 xM =(1
−DoxM)xQa+Na R2XM= (1−DoxM)xQg+N2(Na〈P
−”“(’、°Qg<P 、o<Ng<p 。
−(α+1) (4)式より −P <1−DOXFI/I≦0)−2
α −(2α+1) 上記2つの不等式をまとめ、−p <−pよシ ーP (RaXM=Q3十NB<P−” Ql(4)式
より、O<−!−<Doであるから、(1印式の外側の
一 項にDOを、内側の項にユを掛けることによシ、Qx+
N5 −DoxP (Ra=−(DoxP”“となシ、i=2
のとき、aω式は成立する。
Qa +Na < Oのとき、 −P (N2(RaxM=(1−DOXM)XQ2+N
2RaxM=(1−DoxM)xQg+lN2(−(α
+1) −〇 (1−DoxM)xQg<(P )(−P)−(α+リ
 −α −(2α+1) −2αこの場合も、(−P 
1(−P )=P <Pであるから、Qll +N2≧
0 と同じ<’ (18+式を得、以下の証明はQta
 + N2≧0 の場合と同じである。
以上よp、i=2 に対して、事柄(C)が成立する。
番=k に対して、 −Ck−1>α P <Qh+Nh<P−Ck−”“ ojQ&+1 +
Qh+1−ka −DOXP <RF(DoxP Qf)が成立すると仮
定すると、 Qh+N1≧0のとき、 −にα −(kα+1) −(α+1)P < P <
 P Qh+Nh<Qh+1+Ntc+1=(1−Do
 XM) XQ&+N& QB+x 十N1+1=(1−DoxM) ×Qk+N
k<Nk<P−”−<h−1)α (”−’ Qh<P 、 o<Nh <p 。
(4)式 、 −P−(′lx+1)<I DoxM<
0)上記2つの不等式をまとめ、00式を得る。
−P <Qk+1+N&÷1 <P−に′!(21)Q
k+Nh<Oのとき −にα −P (Nk≦Q1+z +N4+l= (1−Do 
xM )X Qh +NkQk+1+N&+、= (1−DoxM) xQk+Nk<(p’″(l1m+
’i)、 (f”−”%−Ckα+1) −にα p <p 上記2つの不等式をまとめ同じ< (21+式を得る。
以上により、i=に+1に対して(14式が成立する。
t=2 に対して(1勇式は証明済みであるから、数学
的帰納により、t′:22 のすべてのtに対して0式
は成立する。
04式で i=に+2 とおいて(2つ式を得る。
p −Q+す“ < Q &+ w 十N k。、<P
−(1+1)“ (221(4)式よりO<”<Doで
あるから、(2り式の不等式一 の外側の項にDoを、内側の項に1を掛けて(ハ)式を
得る。
−(&+1)α −DoxP (R4+x = Q 1+* +N6+a −(&+4)αM<D・×P
 (ハ) これは、i=&+1 に対して(19式が成立すること
を示している。i=2に対して05)式が成立すること
は証明済みであるから、数学的帰納により 、i〉2の
任意のtについて051式は成立する。
事柄(D)の証明 −P ノ補正ハ、Q: +Ni > 0 * Qi+x
 +Ni+1< 0のとき起きるが、 9番+1十Nt+1==(1−DoxM)XQj+N!
(−P <1−DoXM<0) により、J+x +N4+1をめているので、砒キ0と
なる。理由は、Qi =Oのとき、Q、+1+N$+1
は負になシ得ない。Q、Φ0なので−P−“の補正はQ
 i−x以前の部分商には伝播しない。
事柄(E)の証明 +P の補正は、Qi +Ni < O、Qi+1十N
i+1)0のとき起きる。+P−kaの補正がQ、から
Q、+1に伝播するためには、Qiのすべての桁がP−
1でなければならない。このとき、飢はP−1の補数表
示なので反復計算ではPの補数表示に変換するので零と
なる。
Qi+x +Ni+1=(1−DoxM)xQ= 十N
i(−P (1−Do xM<0 ) Kよシ、Q i +1+ N t41をめているので、
Qiが零の場合、Q=+l+N7+xはN、に等しくな
シ負のままである。よって、Q、+1+N$+1が正に
なるときQ。
のすべての桁かP−1となることはないので+P−ka
の補正はQi−1以前の部分商に伝播しない。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面によシ詳細に説明する。
第1図は内挿近似回路のブロック図を示す。第1図にお
いて、内挿近似回路1は倍数発生器2゜3、キャリ・セ
イプ加算器4、加算器5、反転回路6、乗数選択回路7
よシなる。第2図に倍数発生器2,3の入出力関係を示
す。該内挿近似回路1の入力側にはテーブル情報格納ユ
ニット8,9が接続され、出力側には乗数選択回路10
が接続される。テーブル情報格納ユニット8は近似逆数
MOを格納し、ユニット9は差分Δを格納する。
テーブル情報格納ユニット8.9に対する格納情報の取
り方の一例を以下に示す。
(1)式で表示された2進数の除数に対し、より、近似
逆数Mo、差分Δを次のようにめる。
Δ=(隣接するMOの差分) @ なお、このとき、Moの2°の位である1と、Δの負の
符号を表わす2 以上の位は、固定であるのでテーブル
に格納しなくてもよく、テーブルを読み出したときに附
加すればよい。
ただし、Do=2 のときだけ、Mo、Δとして次の特
別な値にする。
MO= l 、FFFFE (16進表示) (3)Δ
 =・・・FF、FF822 (16進表示) @テー
ブル情報を索引するアドレスとして正規化された除数の
Do、2からDo、11までの10ビツトを使用して、
テーブル情報格納ユニット8,9からMo、Δを読み出
した後、上記のアドレスの直後のビットDo、1. 、
 Do、1. 、L)0,1.によシ内挿近似を行う。
このとき、第1図では、倍数発生器2,3を使用して加
算しなければいけない数を1個減らしている。テーブル
情報格納ユニット8のMOおよび倍数発生器2,3の2
個の倍数MLo 、 MLIはキャリ・セイブ加算器4
によ92個にまとめられた後、加算器5により1つにま
とめられる。加算は2 以上の位に対して行うが、内挿
近似回路1からは、加算結果の2 以上の位に2 の位
として(1−Do。
ll5)を附加した数を出力する。20位は、乗数ビッ
トの最下位ビットであシ、乗算器の倍数発生論理によシ
、20位が1のときは、+2 の効果を持たせることに
する。よって、DO=2 のときの乗数は、1.FFF
F(16進数)となるが、2 の位が1なので乗算器の
中で+2 の効果を発揮し、実質的に乗数は2となる。
反転回路6は1.近似逆数を負の数として直接乗算を行
う場合に使用し、内挿近似回路1内の乗数選択回路7は
、近似逆数の正、負を選択する回路である。
以上の内挿近似により、近似逆数の精度は(21式を満
たし、精度が2進数で3桁向上した。
1<DoxM<1.0007FF8 (16進表示)c
2gIDoXMの値は計算機を用いて確認したが、確認
方法の概要を以下に示す。
2 +2 )では定数であシ、2−’< Do < 1
 では、第3図に示すように、21′=16384個の
長さ2 ”’:L11の線分の階段関数となる。一方、
DoxMのグラフは第4図に示すように16384個の
線分が鋸の歯の形をしている。よって、 DoxMの下限(最小値でもある):16384個の線
分の左端の最小値 Do x Mの上限: 16384個の線分の右端の最
大値 となる。
第5図に本発明による除算装置の一実施例のブロック図
を示す。第5図中、テーブル情報格納ユニット17は第
1図の8と9を一緒にしたものであり、内挿近似回路1
8は第1図の1と同じものである。また、第1図の乗数
選択回路10は第5図では16なる符号を用いている。
除算は以下の順序で行われるが、その全体の制御を司ど
るのが制御回路11である。
除数レジスタ13にセットされた除数を正規化回路14
によシ正規化し、その除数の上位ビットによシ、テーブ
ル情報格納ユニット17から近似逆数と差分を読み出す
とともに、被乗数選択回路およびレジスタ15に正規化
された除数DOをセットする。
内挿近似回路18により近似逆数の精度を向上させた後
、先ず−Mを出力し、乗数選択回路16により−Mを選
択して、(5)式のDox(−M)を乗算器19にて行
う。このとき、ハーフキャリ、ノ・−フサムは各レジス
タ20.21にセットされた後、加算器22により1つ
゛にまとめられ、積が乗算結果レジスタ23にセットさ
れる。
次に、被除数レジスタ12にセットされた被除数を正規
化回路14で正規化した後、該被除数NOを被乗数選択
回路およびレジスタ15にセットするとともに、内挿近
似回路18からMを出力して、乗数選択回路16により
Mを選択し、(6)式のNoxMを実行する。NoxM
の一種が21−フキヤリレジスタ20、ハーフサムレジ
スタ21にセットされた時、同時に乗算結果レジスタ2
3のり。x(−M)の積を被乗数選択回路およびレジス
タ15にセットする。(5)式では、Do x (−M
)に1を加えてAとすることになっているが、1を加え
た後、2 以上の位は負の符号ビットとなるので、該除
算装置とするのである。その後でNoxMの積を乗算結
果レジスタ23にセットする。
以下、(7)式で示す反復計算を行い、同時に(8)式
からaυ式の部分商の補正を部分商補正回路24で行い
、補正された部分商を部分商マージ回路25によりマー
ジする。
反復計算では乗算結果の上位の部分商Q6−1が乗数選
択回路16に選択されるとともに、乗算結果の下位のN
i−1が倍数の一種として乗算器19に入力され、AX
Q=−1に足し込まれる。 この反復計算を必要回数だ
け繰シ返した後、最終的にマージされた商が除算結果レ
ジスタ26にセットされる。
以上の計算が数としてどのように処理されているかを第
6図及び第7図に示す。第6図、第7図の例は、16進
数14桁の被除数、除数を扱っており、16進数として
正規化した後、除数のビット正規化するのに資するビッ
ト数だけ、被除数、除数を左に桁送りしており、被除数
が2°の位よりあふれて左に出たときは、右に4ビット
桁送りするため、Noとして59ビツトになっている。
第6図、第7図に示すように、反復計算では、Qi−1
r N、−1が負のときは、先頭に負の符号を埋め込む
とと□もに、Qi−0に対しては、乗数の最下位ビット
に1を付加することによシ、Q、−□を1の補数から1
2の補数に修正する必要がある。第6図中、Qa+Ng
 については、上段が正または零の場合であり、下段が
負の場合である。同様に、第7図中、N、−2,Q、−
1,qj+ N、については、上段が正または零の場合
であシ、下段か負の場合である。また、iはt≧3を満
たす任意の正の整数である。
以下、除数Do 、被除数NOを、 Do = 0.91A2B400 (16進衣示)No
 =0.48D159E26AF37BCO(16進表
示)として除算の具体例を説明する。
(i) Doの上位11ビツトは 0.91A(16進表示) = 0.10010001
101(2進宍示) であシ、 o、1oo1ooo、 、o、−1,11000010
00001000010−°。
o、1oo1ooo11.o= 1.11000001
10100101100°°。
であるから、テーブル情報として次の数が出力される。
Mo= 1.1100001000001000011
 (2進表示)= 1.C2086(16進表示) Δ =・・・1111.11111111100111
01010 (2進表示)=・・・F、FF9D4 (
16進衆示)Do、Ill =: Do、13= Do
、14 = 0 、 Do、15= 1 より1内挿近
似はすべてゼロとなるので最終的に除数の近似逆数とし
て使用されるMは次の値となる(以下、特に注意書きし
ない限シ16進表示とする)。
M= 1.0208 −M== ・・・FE、3DF8 (It) A = 1+D。x(−M)= ・・・FF
、FFFB72826 1110 Q 1+N 1=Nox M:0.8002
468ACF1357235EOQl=0.80O N1=O,0O02468ACF1357235EO(
iV) 163(Q2十N、)=163(AXQl+N
、)=、、、FF、FFFCBFF1357235E1
6’、Q2=・・・FF 、 F’FF’16II、N
F、・・FF、FFF’CBF’F1357235EQ
l= 0.800−0.001 = Q、7FF (1/) 16 (Q3+N5)= 16 (Ax(Q
2+0.001)+Na): 16’、N2 ;・・・FF、CBFF1357235E15’、Q3
=−FF、CBF 16’、NrS= ・・・FF、FFFF135723
5E16”、Q2= O,FFF (vl) 16’(Q4+N4 )=169(Ax (
Q3+16−”) +N3 )= 0.000 14A
7DE 16’ 、Q3= 0 、CBF + 0 、001=
 O,CCO 以上より、商として8桁とるものとしたとき、商、 0
,7FFFFFCC M倍された剰余: 0.00000000000014
A7DE以上、本発明の一実施例を説明してきたが、本
除算装置において、部分商および部分剰余を同一、回路
を繰り返して使用することによりめるのではなく、所要
の反復回数に等しい数の部分商および部分剰余r求める
回路をパイプ2イン状に配置し、ベクトルの対応する要
素の間の商を1クロツク毎にめることができるベクトル
除算装置も構成可能である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、除数の近似逆数の精度を向上させるの
に、従来乗算回数が2回必要であったのを乗算1回、場
合によっては加算1回程度と同程度の時間しか必要とし
なくなシ、また、従来、最終的にめる商と同じ長さの商
がまった時点で、商の検算、補正を行っていたのに対し
、反復計算の中に商の検算、補正を取シ込むことができ
るので、除算の実行時間の短縮に効果がある。また、部
分商の補正は、上位の部分商には伝播しないので、第1
番の商の補正を終えた時点で、除算結果を正規化する必
要があるかどうか早期に判定可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は内挿近似回路の構成例を示すブロック図、第2
図は第1図における倍数発生器の入出力関係を示す図、
第3図及び第4図は本発明による内挿近似の精度を示す
図、第5図は本発明の除算装置の一実施例を示す図、第
6図及び第7図は本発明の具体的動作例を示す図である
。 1.18・・・内挿近似回路、8,9.17・・・テー
ブル情報格納ユニット、24・・・部分商補正回路。 オ・1図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)除数および被除数を正規化し、正規化された除数
    の上位ビットをアドレスとしてテーブル情報格納ユニッ
    トより除数の近似逆数を得、正規化された被除数と前記
    除数の近似逆数を掛けることにより商をめる除算装置に
    おいて、テーブル情報として除数の近似逆数だけでなく
    、隣接する近似逆数の差分またはこれに類する数を記憶
    したテーブル情報格納ユニットと、正規化された除数の
    上位ビットをアドレスとして前記テーブル情報格納ユニ
    ットよシ除数の近似逆数と上記の差分またはこれに類す
    る数を索引した後、テーブル情報検索に使用した正規化
    された除数の上位ビットの直後の数ビットによシ、差分
    またはこれに類する数を比例配分して、近似逆数に加え
    る内挿近似回路とを設けたことを特徴とする除算装置。
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