Устройство для вычисления свертки

 

ИЗОБРЕТЕНИЕ ОТНОСИТСЯ К ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ И МОЖЕТ БЫТЬ ИСПОЛЬЗОВАНО В СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИНАХ И УСТРОЙСТВАХ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ. ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ - РАСШИРЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ УСТРОЙСТВА ЗА СЧЕТ ВЫЧИСЛЕНИЯ СВЕРТКИ ПО РЕКУРСИВНОМУ АЛГОРИТМУ. УСТРОЙСТВО СОДЕРЖИТ МАТРИЦЫ P 0 . J ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МОДУЛЕЙ (J, P 0 - РАЗМЕРНОСТИ СООТВЕТСТВЕННО ВЫХОДНОГО ВЕКТОРА Y, ВЕКТОРА ВЕСОВЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ Ω) И J РЕГИСТРОВ. В ОСНОВУ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА ПОЛОЖЕН АЛГОРИТМ ВЫЧИСЛЕНИЯ СВЕРТКИ, КОТОРЫЙ ЗАДАН РЕКУРРЕНТНЫМИ СООТНОШЕНИЯМИ Y (-1) = 0, Y (P) = Y (P-1) + ΩP XI - P, P = 0, P 0 - 1, Y (P) = Y (P-1) + RP 0+P 1-P Y I-P 0- P 1-P 1P = P 0, D 1+P 1-1, YI = YI(P 0+P 1-1). ОСОБЕННОСТЯМИ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА ЯВЛЯЕТСЯ ПАРАЛЛЕЛЬНО-ПОТОЧНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫЧИСЛЕНИЙ. ВРЕМЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ СВЕРТКИ ДЛЯ L ВХОДНЫХ ВЕКТОРОВ X(L 1P 0 + J - 1), ГДЕ /P 0 + J - 1/ - РАЗМЕРНОСТЬ ВХОДНОГО ВЕКТОРА /X/P 0 + J - 1/, РАВНО P 0 + P 1 + 2J + L - 2 ТАКТОВ. 5 ИЛ.

„.SU„„35875

СОЮЗ СОВЕТСНИХ социАлистичесних

РЕСПУБЛИН

А1 (gg)g С 06 У 15/347

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (i, 1) — го вычислительного модуля; на фиг. 3 — схема (К, j ) — го вычислительного модуля (i = 2 P + 1, ) =1,21

K=P,+2,ре»Р,+1;Ре,Р„ размерности векторов весовых коэффициентов r .и у, I — размерность выходного вектора); на фиг.4 — картина распространения вычислительных фронтов устройства; на фиг.5 — временные диаграммы работы устройства.

Устройство для вычисления свертки (Фиг.1) содержит первую группу ин» формационных входов 1, вторую группу информационных входов 2, третью группу инФормационных входов 3, четвертую группу информационных входов

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ по изоБРетениям и ОтнРытиям пРи Гннт сссР

1 (21) 4450377/24-24 (22) 27.06,88 (46) 23.08.90. Бюл. У 31 (72) В.П.Якуш, Н.А.Лиходед, П.И.Соболевский и В.В.Косьянчук (53) 681.32(088.8) (56) Кунг Х.Т. Вычисления на СБИС.

Системы параллельной обработки: Перев ° с англ./ Под ред. Д.Ивенса. — N.: Мир, 1985, с.348,рис.16.8.

Авторское свидетельство СССР

112 1494018, 30.11.87. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ СВЕРТКИ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в. специализированных вычислительных машинах и устройствах обработки сигналов..Цель изобретения— расширение функциональных возможностей устройства за .счет вычисления

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в специализированных вычислительных машинах и устройствах цифровой обработки сигналов для вычисления свертки, определяемой рекурсивным алгоритмом.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет вычисления свертки по рекурсивному алгоритму.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для вычисления свертки для случая Р = 3, Р, = 2 и I = 3 с потоками входйых и выходных данных: на фиг.2 — функциональная схема

2 свертки по рекурсивному алгоритму.

Устройство содержит матрицы Р х I, вычислительных модулей (I, Р— размерности соответственно выходного вектора у, вектора весовых коэффициентов д) и I регистров. В основу работы устройства положен алгоритм вычисления свертки, который задан ренуррентньмн Соотноееннямн у. = 0; — терре р P = 0 Ро

Г > (Po" Р1-1)

Р, Р + Р - 1, у = у;

Особенностями работы устройства является параллельно-поточная организация вычислений. Время вычисления свертки для 1 входных векторов

Х(1,Р + I 1), где (Р + I 1) размерность входного вектора (Х/Р +

+ I — 1), равно Ро + P> + 2I + 1 — 2 тактов. 5 ил.

1587539

4, пятую группу информационных входов 5, синхровход б, регистры 7, вычислительные модули 8 и 9, группу выходов 10 устройства. (i..j)-й вычислительный модуль (фиг.2) содержит первый 11, второй

12 и третий 13 информационные входы, синхровход 14, регистры 15-17, умножитель 18, сумматор 19, первый

20, второй 21 и третий 22 выходы. (K,j)-й вычислительный модуль содержит первый 23, второй 24 и тре-. тий 25 информационные входы, синхровход 26, регистры 27-30, умножитель

31, сумматор 32, первый выход 33, второй выход 34, третий выход 35.

В основу работы устройства положен рекурсивный алгоритм вычисления свертки, который задан рекуррентными соотношениями для i=0 I-1

15 — 0

Y. 1 +И х P = 0 P -1

p gp у у э (Р-11

P+P P 1 Ро-Р +Р

P0 Pf

«Р,- ) (1

При описании работы устройства в обозначении 7" в скобках указывается номер х-го рекуррентного шага, а в обозначении Y номер указывает номер такта работы устройстваа, Устройство работает следующим образом. 40

В исходном состоянии регистры

15-17, 27-30 устанавливаются в нулевое состояние.

Рассмотрим работу устройства при вычислении свертки для входного вектора Х (1,5) и начальных значений

Y (1,2}.

На входы 1,, 1 и 1 постоянно подаются нулевые значения, на входы

34 3 и 3 пОстОяннО подаются сО

50 ответственно значения элементов ж2, с0, и (1 на входы 4 и 4 постоянно

1 подаются соответственно значения элементов Г и Г 2 °

На нулевом такте на вход 2 пода- 5

5( ется элемент х0. При этом в вычисли0 тельном модуле 9, формируется значение

Y(01 Y (-1)

+ (0 х0

Формула изобретения

Устройство для вычисления свертки, содержащее матрицу Р0 х Т (Р0, Т размерности соответственно вектора весовых коэффициентов ьО и выходного вектора у) вычислительных модулей, причем первый информационный вход (i,j) -ro вычислительного модуля подключен к первому выходу (i, j-1)-го вычислительного модуля (i = Р, + 2, Р + Р0+ 1, 1 = 2,1; Ру — размерность вектора весовых коэффициентов r) второй информационный вход

На первом такте на вход 2: подается элемент х

При этом в вычислительном модуле

9 1 формируется значение Y 0 = Y0 +

+ х 1(d1 на втором такте на входй

24, и 2 2 подаются соответственно

Ф элементы х 2 и х,. При этом в вычислительном модуле 9 1 формируется значение Y 0 = Y(1 +(д х, в вычислительн ом модуле 9 6 2 — з н аче нне

Y(= Г +Cd х

1 0

На третьем такте в вычислительном модуле 8З1 формируется значение

7 = Y< + r у, в вычислительном

0 2 - 2 модуле 9 формируется значение 1, о

+Ы х0.

=1

На чертвертом тте на вход 2М подается значение элемента х . При

4 этом в вычислительном модуле 8, формируется значение Y 0 = 7(+

+ г„ 1 1, В вЫЧИслительноМ моДУле

94 — значение Y = Y(1 +сд2х,, в (21 вычислительном модуле 9 — значе 0) < 1i С3 ние т = Y2 + x..

На пятом такте с выхода регистра (1

7„значение Y 0 = Y 4 подается на выход .устройства 10,, в вычислительном модуле 8 формируется значение )

= Y + 12/ 1 в вычислительном модуле 9 з — значение Y = Ф + (1! - O )

+И1Х

На последующих тактах аналогичным образом формиру10тся остальные элементы Y. (i = 2, I-1) . Картина рас1 пространения вычислительных фронтов показана на фиг.4, временные диаграммы работы устройства на фиг.5 °

Период ввода соответствующих элементов очередного входного вектора х(1,q) равен одному такту работы устройства.

1587 (К, j) -ro вычислительного модуля (К = Р„+ 2, Рр + Р,) подключен к второму выходу (К+1, j-1)-ro вычислительного модуля, третий информационный вход (К„1) -го вычислительного модуля подключен к третьему выходу (К+1,1)-го вычислительного модуля (1 = 1,I), третьи информационные входы (Рр + Р„ + 1,1)-х вычислительных модулей образуют первую группу информационных входов устройства, вторую группу информационньм входов которого образуют вторые информационные входы (n,m x вычислительных модулей (n = Р, + 2, Рр+Р, +1, еслиш=1 ип=Р +

+ P + 1, если m =. 2, i), первые информационные входы (1,1)-х вычислительных модулей образуют третью группу информационных входов устройства, синхровход которого подключен к синхровходам (i 1)-х вычислительных модулей, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функцио— нальных возможностей устройства за счет вычисления свертки по рекурсивному алгоритму, в устройство введены матрица Р1 х I вычислительных моду539 6 лей и 1 регистров, выходы которых образуют группу выходов устройства, четвертая и пятая группы информационных входов которого образованы соответственно первыми и вторыми информационными входами (P, 1)-х вычисиительиых иодулей (P 2, Р, е 1), первый информационный вход (q,j)-го

10 вычислительного модуля подключен к первому выходу (q, j — 12 -ro вычислительного модуля (q = 2, P> + 1), второй информационный вход (s,j)-го вычислительного модуля подключен к вто- рому вьмоду (я 1, } 1) - » числительного модуля (s = 3, P1 + 1), третий информационный вход (q,1)-ro вычислительного модуля подключен к третьему выходу (q+1 1)-го вычисли2(} тельного модуля, третий выход (2, 1)-го вычислительного модуля подклнг чен к информационному входу (1,1)го регистра, выход (1,j-1)-го регистра подключен к второму информаци25 онному входу (2,j)-го вычислительного модуля, синхровходы всех регистров и вычислительных модулей подключены к синхровходу устройства.

° ° °

44 1

1587539

1587539

Eоставитель К.Кухаренко

Редактор С.Патрушева Техред А.Кравчук

Корректор О.Ципле

Заказ 2422 Тираж 569 Подписное

ВНИИПИ Государственного крмитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101