Устройство для решения двумерных задач математической физики

 

С©©з СО99тсиих

Социалистических

Республик

Ц

\ (61) Дополнительное. к авт. сеид-ву (22) Заявлено 21. 03 75(21) 2115633/24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано05.06. 78,бюллетень 34 21 (45) Дата опубликования описании 25.N V8

{53) И. Кл.

Q 0B F 15/32

Государственный квинтет

Соавта Мнннвтроа СССР но делам нзоарвтвннй

И DTKPbtTNN (53) УДМ681. 325 (088. 8) (F2) Авторы изобретения

В. П. Боюн, II, Г. Коапов и Б. Н. Малиновский (71) Заявитель

Ордена Ленина институт кибернетики АН Украинской ССР (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ ДВУМЕРНЫХ ЗАДАЧ

МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при построении специализированных вычислительных устройств для решения задач математической физики.

Известно устройство для решения уравнения в частных производных, состоящее из блока управления и сетки однородных и одинаково соединенных модулей, каждый из которых имеет арифметический блок, выполняющий последовательно разряд за разрядом арифметические и логические операции, и два блока памяти емкостью по 2048 двеичных единиц каж дый jl). Это устройство имеет большой объем оборудования, поскольку представляет собой вычислительную систему, состоящую из отдельных вычислительных машин со своими арифметическими устройствами и блоками памяти.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для решения двумерных задач математической физики, содержащее блок управления, два выхода которо го соединены соответственно с управляющими входами блоков ввода и вывода и матрицу блоков суммирования (2), .Первый выход каждого блока суммирования соединен со входами соседних блоков суммирования в столбце и. строке матрицы, а второй — с информаци2 .о иным входом блока вывода. Выход. блока ввода соединен е информационными входами всех блоков суммирования матрицы.

Недостатками устройства являются: большой объем оборудования, поскольку в

5 устройстве используются и-разрядные комбинационные сумматоры на пять внешних входов, представляющие собой сложные блоки: . трудность изготовления устройства и большое количество связей, так как каждый сум!

6 матор имеет 5п входов и и выходов. невысокая точность решения задачи иэ-за невозможности выбрать малый шаг квантования переменных, так как это требует использования большого количества сложных блоков (сумматоров) и связей. между ними;

l5 и неустойчивость решения из-за наличия положительных обратных связей между и-разрядными комбинационными сумматорами.

Целью изобретения является упрощение устройства и повышение точности и помехоустойчивости решения.

Эта цель достигается за счет введения в устройство блока анализа и двух регистров адреса.

Третий, четвертый, пятый и подестой выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами двух регистров адре25 са и с первым и вторым управляющими вхо6!О!!6

М

4$ з лами блоков суммирования матрицы. Выходы псрвого регистра адреса соединены с третьими управляющими вхолами блоков суммирования матрицы, выходы второго регистра адреса — — с l6TBc. .!>тымн управляющими Bxo3 3MB блоков суммирования матрицы. Третий выход каждого блока суммирования матрицы соединен со входом блока анализа, выход и управляюц!ий ихол которого соединены соответственно со вхо дом и с шестым BblxojloM блока управления.

Каждый блок суммирования содержит одноразрядный комбинационный сумматор, регистр группу элементов И и два элемента И. Входы блока суммирования соединены со входами одноразрядного комбинационного сумматора, выход которого соединен со входом регистра.

Выходы регистра через первый элемент И и группу элементов И соединены соответственно с выхо)сами блока суммирования, первый и второй управляющие входы которого соелине- ны соответственно с управляющими входами регистра и первого элемента И. Третий и четвертый управляющие входы блока суммирова. ния соединены со входами второго элемента И, выход которого соединен с управляющим входом группы элементов И.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 — функциональная схема блока суммирования.

Устройство для решения двумерных задач математической физики содержит блоки суммирования 1, образующие матрицу, блок ввода 2, блок вывода 3, первый 4 и второй 5 регистры адреса, блок анализа 6 и блок управления 7.

Первйй выход каждого блока суммирова. ния 1 соединен со входами соседних блоков суммирования в столбце и строке матрицы. Второй выход каждого блока суммирования 1 соединен с информационным входом блока вывода 3.

Выход блока ввода 2 соединен с информационными входами всех блоков суммирования 1.

Первый и второй выходы блока управления ? соединены соответственно с управляющими входами блоков ввода 2 и вывода 3. Третий, четвертый, пятый и шестой выходы блока управления

7 соединены соответственно с управляющими в ходами регистров адреса 4 и 5 и с первым и вторым управляющими входами блоков суммирования I. Выходы регистра адреса 4 соедине-. ны с третьими управляющими входами блоков суммирования I, выходы регистра адреса 5 — с четвертыми управляющими входами блоков суммирования !. Третий выход каждого блока суммирования I соединен со входом блока анализа 6, выход и управляющий вход которого соединены соответственно со входом и с шестым выходом блока управления 7.

Блок суммирования 1 содержит многовходовой одноразрядный комбинационный сумма-. тор 8, регистр 9, два элемента И 10 и 1 I u группу элементов И 12.

Входы 13 — 17 блоков суммирования 1 соединены со входами сумматора 8, выход которого подключен ко входу регистра 9. Выходы регистра 9 соединены через группу элементов

И 12 с выходами 18 блока суммирования 1. йо

Г!с рвый .19 и второй 20 управляющие вхолы блока суммирования 1 соединены с управляющими вхоламн регистра 9 и первого элемента 11 !0 соответственно. Третий 2! и четвертый 22 управляющие входы блока суммнроваHHB l соелинены со входами второго элемента

И l l, выход которого подключен к управляющим . входам группы элементов И 12. Выхол младшего разряда регистра 9 соединен через первый элемент И 10 с выходом 23 блока сумми рова пня l.

П редла гаемое устройство работает следующим образом. .Блок ввода 2 вылает в последовательном коле, начиная с младшего разряда, значения граничных условий на входы внешних блоков суммирования 1 и значения правых частей F; на входы внутренних блоков суммирования 1, на другие входы которых поступает послеловательнь и код с соседних блоков суммирования I. После прохождения (n + 2) тактов работы устройства в регистрах 9 блинов суммирования 1 устанавливаются приближенные значения искомого решения. В течение п тактов осуществляется сложение четырех (для уравнений Лапласа) или пяти (для уравнений Пуас - . сона! чисел и сдвиг содержимого регистра 9 блока суммирования 1. В течение двух последующих тактов осуществляется блокирование двух младших разрядов на первом элементе

И 10 по второму входу 20, что обеспечивает деление на коэффициент «четыре» величины...Блок управления 7 устанавливает адреса блоков суммирования 1 в регистры адреса 4 и 5, и при совпадении сигналов иа втором элементе И 11 по входам 21 н 22 осуществляется считывание содержимого регистров 9 соответствующих блоков суммирования. в .блок анализа 6, где сравниваются значения решения на двух соседних по времени итерациях.

Последующие итерации осущсствляются аналогично и, если решения на двух следующих одна за другой итерациях отличаются на заданную малую величину, блок анализа 6 выдает сигнал на блок управления ?, который производит выдачу адресов на регистры адреса 4 и 5, выбирающие заданные блоки суммирования 1 для считывания из регистров 9 решения в блок вывода 3, По сравнению с известными устройствами предлагаемое устройство имеет меньший объем оборудования за счет использования простых блоков суммирования, реализующих последовательнь1й принцип обработки информации, что в значительной мере упрощает коммутацию между блоками суммирования, Устройство позволяет решать: широкий класс задач математической физики (теплопроводности, тепломассообмена, аэродинамики, упругости, пластичности, электроста1ики, фильтрации, механики леформируемых тел и т.п.) с получением высокой точности решения, что нельзя получить на известных устройствах

6lO1Н;

Формула нзобретекия

Рм 2. Составитель В. Боктн

Техред О. Луговая Корректор А. Накипи

Тираж 826 Подпис ное

Редактор Л. Утехина

Заказ 30 I 2/38

ПНИИПИ I осударственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

1l 3035, Москва, Ж -35. Раушская иаб., д. 4/5

Филиал ППП <Патент>, r. Ужгород, ул. Проектная. 4 с из-за сложности блоков суммирования и коммутации между ними.

Устройство для решения двумерных залач математической физики, содержащее блок управления, лва выхода которого соединены соответственно с управляющими входами блоков ввода и вывола, матрицу блоков суммирования, первый выход каждого блока суммирования соединен со входами соседних блоков суммирования в столбце и строке матрицы, второй выход каждого блока суммирования соединен с информационным входом блока вывода, выход блока ввода соединен с информационными входами всех блоков суммирования матрицы, отличающееся тем, что с целью упрощения устройства, повышения точности работы и помехоустойчивости,-в устройство введены блок ана-. лиза и два регистра адреса; причем третий, четвертый, пятый и шестой выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами двух регистров адреса и с первым и вторым управляющими входами блоюв суммирования матрицы; выходы первого регистра адреса соелинены с третьими управляющими входами блоков суммирования маткины, выходы второго регистра адреса — с четвертыми управляюгцими входами блоков суммирования матрицы; третий выход каждого

5 блока суммирования матрицы соединен со входом блока анализа, выход и управляющий пхол которого соелинены соответственно со входом н с шестым выходом блока у равления.

2. Устройство по п. I, отличающееся тем, что кажлый блок суммировашгя содержит одноразрядный комбинационный сумматгр, регистр, группу элементов И и два элем. нта И; причем входы блока соединены со входами одноразрядного комбинационного суммагора, выход которого соединен со входом регистра; выходы регистра через первый элемент И и группу элементов И соединены соответственно с выходами блока; первый и второй управляющие входьг блока соединены соответственно с управляющими входами регистра и первого

И элемента И; третий и четвертый управляющие входы блока соединены со входами второго элемента И, выход которого соединен с управляющим входом группы элементов И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

I. Евреинов Э. В., Косарев IO. Г. Однородные вычислительные системы высокой производительности, Новосибирск, «Наука», I 966, стр. 38 — 41, рис, 7.

2. Катков А. Ф., Романцев В. П. Комби35 национная цифровая сетка для решении уравнений математической физики. Рефераты докладов Yll Всесоюзного совещания «Математическое моделирование. Теория и методы гибридных вычислений», Таллин, I973, стр. 37--40.