Устройство для решения дифференциальных уравнений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 94 С 06 Р 15/3 ВИДЕТЕЛЬСТ я в нрава Е ков 5 блоков и УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР деллм изОБРетений и ОткРыт(71) Институт проблем моделэнергетике АН УССР(56) Авторское свидетельство СССУ 620980, кл, С 06 Г 15/328, 197Авторское свидетельство СССРВ 1134949, кл. С 06 Р 15/32, 198(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ ДИФФЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ(5) Изобретение относится фвычислительной технике, а и 19,801305710 А 1 устройствам для обработки цифровых данных, и может быть использовано при решении дифференциальных уравнений в частных производных. Цель изобретения - повышение быстродействгя устройства, Поставленная цель достигается тем что устройство содержит блокввода-вывода, блок 2 управления, и блоков 3 - 3 двунаправленной передачи данных первой группы (где и - порядок соответствующей системы линей. ных алгебраических уравнений),п блоков 4, - 4 двунаправленной передачи данных второй группы, и решающих бло 5 первой группы, п решающих6, в . бя второй группы. 8 ил.13057 10 оставитель Е,Смиехред В.Кадар ов Корректор А.Зимокос Пека ед аказ 1454 Производственно-полиграфическое предприятие, г од, ул,Проектная,ВИИИПИ по 113035+де Эх ду ф заданного в единичном квадрате (О с х1; 0у1), аппроксимируемогс методом конечных разностей с использованием локальноодномерных схем в видеь1 т г 1+ г-20 +Б,уг у (2) Изобретение относится к цифровойвычислительной технике, в частности кустройствам для обработки цифровыхданных, и может быть использовано длярешения дифференциальных уравнений зчастных производных.Целью изобретения является повышение достоверности результатов решенияуравнений,На Фиг.1 представлена структурнаясхема устройства; на Фиг.2 - схемаблока управления; на фиг. 3 - схемаблока двунаправленной передачи данныхпервой группы; на фиг,4 - схема блокадвунаправленной передачи данных второй группы; на фиг.5 - схема решающего блока первой группы; на фиг,бсхема решающего блока второй группы;на Фиг.7 и 8 - алгоритмы работы устройства,Устройство для решения дифференциальных уравнений содержит блок 1 ввода-вывода, блок 2 управления, блоки3 - 3 двунаправленной передачи данныхтт25первой группы, блоки 4, - 4 двунаправленной передачи данных второй группы,где и - порядок соответствующей систеВмы линейных алгебраических уравнений,решающие блоки 5- 5 первой группы,решающие блоки б, - б второй группы,информационную шину 7, шину 8 чтения,шину 9 запросов, информационную шину10, адресную шину 11, шину 12 записи,информационную шину 13, шину 14 записи, адресную шину 15, информационнук 35шину 16, шину 17 чтения, шину 18 запроса решающего блока, шину 19 запросарешающего блока, информационную шину20, шину 21 чтения, шину 22 запроса,информационную шину 23, адресную шину тО24 и шину 25 записи.оБлок 2 управления содержит узел 2 бпамяти., буфер 27 ввода-вывода, состоящий из двух групп ключей, регистр 28 .адреса, регистр 29 команд, регистр 30текущей погрешности, счетчик 31 команд, дешифратор 32 команд, сумматор33, узел 34 синхронизации, регистр35 допустимой погрешности.я я тт, Е2 2Блок 3 двунаправленной передачиданных содержит первый регистр 36,первую группу ключей 37, первый элемент И 38, первый дешифратор 39, второй регистр 40, вторую группу ключей41, второй элемент И 42, второй дешифратор 43, третий и четвертый элементы И 44 и 45.Блок 4 двунаправленной передачиданных содержит три регистра 46-48,три группы ключей 49-51, четыре дешифратора 52-55, четыре элемента И 56-59.Решающий блок первой группы содержит регистр 60, распределитель 61 импульссв, регистр 62, регистр 63, дешифратор 64 команд, счетчик 65 команд, сумматор бб, регистр 67 команд, регистр 68 адреса регистр 69частичного результата, ключи 70, первой группы, ключи 702 второй группы,узел 71 памяти.Решающий блок второй группы содержит регистр 72, распределитель 73 импульсов, регистр 74 второго операнда,регистр 75 первого операнда, дешифратор 76 команд, счетчик 77 команд, сумматор 78, регистр 79 команд, регистр80 адреса, регистр 81 частичного результата, первую группу ключей 82,вторую группу ключей 82 , узел 83 памяти,Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии в узле 26 памяти блока 2 управления, узле 83 памяти блока 6 и узле 71 памяти блока5 записаны обрабатывающие программы,массивы коэффициентов начальные играничные условия.Рассмотрим работу устройства напримере решения двумерного уравненияпараболического типа(Э)решение ки для каждой из координат 1 с помо- прогон- щью блоков 5 - 5, а также решениес - ; а 3 1305 одномерной задачи (3) методом прогонки для каждой из координатс помощью блоков 5, - 5.Решение одномерной задачи методом прогонки сводится к вычислениям по формулам (для каждого временного слоя) а 8+ й; й 10 1с -ОС;а ф(аналогичные формулы для второго этапа) .15Решение задачи включает следующие этапы: загрузку исходных данных (коэф-. фициентов, граничных условий и т.д.) из блока 1 ввода-вывода в узел 26 памяти блока 2 управления; решение исходного уравнения в блоках 5, - 5 и параллельное вычисление погрешности . в блоках 6 - 6; выдачу полученного результата, из узла 26 памяти блока 2 в блок 1 ввода-вывода.Блок 2 управления вырабатывает по шине 11 адрес блока 3 по шьре 12 сигнал "Запись", по которому слово из узла 26 памяти блока 2 по информационной шине 10 записывается в регистр 40 блока 3. При этом с выхода элемента И 45 сигнал "Запрос" по шине 18 поступает в распределитель 61 импульсов блока 5, . По этому сигналу блок 5, обращается к блоку 3 как к внешнему устройству и считывает информацию с регистра 40 через ключи 41 по шине 16 в узел 71 памяти блока 51, При считывании информации на выходе элемента И 38 появляется ответный сигнал, который по шине 9 передается в блок 2 угравления, который переходит к передаче следующих слов из собственного узла памяти в решающий блок аналогично 4 описанному.Таким образом, вся исходная информация загружается в узел 71 памяти , блока 5, который последней командой передаваемого массива запускается на выполнение функциональной программы. Затем блок 2 переключается через блок 3 к второму блоку 5 , загружает исходной информацией узел 71 памяти и передает ему у 1 Фавление на Выполне ние функциональной программы, а в это время блок 2 управления переклю- . чается к следующему блоку 5 и таким образом все и блоков 5 со смещением 710 4во времени параллельно выполняют собственные программы. Затем аналогично подготавливаются к работе блоки 6 -6 через соответствующие блоки 4. Для этого блок 2 управления по шинам 11 выставляет адрес соответствующего блока 4, по шине 12 - сигнал "Запись", а по шине 10 - данные, которые записываются в регистр 46. По шине 22 сигнал "Запрос" поступает в блок 6, который выставляет адрес по шине 23 и сигнал "Чтение" по шине21, и считывает через ключи 49 и шину 20 информацию в узел 83 памяти.Взаимодействие блоков 5 с блоком 2 управления и блоками 6 отражены на фиг. 7 и 8.Рассмотрим более подробно, как осуществляется передача данных из блока 5 в блок 2 и в блок 6, которые являются внешними устройствами по отношению к блоку 5. Для этого блок 5 выставляет по шине 15 адрес блока 3 или блока 4 в зависимости от того, что является приемником информации, по шине 14 сигнал "Запись", а по шине13 - данные. В соответствующий регистр 36 ввода и регистр 48 записывается информация, а по шине 9 или 19 поступает запрос в соответствующий блок. Соответствующий блок по адреснойшине. 11 (или 24) и управляющей шине 8(или 21) выставляет сигналы и черезключи 37 шины 7 (или 20) считываетинформацию в собственный узел памяти.Аналогично информация из блока 6через регистр 47, ключи 50 и шину 7блока 4 передается в блок 2 управления. формула изобретения Устройство для решения дифференциальных уравнений, содержащее блок уп-. равления, блок ввода-вывода, первую группу из и решающих блоков, где и порядок системы соответствующих линейных алгебраических уравнений, первую группу из и блоков двунаправленной передачи данных, первый и второй выходы блока управления подключены соответственно к первым информационным входам и к первым управляющим входам и блоков двунаправленной передачи данных первой группы, третий выход блока управления подключен к вторым информационным входам и блоков двунаправленной передачи данных первойгруппы, информационный вход блокауправления подключен к первым выходами блоков двунаправленной передачиданных первой группы, второй управляющий вход, третий информационный входи третий управляющий входы -го бло.ка двунаправленной передачи данныхпервой группы подключены соответствен.но к первому, второму и третьему информационным выходам х-го решающего 1 Облока первой группы, второй выход-го блока двунаправленной передачиданных первой группы подключен к инФормационному входу х-го решающегоблока первой группы, третий выход 15х-го блока двунаправленной передачиданных первой группы подключен к входу запроса -го решающего блока первойгруппы, при этом каждый блок двунаправленной передачи данных первой 20группы содержит первую и вторую группы ключей, первый и второй регистры,выход первого регистра блока. двунаправленной передачи данных первой груп.пы подключен к информационным входамключей первой группы, блока двунаправленной передачи данных первой группы, выходыкоторых объединены и подключены к первому выходу блока двунаправленной передачи данных первой ЗОгруппы, первый информационный входблока двунаправленной передачи данныхпервой группы подключен к информационному входу второго регистра блокадвунаправленной передачи данных первой группы, информационные входы ключей второй группы двунаправленной передачи данных первой группы объединены и подключены к выходу второго регистра блока двунаправленной передачи 40данных первой группы, выходы ключейвторой группы блока двунаправленнойпередачи данных первой группы объединены и подключены к второму выходублока двунаправленной передачи данных 45первой группы, при этом блок двунаправленной передачи данных второй группы содержит первую и вторую группыключей, первый и второй регистры, первый информационный вход блока двунаправленной передачи данных второй группы подключен к информационному входупервого регистра блока двунаправленной передачи данных второй группы, выход первого регистра блока двунаправленной передачи второй группы подключен к информационным входам ключейпервой группы блока двунаправленной передачи данных второй группы, выходы ключей первой группы блока двунаправленной передачи данных второй группы подключены к первому выходу блоха двунаправленной передачи данных второй группы, второй информационный вход блока двунаправленной передачи данных второй группы подкю 1 ючен к информационному входу второго регистраблока двунаправленной передачи второй группы, выход второго регистра блока двунаправленной передачи второй группы подключен к информационным входам ключей второй группы блока двунаправленной передачи второй группы, выходы ключей второй группы блока двунаправленной передачи второй группы объединены и подключены к второму выходу блока двунаправленной передачи данных второй группы, при этом блок управления содержит узел памяти, счетчик команд, регистр адреса, регистр команд, дешифратор, узел синхронизации, сумматор, первый и второй регистры, первый выход узла синхронизации подключен к входу чтения узла памяти и к первому выходу блока управления, второй выход блока синхронизации подключен к счетному входу счетчика команд, к входу записи регистра адреса и к входу считывания первого регистра, выход счетчика команд подключен к информационному входу регистра адреса, выход которого подключен к адресному входу узла памяти и второму выходу блока управления, выход регис" тра команд подключен к входу дешифратора команд, выход которого подключен к входу запуска узла синхронизации, выходыпервого и второго регистров подключены соответственно к первому и второму информационным входам сумматора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены с первого по и-й решающие блоки второй группы, с первого по и-й блоки двунаправленной передачи данных второй группы чет 9 вертые выходы блоков двунаправленной передачи данных первой группы и тре" тьи выходы блоков двунаправленной передачи данных второй группы подключены к входу запуска блока управления, четвертый выход блока управления подключен к четвертым управляющим входам блоков двунаправленной передачи данных первой группы и к первым управ. дяюшим вхопам блоков двунаправленной1305710 1 О 20 35 40 45 50 55 7передачи данных второй группы, четвертый информационный вход з.-го блока двунаправленной передачи данных первой группы и третий информационный вход х-го блока двунаправленной передачи данных второй группы подключены к четвертому информационному выходу1-го решающего блока первой группы,первый и второй выходы блока управления подключены соответственно к первым информационным входам и вторымуправляющим входам блоков двунаправленной передачи данных второй группы, третий выход блока управления подключен к четвертым информационным входам блоков двунаправленной передачи данных второй группы, вторые выходы блоков двунаправленной передачи данныхвторой группы объединены и подключены к информационному входу блока управления, пятый информационный третий управляющий и четвертый управляющий входы -го блока двунаправленнойпередачи данных второй группы подключены соответственно к первому, второму и третьему информационным выходамт.-го решающего блока второй руппы,четвертый информационный выход т.-горешающего блока второй группы подключен к второму информационному входу1-го блока двунаправленной передачиданных второй группы, первый, третийи четвертый выходы 1-го блока двунаправленной передачи данных второй группы подключены соответственно к информационному входу -го решающего блока второй группы, к входу признака запро. са блока управления и к первому входу запроса 1-го решающего блока второйгруппы, первый и второй выходы -горешающего блока первой группы подключены соответственно к пятому управляющему и шестому, информационному входам 1-го блока двунаправленной передачи данных второй группы, первые выходы блоков двунаправленной передачиданных первой группы объединены иподключены к первому информационномувходу блока ввода-вывода, первый управляющий вход блока ввода-выводаподключен к четвертому выходу блокауправления, второй информационныйвход блока ввода-вывода подключен ктретьему выходу блока управления,второй управляющий вход блока вводавывода псщключен,к второму выходублока управления, третий управляющийвход блока ввода-вывода подключен к первому выходу блока управлегя, выход блока ввода-вывода подключен квходу признака запуска блока управления, при этом в блок двунаправленнойпередачи данных первой группы дополнительно введены с первого по четвертый элементы И, первый и второй дешифраторы, второй управляющий входблока двунаправленной передачи данныхпервой группы подключен к первомувходу первого элемента И блока двунаправленной передачи данных первойгруппы, третий управляющий вход блока двунаправленной передачи данныхпервой группы подключен к первомувходу второго элемента И блока двунаправленной передачи данных первой груп.пы, третий информационный вход блокадвунаправленной пере ачи данных пер -вой группы подключен к входу первогодешифратора блока двунаправленной передачи данных первой группы, выходкоторого подключен к вторым входампервого и второго элементов И блокадвунаправленной. передачи данных первой группы, четвертый управляющийвход блока двунаправленной передачиданных первой группы подключен к первому входу третьего элемента И блокадвунаправленной передачи данных первой группы, первый управляющий входблока двунаправленной передачи данныхпервой группы подключен к первому вхо. ду четвертого элемента И блока двунаправленной передачи данных первой груп.пы, второй информационный вход блокадвунаправленной передачи данных первой группы подключен к входу второгодешифратора блока двунаправленной передачи данныхпервой группы, выход которого подключен к вторым входам третьего и четвертого элементов И блока двунаправленной передачи данных первой группы, выход первого элемента И блока двунаправленной передачи данных первой группы подключен к входу считывания первого регистра блока двунап равленной передачи данных первой груп пы и к четвертому выходу блока двунап. равленной передачи данных первой группы, выход второго элемента блока двунаправленной передачи данных первойгруппы подключен к управляющим входам ключей второй группы блока двунаправленной передачи данных первой группывыход третьего элемента И блока двунаправленной передачи данных первойгруппы подключен к управляющим входам9 1 ЗОЗ ключей первой группы блока двунаправленной передачи данных первой группы, выход четвертого элемента И блока двунаправленной передачи данных первой группы подключен к входу считывания второго регистра блока двунаправленной передачи данных первой группы и к третьему выходу блока двунаправленной передачи данных первой группы, при этом блок двунаправленной передачи 10 данных второй группы дополнительно содержит третий регистр, третью группу .ключей, с первого по четвертый дешифраторы, с первого по четвертый элементы И, пятый управляющий вход блока 15 двунаправленной передачи данных второй группы подключен к первому входу первого дешифратора блока двунаправленной передачи данных второй группы, третий информационный вход блока дву направленной передачи данных второй группы подключен к второму входу первого дешифратора блока двунаправленной передачи данных второй группы, шестой информационный вход блока дву. 25 , направленной передачи данншх второй группы подключен к информационному входу третьего регистра блока двунаправленной передачи данных второй груп пы, выход которого подключен к инфор мационным входам ключей третьей группы блока двунаправленной передачи данных второй группы, выходы которых объединЕны и подключены к первому выходу блока двунаправленной передачи данных второй группы, второй управляющий вход блока двунаправленной передачи данных второй группы подключен к первому входу первого элемента Иблока двунаправленной передачи данных 40 второй группы, первый управляющий вход блока двунаправленной передачи данных второй группы подключен к первому входу второго элемента И блока двунаправленной передачи данных второй группы, четвертый информационныйвход блока двунаправленной передачиданных второй группы подключен к входу второго дешифратора блока двунаправленной передачи данных второй 50группы, выход которого подключен квторым вхоцам первого и второго элементов И блока двунаправленной передачи данных второй группы, четвертыйуправляющий вход блокадвунаправленной 55передачи данных второй группы подключен к первому входу третьего дешифратора блока двунаправленной передачи10 10 данных второй группы и к первому входу четвертого элемента И блока двунаправленной передачи данных второйгруппы, пятый информационный входблока двунаправленной передачи данныхвторой группы подключен к входу четвертого дешифратора блока двунаправленной передачи данных второй группыи к второму входу третьего дешифратора блока двунаправленной передачи данных второй группы, третий управляющийвход блока двунаправленной передачиданных второй группы подключен к первому входу третьего элемента И блокадвунаправленной передачи данных второй группы, выход четвертого дешифратора блока двунаправленной передачиданных второй группы подключен к вторым входам третьего и четвертого элементов И блока двунаправленной передачи данных второй группы, выход первого дешифратора блока двунаправленной передачи данных второй группыподключен к входу считывания третьегорегистра блока двунаправленной передачи данных второй группы и к четвертому выходу блока двунаправленнойпередачи данных второй группы, выходтретьего дешифратора блока двунаправленной передачи данных второй группыподключен к управляющим входам ключейтретьей группы блока двунаправленнойпередачи данных второй группы, выходпервого элемента И блока двунаправленной передачи данных второй группыподключен к входу считывания первогорегистра блока двунаправленной передачи данных второй группы и к пятомувыходу блока двунаправленной передачиданных второй группы, выход второгоэлемента И блока двунаправленной передачи данных второй группы подключенк управляющим входам ключей второйгруппы блока двунаправленной передачиданных второй группы, выход третьегоэлемента И блока двунаправленной передачи данных второй группы подключенк входу считывания второго регистраблока двунаправленной передачи данныхвторой группы и к третьему выходублока двунаправленной передачи данныхвторой группы, выход четвертого элемента И блока двунаправленной передачи данных второй группы подключен куправляющим входам ключей первой группы блока двунаправленной передачиданных второй группы, при этом блокуправления дополнительно содержит11 130 первую и вторую группы ключей, информационный вход ключей первой группы блока управления подключен к выходу первого регистра блока управления, информационный вход ключей второй группы блока управления подключен к информационному входу блока управления и к выходу узла памяти блока управления, выход ключей первой группы блока управления подключен к информа ционному входу узла памяти и к третьему выходу блока управления, выход ключей второй группы блока управления подключен к информационным входам регистра команд, первого и второго1 5710 12регистров блока управления, второйвыход узла синхронизации подключен куправляющим входам ключей первой ивторой групп блока управления, к вхо ду считывания регистра команд и входу.считывания второго регистра блока управления, третий выход узла синхронизации подключен к входу записи узлапамяти и к четвертому выходу блока О управления, выход сумматора подключенк первому входу задания режима узласинхронизации, второй вход заданиярежима узла синхронизации подключенк входу признака запуска блока управления./Уло. ычисление ипересылка 22пооиессор Ф В личины сс,а Вывас ление а пересылка У процессор 5Величины С-ю, а числени ресылка ычислениезаоесылка ороцессор Х 6 е 6 чино ад Вычисление а пересылка д лвцессор б белчини а,о,фЯ,2 ь числение ипеоесылкапроцессор о сзаеа+1 лсе,2.соенноео слое Вычисленоз 7 ФГ с-ссра полчена иэпсо б Вычислениес