Устройство для вычисления матрицы функций

ОЮЭ СОВЕТ РИХ ОМАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 191 111)(54) УСТРОЙСТВОЦЫ ФУНКЦИЙ57) Изобретениетельной техникезовано в специал 1 ЧИСЛЕНИЯ МАТРИт а вект ем вы пр и тносится к вычис может быть испол ированных вычисл ал по специ1 табл. ествляет ам. 7 ил ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ 4231127/24-2423.03.8723.09.88. Бюл. У 35Московский инженерно-фтутМ.Ю. Силин681.325(088,8)ЭВМ и системы/Справочи вычислительной технис. 62, рис. 2.3 б.вторское свидетельст26484, кл, 6 06 Р 15( тельных системах, Целью изобретения является расширение класса решаемых задач, Устройство содержит счетчик 1 по модулю М, счетчик 2 по модулю М, четчик 3 по модулю М,триггеры 4,. 5, енератор 6 тактовых ймпульсов, блокмикропрограммного управления, блоки 8,9 и 10 формирования адреса, блоки 11-14 памяти, мультиплексоры 15-20, регистры 21-28, умножитель 29 сумматор 30, формирователи 31, 32, 33 импульсов, элемент И 34, демульжиплексор 35. Поставленная цель достигается за счет вычисления матрицы Т функцийершиева ставитель ректор С,Черн ЫК Т Редактор О, Голова 73/49 Тираж ВНИИПИ Г/5 3035 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгоро ектная,осударств ам изобреква, Ж704 Поенного комитета ССтений и открытийРаушская наб., дИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в специализированных вычислительных системах.5Целью изобретения является расширение класса решаемых задач эа счетвозможности вычисления матрицы Т функл ТРЪции = и Аг, где вектор г , необходимый для вычисления К-го элементаР-й строки матрицы Т, выбирается поопределенному алгоритму как функцияР и К.На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг,2".4 -15примеры реализации блоков формирования адреса; на фиг. 5 - блок-схема алалгоритма работы устройства; на фиг.бпример реализации блока микропрограммного управления; на фиг. 7 - примервременной диаграммы генератора тактовых импульсов.Устройство содержит счетчик 1 помодулю М счетчик 2 по модулю М,счетчик 3 по модулю М, триггеры 4 и5, генератор 6 тактовых импульсов,блок 7 микропрограммного управления,5.1, узел 52 приращения и блок 53 памяти микрокоманд. Кроме того, устройство имеет блоки 54-60.БФА 9 содержит блоки 61 и 62 памяти, вычитатель 63, узлы 64 и 65 свертки по модулю М и сумматоры 66 и 67. 50Узел 52 может быть реализован на,базе сумматора, узлы 64 и 65 - набазе сумматора по модулю М или ПЗУ,БФА 8 и 10 могут быть реализованытакже на ПЗУ. 55Первый и второй управляющие входыблоков памяти, в частности, могут выполнять функции входов соответственно записи-чтения и выборки блока памяти.Выход Т генератора 6 подключен к синхровходу триггера 5, выход которого подключен к входу первого логического условия БМУ 7 и череэ формирователь 32 к входам начальной установки счетчиков 1-3, выход Т генератора б подключен к первому входу элемента И 34, выход которого подключен к первому информационному входу мультиплексора 16 и к счетному входу счетчика 1, выход которого подключен к первым входам БФА 8 и 9, выходы которых подключены соответственно к младшим разрядам информационного входа регистра 21 (старшие разряды информационного входа которого подключены к выходу счетчика 3) и к адресному входу блока 11 памяти, выход Тэ генератора 6 подключен к синхровходу БМУ 7, синхровходам регистров 21-25, младшему разряду информационного входа демультиплексора 35 и через формирователь 33 - к второму управляющему входу блока 13 памяти, выход счетчика 2 подключен к вторым входам БФА 8 и 9, выход счетчика 3 подключен к первому входу БФА 10 и третьему входу БФА 9, четвертый вход которого подключен к входу 41 устройства, В-й вход группы, 40 подключен к В-му информационному входу мультиплексора 20 (В=1,9), выход которого подключен к информационному входу блока 13 памяти, выход которого подключен к первому информационному входу мультиплексора 18, второй, третий и четвертый информационные входы которого подключены соответственно к выходам регистров 26-28, информационные входы которых подключены к старшим разрядам второго, третьего и четвертого " выходов демультиплексора 35, младшие разряды второго, третьего и четвертого выходов демультиплексора 35 подключены соответственно к синхровходам регистров 26-28, старшие разряды информационного входа демультиплексора 35 пбдключены к выходу регистра 25, выходы блоков 11 и 12 памяти подключены соответственно к первому и второму информационному входам мультиплексора 17, выходы мультиплексоров 17 и 18 подключены соответственно к первому и второму информационным входам мультиплексора 17, выходы мультиплексоров 17 и 183 14257 подключены соответственно к информационным входам регистров 23 и 24, выходы которых подключены к первому и второму входам умножителя 29, выход которого подключен к первому входу сумматора 30, второй вход которого подключен к выходу мультиплексора 19, первый и второй информационные входы которого подключены соответственно к выходу .регистра 25 и входу 42 нулевого кода устройства, выход переполнения счетчика 1 подключен к счетному входу счетчика 2, выход переполнения которого подключен к 15 счетному входу счетчика 3, выход переполнения которого подключен к синхровходу триггера 4, выход которого подключен к входу второго логического условия БМУ 7, выход реги стра 21 подключен к информационному входу регистра 22, выход которого и вход 43 устройства подключены соответственно к первому и второму информационным входам мультиплексора 25 15, выход которого подключен к адресному входу блока 14 памяти,.вход 36 устройства подключен к второму информационному входу мультиплексора 16, выход которого через формирователь 31 подключен к второму управляющему входу блока 14 памяти, информационный вход и выход которого подключены соответственно к первому . выходу демультиплексора 35 и к выходу 37 устройства.Пусть в основной системе координат (ОСК) задано множество единичных векторов пр Р = О, М -1, где и р /пр пр 2 пр /Т символ 40 транспортирования.В некоторой вращают(ейся системе координат (ВСК) задано множество из Н радиус-векторов грпредставляющих соббй радиус-вектора точек тела 45вращения, жестко связанного с ВСК.Образующая тела вращения (например,цилиндра) содержит М, точек, количест во образующих по М точек в каждой равно М, Таким образом, выполняетсясоотношейие Б = ММ.Рассмотрим связь ОСК и ВСК. Повер. нем ОСК на угол У вокруг оси ОЕ. Получившуюся систему координат обозначимПСК - повернутая система координат.ПСК задает положение, относительно которого ВСК совершает непрерывные колебания (т.е. повороты на небольшиеуглы вокруг осей ОХ , ОУ , ОЕ ПСК).06 4Эти колебания описываются матрицей вращения А, связывающей ОСК и ВСК. Ось ОЕ ВСК совпадает с осью симметрии тела вращения, угол между соседними образующими равен ь(В ряде специальных задач для каждоговектора й необходимо вычислить И функций (р таких, что"кр уКрЕкрХ, Укр- декартовы координаты К -йточки в ВСК;К=О Н -1 -относительный .номер К -йрточки в подмножестве из Я(. точек, выбираемых для заданного Р, Кг является функцией от Р й КПодмножество из И точек представляет собой совокупность иэ М 2 образующих по М точек в каждой, т.е Н = М, М. Пусть х - относительный номер Образующей в подмножестве, номер точки в образующей, 1 =О, М -1О, М - 1, К = дМ,+,1Параметр К рассчитывается по фор- муле(2) К =1 рМ, +Д, (3)где р = ( н ф / ЧМтои М+4 вЫМ (4)- абсолютный номер первой обрарзующей Р-го подмножества,рассчитанный для У = О,Совокупность функций Гррассчи-(танных для Р = О, М -1 и К = 0Н - 1 образуют матрицу Т функцийразмерности М х И причем Р-я строка матрицы Т соответствует некоторому а.Рассмотрим функциональное назна"чение блоков памяти, Блок 11 памятипредназначен для хранения Н векТоровг . Его объем равен 3 М слов. Компоненты Х, 7 Е вектора располагаются втрех последовательных ячейках памяти.Блок 1 2 памяти предназначен для хранения векторов пр. Его объем:равен ЗМзслов. Компоненты ии и пррасполагаются в трех последовательных ячейках памяти.Блок 13 памяти предназначен длязапоминания матрицы А. Его объем равен 9 слов. Элементы матрицы А могутрасполагаться, например, по столбцам.Блок 14 памяти предназначен длязапоминания результатон вычислений.Его объем равен ММ словБФА 8 вычисляет значение К = 3 М,+3БФА 10 вычисляет значение Ар = Зр(7.3)где (7.3) - состояние поля 7,3 БМУ 7,БФА 9 вычисляет значение Аг = ЗК ++(710), где К рассчитывается в соответствии с (3).Блок 61 памяти содержит значения1 я длЯ Р = О, М -1. Его объем Мслов. Блок 62 памяти .содержит значения ЗК, Его объем Я слов.Рассмотрим функциональное назначение полей микрокоманд, В форматемикрокоманды (МК) имеются внутренниеполя: ПрЛУ (проверка логических условий) и АП (адрес перехода). ПриПрЛУ = 00, осуществляется переход кследующей МК, при ПрЛУ = 01 - безусловный переход по адресу, заданномув поле АП, при ПрЛУ = 10 - условныйпереход н зависимости от состояниятриггера 5, при ПрЛУ = 11 - условныйпереход в зависимости от состояниятриггера 4, Внешние ноля МК БМУ 7рассмотрены н таблице,Микропрограмма работы устройствасоставляется в соответствии с блоксхемой алгоритма (фиг. 4) и введенной кодировкой. Блоки алгоритма имеютследующий смысл: блок 54 - пуск устройства; блок 55 - проверка ЛУА=1-(ЛУА - сигнал логического условияготовности матрицы А на входах 40группы устройства, подается с выходатриггера 5), блок 56 - прием матрицы А, блок 57 - расчет компонент вектора Я блок 58 - расчет и запоминаниедля К = О, И - 1, Р = р+1,блок 59 - проверка ЛУК=1- (ЛУК -сигнал логического условия окончаниярасчета по всем Р с выхода триггера4), блок 60 - задание режима выдачизначений функций из БП 14.При поступлении сигнала ПУСК свхода 39 устройства осуществляетсяпереход на начало блока 55, что показано (фиг. 4, пунктирная линия).Устройство работает следующим образом.По импульсу ПУСК с входа 39 устройства триггеры 4 и 5 устанавливаются н "0", генератор 6 и БМУ 7 устанавливаются н начальное состояние, Наныход генератора 6 поступают синхроимпульсы Р Т Тэ . По синхроимпульсу р триггер 5 устанавливается вединицу, что приводит к установкев ноль (сигналом с выхода формирователя 32) счетчики 1-3, на выходе БМУ7 - микрокоманда проверки ЛУА. Очередной синхроимпульс р (так как триггер 5 - в единице) вызывает переход .на первую микрокоманду блока 56. При.ем новых значений матрицы А осуществляется последовательностью микрокоманд, поля которых имеют следующиезначения: 7.1=0, 7.2=( адрес элементаматрицы, 7,3, 7,4, 7.5, 7.6, 7,7 -шобые 7.8=1, 7,9=1, 7.10 - любое. 5 10 15 1 В результате ныполнения блока 56 в БП 13 записаны новые значения элементовматрицы А. Следующая последовательность микрокоманд осуществляет расчетвектора И (Р определяется содержимым счетчика 3), Поля микрокоманд принимают следующие значения; 7,1 О, 7,2 = (адрес от О до 8) 7.3 = (00 01.10 7.4=1, 7,5=00, 7,6 (01 7,7=с 011011 7,8=1, 7.9 О, 7.10- любое, Рассмотрим этот режим подроб 20 25 нее на примере вычисления И,. По синхроимпульсу Т в регистры 23 и 24записываются соответственно .п,и а 1на выходе мультиплексора 19 - нулевой 30 код. По следующему синхроимпульсур в регистрах 23 и 24 - и и а,в регистре 25 - а, п , на выходемультиплексора 19 - пР, а. По следующему импульсу Т в регистрах 23 и24 - прои а,д в регистре 25 - а 1 п, ++ а щ ирегистр 25 подключен навход сумматора 30, и по очередномусинхроимпульсу Т в регистр 25 записывается значение И в регистры 23 40 и 24 - п,и ана выходе мультиплексора 19 - нулевой код и демультиплексор 35 коммутирует на информационный вход и синхровход регистра 26соответстненно выход регистра 25 и " 45 синхроимпульс р еПо следУющемУ синхРоимпУльсУ Рэв регистр 26 записывается значение Юи демультиплексор 35 отключает входырегистра 26, что обеспечивает сохранение информации, И и М эвычисляются аналогичноПо окончании расчетаМ устройство вычисляет Р-ю строкуматрицы Т. Поля микрокоманд принимают следующие значения: 7.1=1, 7.2,7. 3 - любые, 7 . 4=0, 7 .5= ( 01, 1 0 1 1 т76 = (01) 77 щ 00 7 8=1 79=07.10= 000110)Первая микрокоманда блока 58 поступает по синхроимпульсу р синхрон14257 ному с Т 1. При необходимости это условие легко обеспечивается введением холостых микрокоманд для пропуска такта. Установка поля 7.1 в еди 5 ницу разрешает прохождение синхроимпульсов Т на счетный вход счетчика 1. Состояние счетчика 1 изменяется циклически от 0 до М, импульс переполнения счетчика 1 поступает на 10 счетный вход счетчика 2, состояние которого изменяется от 0 до М -1.При этом поля 7.10 и 7,5 обеспечивают запись в регистры соответственно 23 и 24 требуемых в данном такте компо кент векторов соответственно г и И демультиплексор 35 коммутирует выход регистра 25 на информационный вход БП 14. Вычисление величин 2 осуществляется аналогично вычислению ком понент вектора Я . Поэтому рассмотрим подробнее вопрос записи информации в БП 14.На первом управляющем входе БП 14 установлено значение, задающее работу 25 БП 14 в режиме записи, мультиплексоров 15 коммутнрует на адресный вход БП 14 содержимое регистра 22, мультиплексор 16 коммутирует на вход формирователя 31 синхроимпульсы с выхода 30 элемента И 34. Адрес записи в БП 14 формируется на БФА 8 (младшие разряды) и на счетчике 3 (старшие разряды). Регистры 21 и 22 обеспечивают соответствие адреса записи и записываемого значения, формирователь 31 обеспечивает задержку синхроимпульса, поступающего на второй управляющий вход БП 14, необходимую для правильной записи информации, 40Таким образом, осуществляется вычисление и записи значений с для всех К=О, М,М -1.Очередной синхроимпульс Т вызывает переполнение счетчика 2, импульс 45 переполнения которого увеличивает на единицу состояние счетчика 3 (при этом счетчики 1 и 2 устанавливаются в ноль). Синхроимпульс Т 1, совпадающий с Т, устанавливает поле 7.1 в ноль, что запрещает прохождение синхроимпульсов Т на счетный вход счетчика 1. При этом в регистры 23, 24 и 21 записаны соответственно операндыи адрес записи последнего результата к , который записывается в БП 14 по сигналу с выхода формирователя 31, запущенно-. го последним синхроияпульсом Т, поступающим с выхода элемента И 34. Ес 06 8ли расчет для всех Р не окончен, т.е, счетчик 42 не переполнился, то очередная микрокоманда осуществляет переход на начало блока 57 и процесс повторяется для следующего Р аналогично описанному. Если рассчитаны значения рдля всех Р=О, М.,-1, то импульс цереполнения счетчика 3 устанавливает в единицу триггер 4. Очередной синхроимпульс Т приводит к выполнению микзрокоманды, задающей режим выдачи значений функций из БП 14. Поля микрокоманды, задающей режим выдачи значений функций из БП 14. Поля микрокоманды принимают следующие значения: 7.1=0, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5, 7.6, 7.7 - любые, 7.8=0, 7,9=0, 7,10 - любое. На первом управляющем входе блока 14 памяти значение, которое задает режим чтения информации, на адресном входе БП 14 - адрес с входа 43 устройства, на вход формирователя 31 поступают импульсы с входа 36 устройства. На выходе 38 устройства - логический "0", что означает готовность информации к выдаче. Указанная микрокоманда выполняется циклически до поступления сигнала ПУСК. В этом режиме вычисленные значения могут быть считаны в другие устройства. При необходимости обновления матрицы Т на входе 40 устройства подается новое значение матрицы А, а на входе 39 - сигнал ПУСК, пссле чего устройство работает аналогично описанному. Формула изобретения Устройство для вычисления матрицы функций, содержащее два триггера, четыре регистра, умножитель, сумматор, первый мультиплексор, причем выход первого мультиплексора подключен к информационному входу первого.регистра, выход которого подключен к первому входу умножителя, выход которого подключен к входу первого операнда сумматора, выход которого подключен к информационному входу второго регистра, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью расширения класса решаемых задач за счет возможности вычисления матрицы Т фун-" т -фу кций с = и Аг где вектор гнеобходимый для вычисления К-го элемента Р-й строки матрицы Т, выбирается по определенному, алгоритму как14257 9функция Р и К, в него введены три счетчика, генератор тактовых импульсов, блок микропрограммного управления, три блока формирования адреса, четыре блока памяти, пять мультиплексоров, четыре регистра,три формирователя импульсов, элемент И и демультиплексор, причем вхо запуска уст, ройства подключен к входам установки в "0" первого и второго триггеров, входам начальной установки генерато-ра тактовых импульсов и блока микропрограммного управления, первый выход генератора тактовых импульсов под , ключен к синхровходу второго триггера, выход которого подключен к входу первого логического условия блока микропрограммного управления и через первый формирователь импульсов к вхо" 20 дам начальной установки счетчиков с первого по третий, информационные входы первого и второго триггеров подключены к входу логической единицы устройства, выход переполнения перво го счетчика подключен к синхровходу первого триггера, выход которого подключен к входу второго логического условия блока микропрограммного управления, второй выход генератора такто "вых импульсов подключен к первому входу элемента И, выход которого под,ключен к первому информационному входу второго мультиплексора и х счетному ,входу второго счетчика, выход которогоЗ 5 подключен к первым входам первого и ,второго блоков формирования адреса, выходы которых подключены соответственно к младшим разрядам информационного входа третьего регистра и к адресному входу первого блока памяти, выход переполнения второго счетчика подключен к счетному входу третьегосчетчика, выход которого подключен к вторым входам первого и второго бло ков формирования адреса, выход переполнения третьего счетчика подключен к счетному входу первого счетчика, выход которого подключен к третьему входу второго блока формирования ад О реса и к первому входу третьего блока формирования адреса, третий выход генератора тактовых импульсов подключен к синхровходу, блока микропрограммного управления, синхровходам регистров с первого по пятый, к младшему разряду информационного входа демультиплексора и через второй формирователь имульсов к второму управляюще 06 10му входу второго блока памяти, выходразрешения вычисления функций блокамикропрограммного управления подключен к второму входу элемента И, выходадреса блока памяти блока микропрограммного управления подключен к адресному входу третьего мультиплексораи к адресному входу второго блока памяти, первый управляющий и информационный входы которого подключены соответственно к выходу режима работыблока памяти блока микропрограммногоуправления и к выходу третьего мультиплексора, выход второго блока памяти и выходы шестого, седьмого ивосьмого регистров подключены соответственно к информационным входамс первого по четвертый четвертогомультиплексора, адресный вход и выходкоторого подключен соответственно квыходу выбора первого операнда блокамикропрограммного управления и информационному входу пятого регистра, выход которого подключен к второму входу умножителя, выход второго регистра подключен к первому информационному входу пятого мультиплексора и кстаршим разрядам информационного входадемультиплексора, старшие разряды выходов с первого по четвертый которогоподключены соответственно к информационному входу третьего блока памятии к информационным входам шестого,седьмого и восьмого регистров, синхровходы которых подключены к младшемуразряду соответственно второго, третьего и четвертого выходов демультиплексора, адресный вход которого подключен к выходу адреса демультиплексораблока микропрограммного управления,выход выбора операнда сумматора и ввход нулевого кода устройства подключены соответственно к адресномуи второму информационному входам пятого мультиплексора, выход которогоподключен к второму входу сумматора,выходы первого и четвертого блоковпамяти и выход второго операнда блокамикропрограммного управления подключены соответственно к первому и второму информационным входам и к адресному входу первого мультиплексора,выход номера компонента вектора блокамикропрограммного управления подключен к второму входу третьего блокаформирования адреса, выход которогоподключен к адресному входу четвертого блока памяти, выход режима работыМесто подключения Кодировка 0-запрещено 1-разрешено Выход элемента 34 7.1 Разрешениевычисленияфункций 7. 2 Адресные входы БП 13 и мультиплексора 20(0000,0001,, 1000Адрес блока13 памяти Вход БФА 10 7.3 7,4 0 - БП 11БП 12 Выбор первогооперанда 00 - БП 13, 01 - Рг 26,10 - Рг 27,11 - Рг 28 7.5 Выбор второгооперанда 0 - нулевой код,1 - Рг 25 7.6 Выбор операндасумматора 00 - БП 14,01 - Рг 26,10 - Рг 27,11 - Рг 287.7 Адрес демульти- плексора О - .выдача функций из БП 14 (Тотов")1 - вычисление функций .и записьв БП 14 ("Не готов") 7,8 Режим работыустройства 11 14257 устройства блока микропрограммного управления подключен к адресным входам второго и шестого мультиплексоров, первому управляющему входу третьего блока памяти и к выходу готовности информации устройства, вход угла поворота системы координат устройства и выход нЬмера компонента вектора блока микройрограммного управления подключены соответственно к четвертому и пятому входам второго блока формирования адреса, выход счетчика подключен к старшим. разрядам информационного входа третьего регист ра, выход которого подключен к информационному входу четвертого регистра, выход которого и вход адреса считываНомер компоненты,00 - и вектора и 01 - пр 10 - и .06 12ния устройства подключены соответственно к первому и второму информационным входам шестого мультиплексора,выход которого подключен к адресномувходу третьего блока памяти, входстроба считывания устройства подключен к второму информационному входувторого мультиплексора, выход которого через третий формирователь импульУсов подключен к второму управляющемувходу третьего блока памяпи, выходкоторого подключен к информационномувыходу устройства, В-й информационный вход устройства подключен к В-муинформационному входу третьего мультиплексора, В=1,9,Адресный вход мультиплексора 17 Адресный вход мультиплексора 18 Адресный вход мультиплексора 19 Адресный вход демультиплексора 35 Адресные входы мультиплексоров 15,16, первыйуправляющий вход БП 14,выход 38 устройства14 1425706Продолжение таблицы7.9 Режим работы 0 - чтение Первый управляющий входБП 13 1 - запись БП 13 7,10 Номер компоненты 00 - Х, О) - У, Вход БФА 9 вектора й 10 -В, Яфц