Устройство для решения двумерных задач математической физики

Сбюз Сбэетсиих Социалистических Республик/3 Гоаударотвеннмй номнтет Соавта Мнннвтроа СССР но делам нзобрвтвннй н отнрьпнй(088. 8) Да бликования описания 25.05 78 2) Аеторн изобрет юн, Л. Г. Козлов и Б В. Ордена Ленина институт кибернетики АН УкраинскойССР 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ ДВУМЕРНЫ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ Ч Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при построении специализированных вычислительных устройств для решения задач матема. тической физики.Известно устройство для решения уравне ния 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 арифмети. ческие и логические операции, н два блока памяти емкостью по 2048 двеичных единиц каж. дый , Это устройство имеет большой объем оборудования, поскольку представляет собой вычислительную систему, состоящую из отдельных вычислительных машин со своими арнфме- И тическими устройствами и блоками памяти.Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для решения двумерных задач математической физики, содержащее блок управления, два выхода которого соединены соответственно с управляющими входами блоков ввода н вывода и матрицу блоков суммирования 2), .Первый выход каждого блока суммирования соединен со входамн соседних блоков суммирования в столбце и. строке матрицы, а второй - с информаци 2.о иным входом блока вывода, Выход, блокаввода соединен е информационными входамивсех блоков суммирования матрицы,Недостатками устройства являются:большой обьем оборудования, поскольку вустройстве используются и-разрядные комбинационные сумматоры иа пять внешних вхо.дов, представляющие собой сложные блоки; .трудность изготовления устройства и большое количество связей, так как каждый сумматор имеет 5 п входов и и выходов;невысокая точность решения задачи иэ-заневозможности выбрать малый шаг квантова.ния переменных, так как это требует использования большого количества сложных блоков(сумматоров) и связей между ними;н неустойчивость решения из-за наличия положительных обратных связей между и-разрядными комбинационными сумматорами.Целью изобретения является упрощениеустройства и повышение точности н помехоустойчивости решения,Эта цель достигается за счет введения в устройство блока анализа и двух регистров адреса.Третий, четвертый, пятый и цестой выходыблока управления соединены соответственнос управляющими входами двух регистров адреса н с первым и вторым управляющими вхо6106 5 10 15 20 25 злдми блоков суммирования матрины. Вьхолыисрного регистра адреса соединены с третьимиупрдвляющими вхолдми блоков суммированияматрицы, выходы второго регистра адреса -- счетвертьмн управляющими Входами блоковсуммирования матрицы. Третий вцхол каждогоблока суммирования матрицы соединен со входом блока анализа, выход и управляюгцийнхол которого соелинень соответственно со вхолом и с шестым выхолом блока управления.Каждый блок суммирования содержит одноразрядный комбинационный сумматор, регистргруппу элементов И и два элемента И. Входыблока суммирования соединены со входамиодноразрядного комбинационного сумматора,выход которого соединен со входом регистра.Выходы регистра через первый элемент И игруппу элементов И соединены соответственно с выхоДами блока суммирования, первый ивторой управляющие входы которого соелине-ны соответственно с управляющими входамирегистрд и первого элемента И. Третий и четвертый управляющие входы блока суммирования соединены со входами второго элемента И,выход которого соединен с управляющим вхо.дом группы элементов И.Еа фиг. 1 представлена структурная схемаустройства; на фиг. 2 - функциональная схемд блока суммирования.Устройство для решения двумерных задачматематической 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 управ.ления 7.Первйй выход каждого блока суммирования 1 соединен со входами соседних блоков сум.мирования в столбце и строке матрицы. Второйвыход каждого блока суммирования 1 соеди- Мнен с информационным уходом блока вывода 3.Выход блока ввода 2 соединен с информационными входами всех блоков суммирования 1,Первый и второй выходы блока управлениясоединены соответственно с управляющими вхадами блоков ввода 2 и вывода 3. Третий, четвертцй, пятый и шестой выходы блока управления7 соединены соответственно с управляющимивходами регистров адреса 4 и 5 и с первым ивторым управляющими входами блоков суммирования 1. Выходы регистра адреса 4 соедине-. 4яы с третьими управляющими входами блоковсуммирования 1, выходы регистра адреса 5 - счетвертыми управляющими входами блоковсуммирования . Третий выход каждого блокасуммированиясоединен со входом блока ана.лиза 6, выход и управляющий вход которого 5 фсоединены 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 11 игруппу элементов И 12,Входы 13 - 17 блоков суммирования 1 соединены со входами сумматора 8, выход которого подключен ко входу регистра 9, Выходырегистра 9 соединены через группу элементовИ 12 с выходами 18 блока суммирования 1. бо Гервый 19 и второй 20 управляющие входы блока суммирования 1 соединены с упрдвляющими вхолами регистра 9 и первого элемента 11 10 соответственно. Третий 21 и четвертый 22 управляющие входы блока суммированиясоелинены со входами второго элемента И 1, выход которого подключен к управляю. щим .входам группы элементов И 2. Выхол младшего разряда регистра 9 соединен через первый элемент И 1 О с выходом 23 блока сумми рова ни я 1.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 суммированияи значения правых частей Г;, на входы внутренних блоков суммирования 1, на другие входы которых поступает послеловательнь 1 и код с соседних блоков суммирова. ния 1. После прохождения (и + 2) тактов работы устройства в регистрах 9 блт)ков сум. мировання 1 устанавливаются приближенные значения искомого решения. В течение п тактов осуществляется сложение четырех (для уравнений Лапласа) или пяти (для уравнений Пуассона чисел и сдвиг содержимого регистра 9 блока суммирования 1. В течение двух после. дующих тактов осуществляется блокирование двух младших разрядов на первом элементе И 10 по второму входу 20, что обеспечивает деление на коэффициент четыре величины 9+Р+9 Ю + Р;). 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 осуществляет. ся считывание содержимого регистров 9 соот. вететвующих блоков суммирования,в .блок анализа 6, где сравниваются значения решения на двух соседних по времени итерациях.Последующиеитерации осуществляются аналогично и, если решения на двух следующих одна за другой итерациях отличаются на задан. ную 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 последо. вательнь 1 й принцип обработки информации, что в значительной мере упрощает коммутацию между блоками суммирования,Устройство позволяет решать широкий класс задач математической физики (теплопроводности, тепломдссообменд, аэродинамики, упругости, пластичности, электроста нки, фильтрации, механики леформируемых тел и т,п.) с получением высокой точности решения, что нельзя получить на известных устройствахт 1 О И Формула изобретекня оставнтель В. Боктел О. Луговаяж 826 Редактор Л. Утехин 1(каз 3012/38 Корректор А. НакипиПодписное Те Тн НИИПИ о Мнн истро ытий аб., л. 4(5 Проектнкомитета 1,ове ретеи ий и от 35. Рауаская г. Уж(ород,рственного ледам нзоб Москва, Жа Патент 13035иаиалсиз-за сложности блоков суммирования и ком.мутации между ними. Устройство для решения двумерньх залач математической физикит 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, вы. ход блока ввода соединен с информационными входами всех блоков суммирования матрицы, отличающееся тем, что с целью упрощения устройства, повышения точности работы и поме. хоустойчивости,.в устройство введены блок ана-. лиза и два регистра адреса; причем третий, четвертый, пятый и шестой выходы блока уп- равления 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 матрицы, выходы второго регистра адреса - с четвертыми управляюпими входами блоков суммирования матрицы; третий выход каждого 6блока суммирования матрицы соединен о нхолом бл(тка анализа, вьхол и урав:яющц пхол которого соелинены соответственно со пхолоч н с шестым выходом блока управления.2. Устройство по и, 1, отличающееся тем,что кажлый блок суммировашгя содержит одноразрядный комбинационный сумматгр, регистр, группу элементов И и два элемента И; причем входы блока соединены со входами ол.норазрялного комбинационного суммагора, вы.хол которого соединен со входом регистра; выходы регистра через первый элемент И и группу элементов И соединены соответствен.но с выходами блока; первый и второй управ.лиющие входьг блока соединены соответственно с управляющими входами регистра и первого И элемента И; третий и четвертый управляюгциевходы блока соединены со входами второго элемента И, выход которого соединен с управляющим входом группы элементов И.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1, Евреинов Э. В., Косарев Ю, Г. Однород.иые вычислительные системы высокой производительности, Новосибирск, Наука, 1966, стр. 38 - 41, рис, 7.2. Катков А. Ф., Романцев В. П, Комби. З национная цифровая сетка для решении урав.некий математической физики. Рефераты до.кладов У 11 Всесоюзного совещания Математическое моделирование. Теория и методы гиб.ридных вычислений, Таллин, 1973, стр. 3740,