Устройство для обхода сеточной области

(57) УСТЙ ОБЛА ыхоороод ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ(71) Казанский ордена ТРудовогоКрасного Знамени и ордена. Дружбынародов авиационный институтим А.Н.Туполева(56) 1, Авторское свидетельство СССВ 955084, кл. О 06 Р 15/32, 1976,ф2. Авторское свидетельство СССРВ 951319, кл. С) 06 Р 15/32, 1980(прототип). РОЙСТВО ДЛЯ ОБХОДА СЕТИ, содержащее первый реационный выход которок первому входу первовнения,выход которосо входом первого формпульсов, выход которок первому входу перво- ИЛИ, выход которого соетным входом первого формационный выход ко нен со вторым входом а сравнения, информацион орого регистра подклювходу второго блока д которого соединен го формирователя нмкоторого подключен ко у первого элемента ИЛИ оду второго элемента оторого соединен со вхои в ноль второго счетчиионный выход которого вым информационным выхова и подключен ко второого блока сравнения, о элемента задержки совТОЧНО Сгистр, информго подключенгб блока сраго соединенмирователя иго подключенго элементадинен со счесчетчика, инторого соедипервого блокный выход втчен к первомусравнения, всо входом втпульсов, выхвторому входи первому вхИЛИ, выход кдом установкка, информацявляется пердом устройст,му входу, вторвыход первог динен с первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к счетному входу второго счетчика, информационные входы первого и второго регистров являются соответственно первым и вторым информационными входами устройства, вход первого элемента задержки и второй вход третьего элемента ИЛИ являются соот,ветственно входом Конца цикла испы.таний" и входом "Внешнего нли граничного узла" устройства, выход переноса первого счетчика является выходом "Конца счета" устройства, а второй вход второго элемента ИЛИ объединен со входом установки в ноль первого счетчика и является входом 9 начала счета устройства, второй элемент задержки, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены элемент И, элемент НЕ, третий счетчик и триггер, выход которого подключен Я ко входу второго элемента задержки, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика, установочный вход которого подключен к выходу элемента И, первый вход которо,го соединен с выходом элемента НЕ, вход которого подключен к выходу первого блока сравнения, второй вход элемента И объединен со счетным входом триггера и подключен к выходу третьего элемента ИЛИ, выход второго элемента ИЛИ соединен со входом установки в ноль триггера, третий вход элемента И подключен к информационному выходу первого счетчи.ка, выход младшего разряда которого является выходом смены алгоритма устройства, а информационный выход третьего счетчика является вторым ийфбращионным выходом устройства."35 Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в вероятностных устройствах для решения конечно-разностных уравнений.Известно устройство обхода сеточной области, которое содержит два регистра, три схемы сравнения, три счетчика, два формирователя, пять элементов ИЛИ, Шесть элементов И и элемент задержки, Это устройство реализует так называемый "обход по диагоналям шахматного поля", клетки которого являются узлами сеточной области. Вычисление значения функций в узлах сеточной области осуществля ется в два этапа: не первом этапе вероятностным методом ищется решение в узлах области, лежащих например, на "черных". диагоналях "шахматного поляф, на втором этапе детермн- р 0 нированным методом ищется решение на "белых" диагоналях путем усреднения значений функции в соседних "черных" узлах. Кроме этого, при решении задачи "черные" диагонали последова ,тельно рассекают исходную областьна примерно равные подобласти, что, в свою очередь позволяет значительно сократить общее время решения задачи 1, .30Недостатками данного устройства являются несимметричное рассечение области на подобласти, что не позволяет эффективно сокращать размерность области сложность схемной реализации и большой объем оборудования.Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению яв-. ляется устройство обхода сеточной 40 области, которое содержит два регистра, два блока сравнения, два счетчика, два формирователя импульсов, переключатель режима работы, три элемента ИЛИ. два элемента за держки, при этом первый, второй и третий входы устройства соединены соответственно со входом установки в нуль первого счетчика, со входом первого элемента задержки, со вторым входом третьего элемента ИЛИ 1 первый,50 второй и третий выходы устройства подключены соответственно к выходу переполнения первого счетчика, че .Резвторой контакт переключателя режима работы - к выходу первого бло-,55 ка сравнения, через четвертый контакт переключателя режима работы - к выходу второго счетчика и ко второму входу второго блока сравнения, выход первого регистра подключен к первому контакту переключателя режима работы и к первому входу первого блока сравнения, выход которого сое-. динен со входом первого Формирователя импульсов, а выход последнего - 65 с первым входом первого элементаИЛИ; выход второго регистра подклю чен к третьему контакту переключателя режима работы и к первому входу второго блока сравнения, выход которого соединен со входом второго формирователя импульсов, а выход последнего - со вторым входомпервого элемента ИЛИ и с первым входом второго элемента ИЛИ; выход первого элемента задержки подключен ковторому входу второго элемента ИЛИи к третьему входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен сосчетным входом первого счетчика;выход второго элемента задержки подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен со,счетным входом второго счетчика, а вход установки в нуль последнего - с выходом второго элемента ИЛИ.Это устройство характеризуется простотой схемной реализации и сравнительно малым объемом оборудования. В нем осуществляется последовательный обход узлов сеточной области. При этом исходная область, вписанная в прямоугольник, рассекается по меньшей стороне последовательно на равные независимые подобласти, деля каждый раз предыдущую подобласть пополам. Это достигается использованием счетчика по меньшей координате, реализующего последовательность Холтона, равномерно распределенную на интервале 0-2 -1,И где в 11 о ЪГ - число разрядов счетчика, Ь - меньшая сторона прямоугольника 12 .Недостатком этого устройства является невозможность применения двухступенчатой процедуры при решении конечно-разностных уравнений и, как следствие этого, большое время решения задачи для всех узлов сеточной области. Целью изобретения является повышение быстродействия,Поставленная цель достигается тем, что в устройство для обхода сеточной области, содержащее первый регистр, информационный выход кото- . рого подключен к первому входу первого блока сравнения, выход которого соединен со входом первого Формирователя импульсов, выход которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, информационный выход которого соединен со вторым входом первого блока сравнения, информационный выход второго регистра подключен к первому входУ второго блока сравнения, выход которого соединен со вхо1080147 дом второго формирователя импульсов, выход которого подключен ко второму входу первого элемента ИЛИ и первому входу второго элемента ИЛИ, выход которого соединен со входом установки в ноль второго счетчика, информационный выход которого является первым информационным выходом устройства и подключен ко второму входу второго блока сравнения, выход первого элемента задержки соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к счетному входу второго счетчика, информационные ,входы первого и второго регистров ,являются соответственно первым и вторым информационными входами устройства, вход первого элемента задержки и второй вход третьего элемента ИЛИ являются соответственно входом "Конца цикла испытаний" и входом фВнешнего или граничного узла" устройства, выход переноса первого счетчика является выходом фКоица счета" устройства, а второй вход второго элемента ИЛЙ объединен со входом установки в ноль пер-, вого счетчика и является входом начала счета устройства, второй элемент задержки, введены элемент И, элемент НЕ, третий счетчик и триггер, выход которого подключен ко входу второго элемента задержки, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика, установочный вход которого подключен к выходу элемента И, первый вход которого соединен с выходом элемента НЕ, вход которого подключен к выходу первого блока сравнения, второй вход элемента И объединен со счетным входом триггера и подключен-к выходу третьего элемента ИЛИ, выход второго элемента ИЛИ соединен со входом установки в ноль триггера, третий вход элемента И подключен к информационному выходу первого счетчика, выход младшего разряда которого является выходом смены алгоритма устройства, а информационный выход третьего счетчика является вторым информационным выходом устройства.На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для обхода сеточной области; на Фиг. 2 - обход узлов сеточной области произвольной форьы. 55 Схема содержит вход "Начало счетаф 1, выход "Конец счетаф 2, выход фСмена алгоритма" 3, информационные входы устройства 4, регистр 5, блок сравнения 6, счетчик 7, элемент И 8., 60 счетчик 9, формирователь импульсов 10, .элемент ИЛИ 11, элемент НЕ 12, элемент задержки 13, информационные выходы устройства 14, информационные входы устройства 15, регистр. 16, 65 блок сравнения 17, формирователь импульсов 18, счетчик 19 элемент ИЛИР20, триггер 21, информационные выходы устройства 22, вход "Конец цикла5испытаний" 23, вход фВнешний или граничный узел" 24, элемент задержки25 и элемент ИЛИ 26, .Устройство реализует обход узловсеточной области, который обеспечивает двухступенчатую вероятностно 10 детерминированную процедуру решенияконечно-разностных уравнений во всехузлах области.Устройство работает следующимобразом,15 Перед началом работы входом устройства 4 и 15 в первый 5 и второй16 регистры заносятся значения коор"динат соответственно меньшей и большей стороны прямоугольника, описанного вокруг исследуемой области.По сигналу "Начало счета" со входа1 счетчик 7 устанавливается в нулевое состояние. Этот сигнал черезэлемент ИЛИ 20 поступает на входыустановки в нуль счетчика 19 и триггера 21, устанавливая их в нулевоесостояние. Нулевые координаты первого узла (фиг.2) поступают на первые14 и вторые 22 выходы устройства ввероятностное вычислительное устройство, которое анализирует данныйузел. Если узел области внутренний,то после цикла из М испытаний вероятностное .устройство выдает запроспо входу "Конец цикла испытаний" 233 на следующий узел. При этом элементзадержки 25 задерживает сигнал запроса на время, необходимое для записи информации по текущему узлу впамять вероятностного устройства.40 Если же узел - граничный или внешний, то вероятностное устройство вы"дает запрос на следующий узел,повходу "Внешний или граничный узелф24.45В обоих случаях сигнал запроса,проходя через элемент ИЛИ 26, во-первых, поступает на счетный вход счет-,чика 19, увеличивая его содержимое,на единицу, во-вторых, разрешает перепись состояния счетчика 7 приусловии, что узел находится в пределах .описанного вокруг области прямоугольника, в счетчик 9, в-третьих,этот сигнал поступает на счетныйвход триггера 21, изменяя его состояние. Единичный перепад переход из"0" в "1") счетного триггера 21 через элемент задержки 13, которыйзадерживает этот перепад на время,необходиьюе для пЕреписи состояниясчетчика 7, в счетчик 9, поступает иасчетный вход счетчика 9, увеличиваяего содержимое иа единицу. Таким образом осуществляется .перехрд кз первого узла во втор 6 й узел,и т.д., ре-,т1080147 10 ю са ализуя ступенчатый последовательный ь выбор координат узлов области (1, 2 3, 4 см. фиг.2), которые поступают на первый 14 и вторые 22 выходы устройства.В случае, когда состояние счетчи ка 19 (значение большей координаты) больше или равно состоянию регистра 16 (максимальное значение большей координаты 1, на выходе блока сравнения 17 появляется единичный по. тенциал, преобразуемый формирователем импульсов 18 в одиночный импульс. Он поступает одновременно через элементы ИЛИ 11 и 20 соответственно на счетный вход счетчика 7 и на вход 15 установки в нуль счетчика 19. Счетчик 19 устанавливается в нулевое состояние, а счетчик 7, который реализует последовательность Холтона, увеличивает свое содержимое на едини цу. Состояние счетчика 7 переписывается по сигналу запроса в счетчик 9 и затем повторяется процесс, который был описан вьме. Старшие разря- ды счетчика 7 переписываются в млад шие разряды счетчика 9. На фиг. 2 показан переход из узла 7 в узел 8, иллюстрирующий этот случайПри изменении состояния счетчика 7 (значения меньшей координаты) на З 0 его выходе может появиться не более одного раза подряд значение числа, превышающее максимальное значение меньшей координаты, хранящегося: в регистре 5. В этом случае на выходе блока сравнения б появляется единичный потенциал, преобразуемый формирователем импульсов 10 в одиночный импульс, который поступает через .элемент ИЛИ.11 на счетный вход счет 40 чика 7, изменяя его состояниеКроме этого, единичный потенциал, проходя через элемент НЕ 12, запрещает перепись состояния счетчика 7 в счетчик 9.При появлении в младшем разряде счетчика 7 единицы на выход 3 устройства подается сигнал "Смена алгоритма". Это значит, что обход узлов для первого этапа решения задачи вероятностным методом закончился и начался второй этап решения конечно-разностных уравнений путем усреднения значений функции в соседних (пройденных на первом этапе) узлах,При переполнении счетчика 7 с выхода 2 устройства обхода области подается сигнал "Конец счета" в вероятностное устройство.Таким образом, данное устройство позволяет при сохранении двухступенчатой вероятностно-детерминированной процедуры решения конечно-разностных уравнений и сокращения оборудования повысить быстродействие в 2 раза.При двухступенчатой процедуре решения на, первом этапе конечно-разностные уравнения решаются в "черных" узлах вероятностным методом, а на втором этапе в "белых" узлах путем усреднения значений функции в "черныхаузлах. Известно, что время решения конечно-разноатных уравнений на пер-. вом этапе значительно больше времени решения на втором этапе, откуда следует, что время решения конечно-разностных уравнений во всехузлах области с применением двухступенчатой процедуры уменьшается примерно в 2 раза по сравнению с известными методами.1080147 ИО Составитель А.БарановРедактор С. Тимохина Техред Л.Йикеш: КорректорА,Зимокосовюе е ю юаевюеюеюююеююююеюеюю авю е а ев Еев1 Подписноетета СССР а йнаб. юеюеюююеае юеюае ее илиал ППП фПатентф, г. Уж ул 1339/49 . Тираж 699ВНИИПК Государственного оми :по делам изобретений и отк 113035, Москва; й, Раущс д.4/5ееюееееююваПроектная, 4