Устройство для вычисления свертки

3 СОВЕТСКИХЦИАЛИСТИЧЕСНИХСПУБЛИК 6 Р 15/35 СУДАРСТВЕНН О ДЕЛАМ ИЗО ИСАНИ РЕТЕН ЕЛЬСТ ти- хой Выв уст тв ельных блок гистровпричем ксодержитгистр ко 2 иЬко аждый вь два буф ффициен ультата нагистр р шение о ъема обо что за с но тем,ганиэацив устрои и вычи сл РТстве отпенениидлиной носится к выч держки дая. 2 Й КОМИТЕТ СССР РЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Киевский политехнический интут им. 50-летия Великой Октябрьсоциалистической революции(56) Рабинер Л., Гоулд Б. Теорияприменение цифровой обработки силов. - М.: Мир, 1978.Авторское свидетельство СССРУ 1198535, кл. С 06 Г 15/353,20.11.84,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ СКИ(57) Изобретение отлительной технике и может быть и пользовано при п зированных вычис функционирующих бе времени, Цель щение устройства достигается за с строении специалиительных систем в реальном масштаизобретения - упроПоставленная цеЛь чет того, что в сосходят К Ь вычисли- .1 - 1.КЬ, блок реммутаторов 3.1-3.Ь, числительный блок ерных регистра, рета, умножитель реи сумматор. Умеиьрудования обусловлечет рациональной орительного процесса адает необходимость1 линий заИ - К ячеек каж3Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении специализированных вычислительных систем, функционирующих в реальном масштабе времени.Цель изобретения - упрощение устройства.На фиг, 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 - схема вычислительного блока,Устройство (фиг. 1) содержит КЬвычислительных блоков 1.1, 1.2,1.КЬ.Каждый из вычислительных блоков1.1. (Фиг, 2) содержит буферный регистр 4.х, регистр 5., регистр 61коэффициента, умножитель 7.1, регистр 8,1 результата, сумматор 9,ди регистр 10,1 результата.При выполнении одномерной сверткиустройство работает следующим образом. Во время этой операции под воздействием сигнала "Одномерная свертка", поступающего на управляющийвход устройства, коммутаторы 3.1,кроме 1=1, передают информацию, поступающую из первого информационного выхода вычислительного блока1,(1-1)К, на первый информационныйвход вычислительного блока 1,(1 - 1)К+1, а коммутатор 3.1 - на первый информационный вход вычислительного блока 1,1 отсчеты входной последовательности Х(1)Х(Р), которыеодновременно с подачей сигнала "Одномерная свертка" начинают поступатьиз выхода основной памяти 2 со скоростью одного отсчета на такт.Определяют базовые операции А иВ, причем под базовой операцией следует понимать повторяющуюся совокупность действий, выполняемых вычислительным блоком,Базовая операция А выполняется в течение одного такта в вычислительном блоке 1 следующим образом, В исходный момент времени в первом буферном регистре 5. хранится опе(г 1ранд .а, , который затем поступает на второй вход умножителя 7, на первый вход которого с выхода регистра 6.1 коэффициента поступает коэффициент И (К Ь+1), Затем умножитель 7.1. Формирует произведение ц(К Ь-).+1) а , которое с приходом тактового импульса записывается в первый регистр 8,1 результата, Поду(п) = Я(0)Х(п+0-1)+о(0-1) Х(п+0-2)+30 +а(0-2) Х(п+0-3)+ +Ю() Х(п),где Р =КЬ.Поступление отсчетов входной последовательности, которые участвуют в формировании у(п) начинается в такте с номером и, когда во второй буферный регистр 4,1 поступает отсчет Х(п). Затемв течение последующих 0-1 тактов продолжается поступление отсчетов Х(п+1), Х(п+2),Х(п+0-1), причем каждый нОвый входной отсчет записывается в регистр 4,1, а ранее поступившие отсчеты сдвигаются в одну позицию в регистре сдвига, который образуется буферными регистрами 4.1 и 5,1, Таким образом, в такте и+0 отсчет Х(п+Р+1) поступает в первый буферный регистр 5,1, а отсчеты Х(п+Р), Х(п+0-3),Х(п) запишутся в следующих позициях регистра сдвига. Формирование результата у(п) начинается в такте п+Р+1, в течение которого в блоке 11 выполняется базовая операция А, в результате которой в первый регистр 8,1 результата записывается произведение Ю (0)Х(п+ +0-1). Кроме этого, отсчет Х(п+0-2) записывается в регистр 5.2, отсчет Х(п+0-3) в регистр 4,3, отсчет Х(п+ +0-4) в регистр 5,3 и т.д. 35 40 45 50 55 5 10 15 20 25 воздействием тактового импульса происходит также перезапись содержимогоа , первого буферного регистраю5.(1-1) и содержимого а, второго(регистра 4 . 1 , соответственно во вт орой буферный регистр 4 .и первыйоуфе рный регистр 5 .( в случае блок а 1 . 1 во в тор ой буферный регистр4 . 1. записывается новый входной отсчетт),Базовая операция В выполняетсяв течение одного такта в вычислительном блоке 1.1 следующим образом, В исходный момент времени впервом 9.1. и втором 10.(-1) регистрах результата хранятся соответственно произведение я (К Ь+1)а,(2 )и частичный результат Ь; которыезатем поступают на входы сумматора9,д, Формирующего их сумму, С приходом тактового импульса указаннаясумма записывается во второй регистр10. результата,Формирование отсчета выходнойпоследовательности с номером п(п=3 13190Такт и+0+2. В блоке 1.1 выполняется базовая операция В, в результате которой во второй регистр 10.1 результата записывается сумма у(п) = =Р + Я (0)е Х(п+0-1) (на первый вход сумматора 9.1 всегда подается код нуля), а в блоке 1.2 выполняется базовая операция А, в результате которой в первый регистр 8.2 результата записывается произведение со(0-1)Х(п+ О +0-2), Кроме этого, отсчет Х(п+0-3) записывается в регистр 5,3, отсчет Х(п+П+4) в регистр 4.4, отсчет Х(п+ +0-5) в регистр 5,4, и т.д.Такт и+0+3. В блоке 1,2 выполняет ся базовая операция В, в результате которой во второй регистр 10.2 ре-, зультата записывается сумма у(п) у(п), + Я(0-1 Х (п+0-2), а в блоке 1.3 - базовая операция А, в результате которой в первый регистр 8.3 результата записывается произведение И(0-2)Х(п+0-3). Кроме того, отсчет Х(п+0-4) записывается в регистр 5.4, отсчет Х(п+П) в регистр 4,5 и т,д.Такт и+0+4. В блоке 1.3 выполняется базовая операция В, в результате которой во второй регистр 10.3 результата записывается сумма у(п) у(п)+ И (П)Х(п+П-З), а в блоке 30 1.4 - базовая операция А, в результате которой в первый регистр 8.4 результата записывается произведение И (П)Х(п+0-4). Кроме этого, отсчет Х(п+0-5) записывается в ре гистр 4,5, отсчет Х(п+0-6) в регистр 5.5 и т,д.Такт п+20. В блоке 1,7 (0-1) выполняется базовая операция В, в результате которой во второй регистр 40 10.(0-1) результата записывается сумма у(п) , = у(п) + са(2)Х(п+1 а в блоке 1.0 - базовая операция А, в результате которой произведение Я(1)Х(Ь) записывается в первый ре гистр 8.0 результата.Такт и+20+1, В блоке 1.П выполняется базовая операция В, в результате которой во второй регистр 10.0 результата записывается окончательное значение у(п), откуда поступает в основную память 2. При выполнении двумерной свертки устройство работает следующим образом. Во время этой операции в регистре 6, коэффициента) где 1=КЬ+К) хранится коэффициент Я(К-К+1) 1). Одновременно с подачей сигнала "Двумерная свертка", который+и+2) когда на вход первого буферного регистра 5.1 поступает входнойотсчет Х(п+К, ш); который с приходом очередного тактового импульсазаписывается в указанный регистр.В следующем такте с номером Я +1 ввычислительном блоке 1.1 выполняетсябазовая операция А, в результате ко-,торой в первый регистр 8.1 результатазаписывается произведение и (К,1)Х(п++К, ш). Такт 8+2. В вычислительном блоке 1. выполняется базовая операция В, в результате которой во второй регистр 1 О .1 результата записывается сумма у (и, ш) = Р + а (К) 1)Х(п+К- -1, ш), а в вычислительном блоке 1.2 - базовая операция А, в результате которой в первый регистр 8,2 45 4поступает на управляющий вход устройства, с выхода блока 2 регистров на вход второго буферного регистра 4. (Ь)К+1 посредством, коммутатора 3,1. (поскольку на его управляющий вход поступает сигнал "Двумерная свертка") со скоростью одного отсчета на такт начинают поступать отсчеты Х(п, ш) входного массива, удовлетворяющие условию 1 сп ЗК, 1 (ш сМ, При этом указанные отсчеты передаются по столбцам, т.е, в такте с номером К(п) ш)=(ш)(ЗК)+и на вход регистра 4.(Ь)К+1 поступает отсчет Х(п, ш), который затем с приходом каждого тактового импульса сдвигается на одну позицию в регистре сдвига, образованный 2 Ь К буферными регистрами 4(1.-1)К+1 , 5.(Ь)К+1, 4,(1.-1)К+2, 5.(Ь)К+2, 4.1.К, 5.1 )К, 4. (1;2)К+1, 5. (1.-2)К+1, 4.(Ь)К+2) 5.(1;2)К+24.(1,-2)К+ +К, 5,(1.-2)К+К4.1,5.1, 4.2, 5.24.К, 5.К.Формирование произвольного отсчета у(п, ш) выходного массива определяют выражениемрезультата записывается произведение И (К, 1)Х(п+К, в),Такт Б+3. В вычислительном блоке1.2 выполняется базовая операция В,в результате которой но второй регистр 10.2 результата записываетсясумма у(и, ш) =у (и, в), + сд(К),1)Х(п+К, тп), а в вычислительномблоке 1.3 - базовая операция А, нрезультате которой в первый регистр8.3 результата записывается произнедение (А 1(К, 1)Х(п+К-З, ш)Такт Я+К+1, В вычислительном блоке 1.К выполняется базовая операцияВ, в результате которой во второйрегистр 10.К результата записываетсясумма у (п, в) =у(и, тп) К=у (и, в) , ++тд(1, 1)Х(п,тп). В этом же тактев вычислительном блоке 1,К+1 выполняется баэоная операция А, в результате которой в первый регистр8.К+1 результата записывается произведение ы (К, 2)Х(п+К, в+1),Такт Б+К+2. В вычислительном блоке1.К+1 выполняется базовая операцияВ, в результате которой во второйрегистр 10,К+1 результата записывается сумма у(и, в), =у(и, в)+сд(К, 2)к Х(п+К, в+1), а в вычислительномблоке 1,К+2 - базовая операция А, нрезультате которой в первый регистр8.К+2 результата записывается произведение у (К, 2)Х(п+К, в+1),Такт Б+К+3. В блоке 1,К+2 выполняется базовая операция В, в результате которой но второй регистр 10.К+2результата записывается сумма у (п,в)==у (п,в)+со(К, 2)Х(тп+К, в+1),а в блоке 1.К+3 - базовая операция А,в оезчльтате которой в первый регистр8,К+3 результата записывается произ,ведение у (К,2)Х(п+Кв+1),Такт Б+2 К+1. В блоке 1,2 К реализуется базовая операция В, в результатекоторой во второй регистр 10,2 К результата записывается сумма у (п, тп) =+и (1, 2)Х(п, тп+1),Такт Б+(Ь)К+1, В вычислительномблоке 1.(Ь)К выполняется базоваяоперация В, в результате которой вовторой регистр 10,(Ь)К оезчльтата,-1з а пи сыв ае т ся сумма у" (и, в) =у (и, в) ++у (в, и)у" (и, тп). В этом жетакте в вычислительном блоке 1(Ь - 1)К+1 выполняется базовая операцияА, в результате которой н первый ре гистр 8(Ь)К результата записывается произведение т.т(К, Ь)Х(п+К, в+1,-1).Такт Б+(1,-1)К+2, В блоке 1,(Ь) К+ выполняется базовая операция В, в результате которой но второй регистр 10,(Ь"1)К+1 результата записывается сумма у (в,п) у (и ш)к+ + Ы(К, Ь)Х(а+К, в+1.-1), а в блоке 1,(Ь)К+2 реализуется базовая операция А, в результате которой в первый регистр 8,(Ь)К+2 результата записывается произведение тт (К-п, К) к Х(тп+К), в+Ь).Такт Б+1" К+1. В вычислительном блоке 1.КЬ выполняется базовая операция В, в результате которой во второй регистр 10,К Ь результата записыва" ется окончательное значение у(п, ш), от куда в следующем такте поступает на информационный вход блока 2 регистровТаким же образом протекает работа устройства, при обработке тех отсчетов входного массива Х(п,ш), которые удовлетворяют условию где 1 т = 2,3 35 40 45 50 55 2(1 т- )К+1 с:и 21 т+1)К,Формула изобретения Устройство для вычисления свертки, содержащее блок регистров, Ь коммутаторов и Ь групп вычислительных блоков по К блоков в каждой (К Ь - длина последовательности коэффициентов), причем выход блока регистров подключен к первым информационным входам первого и Ь-го коммутаторон, при этом каждый вычислительный блок содержит первый и второй регистры результата, сумматор, уМножитель, первый и второй буферные регистры и регистр коэффициента, выход которого подключен к входу умножителя, выход которого подключен к информационному входу первого регистра результата, выход которого подключен к первому входу сумматора, выход которого подключен к информационному входу второго регистра результата, второй вход умножителя подключен к выходу первого буферного регистра, информационный нход которого подключен к выходу второго буферного регистра, выходы первого буферного регистра и второго регистра результата К-го (К=1, К) вычислительного блока 1-й (1 = 1,Ь)г.2 Составитель А. БарановфРедактор Н. Рогулич Техред И.Попович Корректор Т, Колб аж 672 Подпи твенного комитета СССР обретений и открытий -35, Раушская наб., д аказ 2514/44 ВНИИПИ Госуд по деламо 1 13035 4 сква,оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгор Проектная,7 13 группы подключены соответственно к информационному входу второго буферного регистра и второму входу сумматора (К+1)"го вычислительного блока 1-й группы, выходы первого буферного регистра и второго регистра результата К-го вычислительного блока М-й (М 1, Е"1) группы подключены соответственно к первому информационному входу (М+1)"го коммутатора и второму входу сумматора, первого вычислительного блока (М+1)-й группы, выход второго регистра результата К-го выслительного блока Ь-й группы под 19045 8ключен к информационному входу блокарегистров, выход 1-го коммутатораподключен к информационному входувторого буферного регистра первоговычислительного блока 1-й группы, ауправляющие входы всех коммутаторовсоединены между собой и являютсявходом задания режима работы устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, 10 что, с целью упрощения устройства,выход первого буферного регистра К-говычислительного блока (ш+1)-й группыподключен к второму информационномувходу М-го коммутатора.