Узловой элемент rc-сеточного процессора для решения задач теории переноса

(51)5 С 06 С 7/46 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСК Р 27нический институ тельство СССР7/46, 1984.ельство СССРС 7/46, 11.05.86. лючение узлоел; на фиг.2 вляющих сига соответстсигналов реемента,жит первый. 1,ртый 4,шес 7, Восьмой 8,10, тринадцаннадцатый 13 Изобр ислит к аналогопредназнациальныхводныхЦелью бретен является повьппезадач теории ние точно переноса,На Ьиги реше приведе ительно структурнаяузла сеточногофс хема в ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ П 1 НТ СССР(54) УЗЛОВОЙ ЭЛЕМЕНТПРО ЕССОРА РЕШЕН КС-СЕТОЧНОГОДЛЯ ИЯ ЗАДАЧ ТЕОРИИ ПЕРЕНОСА(57) Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к аналоговым сеточным процессорам, и предназначено для решения задач теории переноса, описываемых дифференциальными уравнениями в частных производных. Цель изобретения - повышение точности решения задач теории переноса. Для достижения поставленной цели в узловои элемент введены операционение относится к аналоговойьной технике, в частностиым сеточным процессорам,енным для решения дифференравнений в частных произный усилитель, резистор обратной связи и шесть входных управляемьм масштабных резисторов, тринадцатый ключи разделительный управляемый резистор. Каждый накопительный конденсаторв течение одного цикла коммутацииключей подключен к узловой точке сеточного процессора либо непосредственно, либо через разделительный управляемый резистор. В течение второгоцикла коммутации сигнала накопитель"ный конденсатор сначала разряжается,а затем переводится в режим слеженияи запоминания значения потенциалав узловой точке сеточного процессора,расположенной в направлении, обратноммоделируемому направлению переноса.Это позволяет исключить неоперационные циклы коммутации накопительныхконденсаторов, что повышает точностьрешения задач теории переноса, идает возможность. моделировать процесспереноса с переменным направлениеми решать задачи как внутреннего, таки внешнего переноса3 ил. процессора и показано в вого элемента в этот уз временные диаграммы упр налов; на фиг.3 - табли вия входных управляющих тои , седьмои , пятыи девятый 9, двен.дцатый тый 11, десятый 12 и од жимам работы узлового эл Узловой элемент содер орой 2, третий З,четв 5 " 6ключи, первый 14,1 и второй 14.2накопительные конденсаторы, резистор15,0 обратной связи, первый 15.1,второй 15.2, третий 15.3, четвертый15.4, пятый 15.5 и шестой 15.6 входныеуправляемые масштабные резисторы,операционный усилитель 16, разделительный управляемый резистор 17, первый 18 и второй 19 выходы узловогоэлемента, шестой 20, третий 21, пятый- 1022 четвертый 23, второй 24, первый25, шестнадцатый 26, четырнадцатый27, .восемнадцатый 28, тринадцатый 29,пятнадцатый 30, и семнадцатый 31 такти 5рубящие входы, первый 32.1, второй32,2, третий 32,3, четвертый 32.4,пятый 32.5 и шестой 32,6 управляемыерезисторы ЕС-сетки, узловой конденсатор 33, токозадающий управляемый резистор 34, первый 35.1, второй 35,2,20третий 35,3, четвертый 35.4, пятый35.5, шестой 35,6 и седьмой 36 управляющие входы КС-сетки, первый 37,1,второй 37,2, третий 37.3, четвертый2537.4, пятый 37.5 и шестой 37,6 управляющие входы сумматора. Все ключиэЛектронные либо оптоэлектронные,нормальное положение ключей разомкнутое.Совокупность элементов 1-7, 14.1, Зо14.2 и 17 образует узловой элемент 38сеточного процессора. Совокупностьэлементов 32-34 является фрагментом39 ЕС-сетки для моделирования изотропного переноса, Совокупность элементов 358"13, 15 и 16 образует сумматор 40для связи узлового элемента с соседннми узловыми элементами сеточногопРоцессора,Узловой элемент работает следующим 40образом,Сеточный процессор, вычислительныйузел которого представлен на Фиг.1,позволяет решать следующие задачитеории переноса, описываемые дифференциальными уравнениями в частныхпроизводных.Для систем с внутренним переносом:К= " (К+ К )+1 (1) 5 Одля систем с внешним переносом:ц, З Дт- К К (дх 2(2)К= К -у)+, К, -- ,ду , ам55ф Э дх1где Ч и ) - моделируемые Функции неподвижной и подвижнойсред; и х - временная и пространственные переменные (1 - размерность моделируемогопространства); Ки К - коэффициенты, характеризующие энергоаккумулирующие свойства неподвижнойи подвижной сред;К - коэффициент изотропногопереноса;К - коэффициент анизотропного3переноса;К - коэффициент энергообменаЕмежду обеими средами;Г - функция источника.Для решения уравнений (1) и (2) применяют аппроксимацию дифференциаль ных операторов разностными операторами и получают следующую систему дифференциально-разностных уравнений, записанных относительно новых дискретных функций у; 1 р(4)5 лК -К(У У )Нф Д3 Ф Чк х ,1)1лгде Н - разностный оператор второйХХпространственной переменной, для изотропного переноса имеет вид лН- разностный оператор первойпространственной производной,для анизотропного переноса,направленного по оси 3, имеетвидКэХ 1 к дх(1111 к 111 к)у ( ) где Дх - шаг конечно-разностной аппроксимации,Отличие в решении уравнений (3) и (4) на сеточном процессоре заключается:в том, что при решении уравнения (3) на тактирующий вход 21 ключа 7 подается тактовый сигнал, узловой конденсатор 33 и накопительные конденсаторы 14 соединены между собойепереноса. Это осуществляется изменением проводимости входных управляемых резисторов 15.1-15.6 сумматора, при этом коэффициент передачи по каждой оси К /К, изменяется от 0 до 1 в за 5 внсимости от составляющей значения вектора переноса по данной оси. Так, например, если направление переноса точно совпадает с направлением оси а, то,коэффициент передачи К /К = =1, если направление переноса совпадает с диагональю между осями д и 1, то К/К,=0,5 и К/Кз=0,5 и накопительный конденсатор 14 заряжается до усредненной величины потенциалов в.предыдущих узловых точках.Ктактирующим входам 22-25 поступают прямоугольные тактовые сигналы )Ю(временные диаграммы на фиг.2), Эти импульсы поступают с внешнего управляющего устройства, например с выходов дешифратора, подключенного через кольцевой счетчик к генератору тактовЫх импульсов. Режим работы накопительных конденсаторов 14 в зависимости от подаваемых управляющих сигналов к входам 22-25 и при включении определенной группы ключей 8-13 приведен в таблице (фиг.3).30В первый период времени на тактирующий вход 25 подается прямоугольный импульс, длительность которого определяется из условия решаемой задачи (Д г. = д х/К ), на вход 23 подается прямоугольный импульс длительностью35 Н/2, а затем на вход 22 подается также прямоугольный импульс длительностью Д 1/2 (фиг.2), Таким образом, в течение первого цикла ключи 1 и 440 замкнуты полностью в течение всего цикла и конденсатор 14.1 подключен к узловой точке процессора - рабочий режим, в первой половине цикла замкнут ключ 5 и конденсатор 14.2 разряжается - "Сброс", во второй половине цикла замкнут ключ 6 и конденсатор 14,2 заряжается до потенциала, равного величине потенциала на выходе усилителя 16Величина выходного по 50 тенциала определяется величиной вход ного масштабного резистора сумматора и величинами потенциалов в соседних узлах. Так, например, если моделируется перенос по оси , то управляющий сигнал поступает на вход 29, ключ 855 при этом закрыт и конденсатор 14.2 заряжается - "Запись" (" Слежение" ) до потенциала 7. при моделировании переноса в направлении, обратномнаправлению по оси 1, управляющийсигнал поступает на вход 26, ключ 13 замкнут и конденсатор 14,2 заряжается - "Запись" до потенциала Ч;Во втором цикле операции повторяются, но теперь уже конденсатор 14.2в течение всего цикла находится врабочем режиме, а конденсатор 14.1в первой половине цикла разряжается"Сброс", во второй половине циклазаряжается - "Запись" до величиныпотенциала.в узловой точке, из которой происходит перенос,Эти циклы коммутации накопительныхконденсаторов 14.1 и 14.2 периодически повторяются, и таким образом осуществляется перенос электрических зарядов от одной узловой точки к другой, имитируя таким способом переносмоделируемой субстанции,Формула и з о б р е т енияУзловой элемент КС-сеточного процессора для решения задач теории переноса,содержащий два накопительных конденсатора и группу из двенадцати ключей, при этом первый вывод первого накопительного конденсатора соединен с первыми выводами первого и второго ключей, первый вывод второго накопительного конденсатора соединен с первыми выводами третьего и четвертого ключей, вторые выводы первого и второго накопительных конденсаторов подключены к шине нулевого потенциала, первый вывод пятого ключа является первым выходом элемента, второй вывоц пятого ключа соединен с вторыми выводами первого и третьего ключей и является вторым выходом элемента, управляющие входы первого и четвертого ключей являются первым тактирующим входом узлового элемента, управляющие входы второго и третьего ключей являются вторым тактирующим входом узлового элемента, управляющий вход пятого ключа является третьим тактирующим входом узлового элемента, а управляющие входы шестого и седьмого ключей являются соответственно четвертым и пятым тактирующими входами узлового элемента, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности решения задач теории переноса, в него введены операционный усилитель, резистор обратной связи и шесть входных1580405 10 Р.2 б 7,5 37 управляемых масштабных резисторов, тринадцатый ключ и разделительный управляемый резистор, первый вывод которого подключен к первому выводу пятого ключа, второй вывод которого соединен с вторым выводом разделительного резистора, управляющий вход которого является шестым тактирующим входом узлового. элемента, первый вывод шестого ключа подключен. к шине нулевого потенциала, первый вывод седьмого ключа соединен с выходом операционного усилителя и первым выводом резистора обратной связи, вторые выводы второго, четвертого, шестого и седьмого ключей соединены между собой, первые выводы восьмого, девятого, десятого, одиннадцатого, двенадцатого и тринадцатого ключей20 соответственно через первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входные управляемые масштабные резисторы подключены к входу операционногоусилителя и второму выводу резистораобратной связи, управляющие входыпервого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого входных управляемых масштабных резисторов являются соответственно седьмым, восьмым, девятым, десятым, одиннадцатыми двенадцатым тактирующими входамиузлового элемента, управляющие входывосьмого, девятого, десятого, одиннадцатого, двенадцатого и тринадцатогоключей являются соответственно тринадцатым, четырнадцатым, пятнадцатым,шестнадцатым, семнадцатым и восемнадцатым тактирующими входами узловогоэлемента, вторые выводы восьмого, девятого, десятого, одиннадцатого, двенадцатого и тринадцатого ключей являются информационными входами узловогоэлемента,3 цг.2 Составитель Н.Королеведактор О.Юрковецкая Техред М.Ходанич ектор Н Король при ГКНТ СЧС оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Заказ 20 НИИПИ Го Тираж 56 дарственного комитет 113035 у Москва, Подписноезобретениям и открытия Раушская наб., д, 4/5