Устройство для решения трехмерных задач математической физики

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советским Социалистических Респубпик(61) Дополнительное к авт. свид-ву г51) М. Кл. 2) Заявлено 5 (21)2129035/18-2 Т 15 с присоединением заявки Я -23 Ириоритет43) Опубликовано 2504,78.Бюллетень,В 1 обйротооамыя моюмтотооото Маммотроо СОВРмо домов азобротомабя отярытяй(45) Дата ыования описания 1804,7(72) авторы изобретения Боюн и Л.Г. Козло) ЗаяВИТЕЛЬ Ордена Ленина институт кибернетики АН Украинской СС РЕШЕНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ ЗАДАЧИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ ОЙСТВО ДЛКАТЕ ышени трой- равне Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при построении специализированных вычислительных устройств для решения задач математической физики.Известно устройство для решения уравнения в частных производных, состоящее иэ центрального устройства управления и сетки однородных н одинаково соединенных модулей, каждый иэ которых имеет арифметическое устройство, выполняющее последовательно, разряд за разрядом, арифметические и логические операции, и два блока памяти емкостью по 2048 двоичных единиц каждый 11 Д,Это устройство имеет большое количество оборудования, поскольку представляет собой вычислительную систему, состоящую из отдельных вычислительных машин со своим арифметическим устройством и блоками памяти.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для решения задач математической физики, содержащее объемную матрицу сумматоров, состоящую из ( слоев поблоков суммирования в каждом слое, и блок управления, первый выход которого через блок ввода информации соединен с первьми входами блоков суммирования в первом и-ом слоях, а второйвыход блока управления подключен к пер.вому входу блока вывода информациИ,второй вход которого соединен с выходами всех блоков суммирования, вторыевходы блоков суммирования слоев с второго по -т )-ый соединены с выходамичетырех соседних в каждом слое блоковсуммирования 121.Ю Известное устройство имЕет ограни"ченные функциональные возможности,таккак в нем нельзя решать трехмерныеуравнения Лапласа и Пуассона,к которымприводятся многие задачи электростати ки,фильтрации, механики деформируемых1 гел и т.д.Целью, изобретения является пов ебыстродействия и эффективности усства за счет решения трехмерных у ф ний Лапласа и Пуассона.Достигается это тем, что в известное устройство введены три регистраадреса, блок сравнения и блок вычисления коэффициента, причем третий выходблока управления через блок вычислениякоэффициента соединен с входами коэффициента всех блоков суммирования, четвертый выход блока управления подключен к первому входу блока сравнения,второй вход которого соединен с вторымвходом блока вывода информации, а выход подключен к входу блока управления, пятый выход которого соединен с входами трех регистров адреса, выходы которых соединены соответственно с первыми, вторыми и третьими управляющими входами блоков суммирования, четвертые и пятые управляющие входы которых соединены Соответственно с шестич и седьмым выходами блока управления а дополнительные выходы блоков суммирбвания слоев с второго по -4)-ый подключены к дополнительным входам соседних блоков суммирования, а также тем, что блок суммирования содержит многовходовой одноразрядный комбинационный сумматор,но" (5 блок умножения, регистр два элемента И и группу элементов И, причем выход многовходового одноразрядного комбинационного сумматора через блок умножения соединен с входом регистра, группа20 выходов которого подключена к первым входам группы элементов И, вторые вхо. ды которых соединены с выходом первого элемента И, а выход регистра подключен к входу второго элемента И.На Фиг. 1 дана схема предлагаемого устройства; на Фиг. 2 - блоки суммирования, расположенные в виде объемной матрицы; на Фиг. 3 - блок суммирования,устройство содержит блоки 1 суммиро- З 0вания, блок 2 ввода информации, блок 3 вывода информации, регистры адреса 4,5и б, блок 7 управления, блок 8 вычисленив коэффициента и блоксравнения 9. Внутренние блоки суммирования 1 соединены с входами шести соседних блоков суммирования, расположенных в виде объемной матрицы (см. Фиг. 2), а входы внешних блоков суммирования 1 соединены с выходами блока ввода ииформа ции. Выходные шины блоков суммирования 1 соединены с входами блоков 3 и 9. Первые, вторые и третьи управляющие входы блока суммирования 1 соединены соот-. ветственно с выходами первого 4,второго 45 5 и третьего б регистров адреса. Выходы блока управления 7 соединены с входами регистров адреса 4,5 и б, управляющими входами блока ввода информации 2, блока вывода информации 3, блока 9, 50 четвертым и пятым управляющими .входами блоков суммирования 1. Вход блока 8 соединен с выходом блока управления,7, а выходы блока 8 соединены с входами блока 1. 55Каждый из блоков суммирования 1 содержит многовходовой одноразрядный камбииационныЛ сужатор 10, регистр 11, два элемента и 12 и 13, группу элементов И 14 и блок умножения 15 (см. Фиг, 3,).Входные шины блока суммирования 1 соединены с входами многовходового одноразрядно."о комбинационного суммато ра 10 вм од которого через блок Ум 65 ножеяия 15 подключен к вхоцу регистра 11.Выходы регистра 11 соединены черезгруппу элементов И 14 с:аыходными шинами блока суммироваиия 1, Управляющие входы блока суммирования 1 соединены с входами первого элемента И 12,выход которого подключен к управляю-щим входам группы элементов И 14,Выход .младшего. разряда регистра 11 соединенчерез второй элемент И 13 с выходомблока суммирования 1.Предлагаемое устройство работаетследующим образом.С блока 2 ввода информации на одиниз входов внешних и внутренних блоковсуммирования 1 поступают в последовательном коде, начиная с младшего разряда, соответственно значения граничных условий и значения правых частейР ., На другие входы блоков суммированйя 1 поступает последовательный кодс выхода шести соседних блоков сужлирования 1. На входы коэффициента подается последовательный или параллельный (в зависимости от принципа дейст"вия блока умножения 15) код коэффициента с блока 8 вычисления коэффициента.Блох 10 осуществляет суммирование одного разряда шести (для уравнения Лапласа) или семи (для уравнения Пуассойа)чисел, выдачу результата на вход блока умножения 15 и запоминание переносов в следующие разряды, В блоке умно-жения 15 производится умножение величины(1,31 фью,В+1 1,ук 1 7 ф( К 1-,2 к 1+",1"на коэффициент 1/б, старшие О разрядов полученного результата записывают"ся на регистр 11.Блок управления 7 устанавливаетадреса переменных в регистры адреса4,5 и б, которые выбирают соответствующие блоки суммирования 1 и,считываютс регистров 11 информацию в блок срав"нения 9, вкотором осуществляется сра.:знивание значений решения на двух со,седних по времени итерацияхПоследующие итерации осуществляются аналогично вышеописанному и, когдарешения на двух следующих одна за другой итерациях отличаются на заданнуюмалую величину, блок 9 выдает сигнална блок управления 7 об окончании решения,Технико-экономическая эффективностьот введения новых блоков и связейзаключается в повышении производителвности устройства при решении трехмерныхзадач иа 2-3 порядка по сравнению срешением их на двумерных сетках и вповышении эффективности устройства напорядок за счет улучшения сходимостии уменьшения числа итераций. формула изобретения1, Устройство для решения трехмер ных задач математической физики, содержащее объемную матрицу сумматоров, состоящую из 1 слоев поблоков суммирования в каждом слое, и блок управления, первый выход которого черезблок ввода инФормации соединен с первыми 5входами, блоков суммирования в первоми в 1 -ом слоях, а второй выход блока управления подключен к первому входу блока вывода информации, второй входкоторого соединен с выходами всех 10блоков суммирования, вторые входы блоков суммирования слоев со второго по(1-4)-ый соединены с выходами четырехсоседних,в каждом слое блоков суммирования, о т л и ч а ю щ е е с я тем, 15что, с целью повышения быстродействияи эффективности устройства, в неговведены три.регистра адреса, блок сравнения и блок .вычисления коэффициента,причем третий выход .блока управления 20через блок вычисления коэффициента соединен со входами коэффициента всехблоков суммирования,"четвертый. выходблока управленИЯ. пОДКлюЧек. к первоМУ.входу блока сравнецйя.второй вход которого соедйнен в .со: вторый входом блокавывода инфорчдции, ащиод.подключенко входу блока управления: цятый выходкоторого соединеи, аовходами трех регистров адреса, выхрды которых соединены соответственно с первыми, вторымии третьими управляющими анодами блоковсуммирования, четвертые и пятые управ"ляющие входы которых соединены соответственно с шестым и седьмым выходами блока управления, а дополнительные выходы блоков суммирования слоев со второго по (4-1)-ый подключены к дополнительньщ входам соседних блоков суммирования.2. Устройство по и. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок суммирования содержит многовходовый одноразрядный комбинационный сумматор, блок умножения, регистр, два элемента И и группу элементов И, причем выход мвоговходового одноразрядного комбинационного сумматора через блок умножения соединен с входом регистра, группа .выходов которого подключена к первым входам группы элементов И, вторые входы которых соединены с выходом первого элемента И, а выход регистра подключен к входу второго элемента И. Источники инФормацийпринятые во внимание при.экспертизе:1. Евреинов З.В., Косарев Ю.Г. Одно" родные вычислительные системы высокой производительности. Новосибирск, Наука 1, стр. 38"41, рис. 7.2. Катков А.Ф., Романцов В.П., Комбинационная цифровая сетка для решения уравнений математической физики-Рефе" раты докладов М( Всесоюзного совещания 1 Математическое моделирование. Теория и методы гибридных вычисленийТаллин, 1973, стр. 37-40.603997 Составитель В. ТарасовРедактор Е. Гончар Тех ехред Н.Вабурка Корректор П, Макаре акаэ 2097/41 БНИИПов ССС илиал ППП ффПатент г. Ужгород, ул. Проектная,Тираж 826 Государственного комитета Со по делам изобретений и от 113035, Москва, Ж, Раушск