Устройство для решения трехмерных задач математической физики

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советским

Социалистических

Респубпик (11) 603997 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28,04.75 (21)2129035/18-24 с присоединением заявки Я— (23) Ириоритет (43) Опубликовано 25.04. т8.Бюллетень ph 15 (45) Дата опубликования описания 1804 т8 г (51) М. Кл. (j06 Т 15/32

ГеорАмретееемые моамтет

Совете Мммметрое СОВР ме Мемеи мзобретеммй м отмрытмй (53) УДК

681. 325 (088.8) (72) авторы изобретения

B.Ï. Боюн и Л.Г. Козлов (71) Заявитель Ордена Ленина институт кибернетики AH Украинской ССР (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ ЗАДАЧ

МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ

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 ко- Ю торых имеет арифметическое устройство, выполняющее последовательно, разряд за разрядом, арифметические и логические операции, и два блока памяти емкостью по 2048 двоичных единиц каждый 11). )S

Это устройство имеет большое количество оборудования, поскольку представляет собой вычислительную систему, состоящую из отдельных вычислительных машин со своим арифметическим устройством х0 и блоками памяти.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для решения задач математической физики, содержащее объемную матрицу сумматоров, состоящую из (слоев по блоков 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 второй выход блока управления подключен к первому входу блока вывода информаЦиИ, второй вход которого соединен с выходами всех блоков суммирования, вторые входы блоков суммирования слоев с второго по ((-()-ый соединены с выходами четырех соседних в каждом слое блоков суммирования (21.

Известное устройство имЕет ограни" ченные функциональные воэможности,так как в нем нельзя решать трехмерные уравнения Лапласа и Пуассона,к которым приводятся многие задачи электростатики,фильтрации, механики деформируемых (гел и т.д.

Целью, изобретения является повышение быстродействия и эффективности устройства за счет решения трехмерных уравнений Лапласа и Пуассона.

Достигается это тем, что в известное устройство введены три регистра адреса, блок сравнения и блок вычисления коэффициента, причем третий выход блока управления через блок вычисления коэффициента соединен с входами коэффициента всех блоков суммирования, четвертый выход блока управления подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен с вторым

603997 входом 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 дополнитель-10

Р ные выходы блоков суммирбвания слоев с второго по (q-)) ûé подключены к ддЬолнительным 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, группа

0 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.

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- З0 вания, блок 2 ввода информации, блок 3 вывода информации, регистры адреса 4,5 и б, блок 7 управления, блок 8 вычисления коэффициента и блок сравнения 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 информа- 40 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 6, 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. 88

Каждый из блоков суммирования 1 содержит многовходовой одноразрядный кочби-aitvoííb!ë суж атор 10, регистр

11, два элемента И 12 и 13, группу элементов И 14 н блок умножения 15 (см, фиг, 3 )

Входные шины блока суммирования 1 соединены с входами многовходового одноразряядно."о комбинационного сумма то. ра 10 вг .од которого через блок Умg

65 ноження 15 подклю»ен к вхоцу регистра

1 ° Выходы регистра 11 соединены группу. элементов И 14 с:аыходными шинами блока суммироваиия 1, Управляющие входы блока суммирования 1 соединены с входами первогo элемента И 12, выход которого подключен к управляю- щим входам группы элементов И 14.Выход . младшего- разряда регистра 11 соединен через второй элемент И 13 с выходом блока суммирования 1.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

С блока 2 ввода информации на один из входов внешних и внутренних блоков суммирования 1 поступают в последовательном коде, начиная с младшего разряда, соответственно значения граничных условий и значения правых частей

F- „., На другие входы блоков суммированйя 1 поступает последовательный код с выхода шести соседних блоков суъыирования 1. На входы коэффициента подается последовательный или параллельный (в зависимости от принципа действия 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)i чисел, выдачу результата на вход блока умножения 15 и запоминание переносов в следующие разряды. В блоке умно- жения 15 производится умножение величины (Я, „» »,- j,„+»,,»» к (у»» к»»»ьк +»1 » на коэффициент 1/б, старшие 11 разрядов полученного результата записываются на регистр 11.

Блок упр,явления 7 устанавливает адреса переменных в регистры адреса

4,5 и б, которые выбирают соответствующие блоки суммирования 1 и .считывают с регистров 11 информацию в блок сравнения 9, в котором осуществляется сра.:-. нивание значений решения на двух со,седних по времени итерациях

Последующие итерации осуществляются аналогично вышеописанному и, когда решения на двух следующих одна за дру lгой итерациях отличаются на заданную малую величину, блок 9 выдре в сигнал на блок управления 7 об окончании решения.

Технико-экономическая эффективност;-., от введения новых блоков и связей заключается в повью»ении производителвности устройства при решении трехмерных задач на 2»3 порядка по сравнению с решением их на двумерных сетках и в повышении эффективности устройства на порядок за счет улучшения сходимости и уменьшения числа итераций. формула изобретения

1. Устройство для решения трехмер ных задач математической физики, содер603997 жащее объемную матрицу сумматоров, состоящую из 1 слоев по ) блоков суммирования в каждом слое, и блок управления, первый выход которого через блок ввода информации соединен с первыми 5 входами, блоков суммирования в первом и в 1 -ом слоях, а второй выход блока управления подключен к первому входу блока вывода информации, второй вход которого соединен с выходами всех 10 блоков суммирования, вторые входы блоков суммирования слоев со второго по (i-4)-ый соединены с выходами четырех соседних.в каждом слое блоков суммирования, о т л и ч а ю щ е е с я тем, 15 что, с целью повышения быстродействия и эффективности устройства, в него введены три.регистра адреса, блок сравнения и блок .вычисления коэффициента, причем третий выход .блока управления 2О через блок вычисления коэффициента соединен со входами коэффициента всех блоков суммирования,"четвертый. выход блока управленИЯ. пОДКяюЧеи, к первоМУ. входу блока срарнежы„ .второй вход ко- 25 торого соедйнен -qg . вторщч входом блока вывода информации, а щи од. подключен ко входу блока управления.q .цятый выход которого соединеи; ао аходами трех регистров адреса, выходы которых соединены соответственно с первыми, вторыми и третьими управляющими.анодами блоков суммирования, четвертые и пятые управляющие входы которых соединены соответ- ственно с шестым и седьмым выходами блока управления, а дополнительные выходы блоков суммирования слоев со второго по {4-1)-ый подключены к дополнительныч 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 многовходового 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 информациИ, .принятые во внимание при.экспертизе:

1. Евреинов З.В., Косарев Ю.Г. Однородные вычислительные системы высокой производительности. Новосибирск, Наука, стр. 38-41, рис. 7.

2. Катков A.Ô., Романцов В.П., Комбинационная цифровая сетка для решения уравнений математической физики-Рефераты докладов Vf Всесоюзного совещания

y ÈàTåìàòH÷åñêîå моделирование. Теория и методы гибридных вычислений °

Таллин, 1973, стр. 37-40.

603997

Составитель В. Тарасов

Техред H.Âàáóðêà Корректор П. Макаревич

Редактор Е. Гончар

Филнал ППП Патент г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 2097/41 Тираж S26

UHHHtlH Гос а с

Подписное осударственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5