SU608165A1 - Digital network model computing unit for solving partial differential equations - Google Patents

Digital network model computing unit for solving partial differential equations

Info

Publication number
SU608165A1
SU608165A1 SU752121947A SU2121947A SU608165A1 SU 608165 A1 SU608165 A1 SU 608165A1 SU 752121947 A SU752121947 A SU 752121947A SU 2121947 A SU2121947 A SU 2121947A SU 608165 A1 SU608165 A1 SU 608165A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
node
dimensional digital
output
input
model
Prior art date
Application number
SU752121947A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виталий Петрович Боюн
Леонид Григорьевич Козлов
Original Assignee
Ордена Ленина Институт Кибернетики Ан Украинской Сср
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ордена Ленина Институт Кибернетики Ан Украинской Сср filed Critical Ордена Ленина Институт Кибернетики Ан Украинской Сср
Priority to SU752121947A priority Critical patent/SU608165A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU608165A1 publication Critical patent/SU608165A1/en

Links

Landscapes

  • Complex Calculations (AREA)

Description

входом узл  и с выходом узла, а вторые входы элементов группы элементов И соединены с третьим управл ющим входом узла 3,the input of the node and the output of the node, and the second inputs of the elements of the group of elements And are connected to the third control input of the node 3,

Недостаток вычислительного узла состоит в том, что при решении с его помощью трехмерных задач математической физики значительно возрастают затраты оборудовани  и врем  вычислений .The disadvantage of the computational node is that when it solves three-dimensional problems of mathematical physics, equipment costs and computation time increase significantly.

Цель изобретени  - сокращение оборудовани  и времени вычислений.The purpose of the invention is to reduce the equipment and computation time.

Это достигаетс  тем, что вычислительный узел содержит блок умножени , последовательный вход, параллельные входы и выход которого соединены соответственно с выходом миоговходового сумматора, с группой кодовых входов узла и последовательным входом регистра сдвига.This is achieved by the fact that the computational node contains a multiplication unit, a serial input, parallel inputs and an output of which are connected respectively to the output of the my-input adder, with a group of code inputs of the node and a serial input of the shift register.

Кроме того, в вычислительном узле блок умножени  .содержит п-разр дный сумматор с запоминанием переносов и элементы И, причем первые, вторые входы и выходы элементов И соединены соответственно с параллельными входами блока, с последовательным входом блока и входами п-разр дного сумматора С запоминанием переносов, в котором выход суммы к1аждого разр да соединен с входом соседнего младшего разр да, выход переноса разр да - с входом разр да, а выход младшего разр да сумматора соединен с выходом блока умножени .In addition, in the computational node, the multiplication unit contains an n-bit adder with memory transfers and elements, And, the first, second inputs and outputs of the elements And are connected respectively to the parallel inputs of the block, with the serial input of the block and the inputs of the n-bit adder C memory transfers, in which the output of the sum of 1 bit is connected to the input of the next least significant bit, the output of the transfer of the bit is connected to the bit input, and the output of the lower half of the adder is connected to the output of the multiplication unit.

На фиг. 1 представлена структурна  схема вычислительного узла цифровой модели-сетки; на фиг. 2 - схема блока умножени ; на фиг. 3 - схема части вычислительного узла цифровой модели-сетки дл  решени  уравнений Лапласа; на фиг. 4, 5 -- схемы части вычислительного узлал ифровой модели-сетки дл  решени  уравнении Пуассона.FIG. Figure 1 shows the block diagram of the computational node of the digital mesh model; in fig. 2 is a block multiplication circuit; in fig. 3 is a diagram of a portion of a computational digital grid model node for solving the Laplace equations; in fig. 4, 5 are diagrams of a part of the computational node of the digital grid model for solving the Poisson equation.

Вычислительный узел цифровой модели-сетки дл  решени  дифференциальных уравнений в частных производных содержит (см. фиг. 1) многовходовый сумматор 1, регистр сдвига 2, элемент И 3, группу 4 элементов И, блок умножени  5, управл ющие входы 6-8, информационные входы 9, выходы 10, кодовые входы 11. Позицией 12 обозначен выход сумматораБлок умножени  содержит (см. фиг. 2) сумматор 13 с запоминанием переносов, элементы И 14, последовательный вход 15, параллельные входы 16, выход 17.The computational node of the digital grid model for solving partial differential equations contains (see Fig. 1) a multi-input adder 1, a shift register 2, an element 3, a group of 4 elements AND, a multiplication unit 5, control inputs 6-8, information inputs 9, outputs 10, code inputs 11. Position 12 designates the output of the adder. The multiplication unit contains (see Fig. 2) an adder 13 with memory transfers, elements AND 14, serial input 15, parallel inputs 16, output 17.

Вычислительный узел цифровой модели-сетки дл  рещени  уравн ений Лапласа (см. фиг. 3) содержит элементы18 пам ти, а многовходовый сумматор имеет входы 19 и выходы 20. Другие обозначени  аналогичны обозначени м на фиг. 1.The computational node of the digital grid model for solving the Laplace equations (see FIG. 3) contains memory elements 18, and the multi-input adder has inputs 19 and outputs 20. Other symbols are similar to those in FIG. one.

Вычислительный узел цифровой модели-сетки дл  решени  уравнений Пуассона (ем. фиг. 4 содержит элементы 21, 22, 23 пам ти, а мнЬговходовый сумматор имеет входы 2-i и выходы 25. Другие обозначени  аналогичны обозначед1и м на фиг. 1.The computational node of the digital grid model for solving the Poisson equations (ime. Fig. 4 contains memory elements 21, 22, 23, and the multi-input adder has inputs 2-i and outputs 25. Other indications are similar to those indicated in Fig. 1.

Один из наиболее быстродействующих вариантов вычислительного узла цифровой модели-сетки дл  решени  уравнении Пуассона содержит см. фиг. 5) регистр 26 функции с входами 27. Другие обозначени  аналогичны обозначени м ни фиг. 1, 4.One of the fastest variants of the computational node of the digital mesh model for solving the Poisson equation contains see FIG. 5) function register 26 with inputs 27. Other indications are similar to those of FIG. 14.

Вычислительный узел цифровой модели-сетки дл  решени  дифференциальных уравнений в частных . производных работает следующим образом.Computing node of a digital mesh model for solving partial differential equations. derivative works as follows.

При решении трехмерных задач необходимо J суммировать шесть или семь чисел, заданных последовательным кодом, и результат делать на шесть. Операци  делени  осуществл етс  умножением на коэффициент 1/6. На входы сумматора I подаетс  последовательный код суммируемых чисел. Результат суммировани  поступает на выход 12 комбинационного сумматора 1, а переносы запоминаютс  на один такт на элементах пам ти 18 (см. фиг. 3) при рещенин уравнени  Лапласа или на один, два и три такта на элементах пам ти 21, 22 и 23 (см.When solving three-dimensional problems, J needs to sum up six or seven numbers specified by a sequential code, and the result should be six. The division operation is performed by multiplying by a factor of 1/6. The inputs of the adder I are supplied with a sequential code of summable numbers. The result of the sum is fed to the output 12 of the combinational adder 1, and the transfers are memorized for one clock cycle on the memory elements 18 (see Fig. 3) when the Laplace equation is solved or on one, two, and three clock cycles on the memory elements 21, 22, and 23 ( cm.

фиг. 4) соответственно дл  уравнени  Пуассона , При решении уравнений Пуассона на один из входов сумматора 1 поступает последовательный код правой части решаемого уравнени  Fyv Чтобы осуществить оперативный ввод функции Fly и повысить быстродействиеFIG. 4) respectively, for the Poisson equation. When solving the Poisson equations, one of the inputs of the adder 1 receives the sequential code of the right side of the solved equation Fyv. To perform the online input of the function Fly and increase the speed

узла при peaieHHH уравнени  Пуассона, необходимо на одном из входов сумматора 1 включить регистр 26 функции (см. фиг. 5), входы 27 которого соединены с приемными входами узла, а выход младшего разр д;а регистра 26 функции соединен с входом его ставшего разр да . В регистр 26 функции заноситс  функци  правой части F;,, последовательный код которой на каждой итерации решени  вводитс  в сумматор 1.node at peaieHHH Poisson’s equation, it is necessary to enable function register 26 on one of the inputs of adder 1 (see Fig. 5), inputs 27 of which are connected to the receiving inputs of the node, and the output of the lower order; and register 26 of the function is connected to the input of its resulting bit Yes . In the function register 26, the function of the right-hand part F is entered; the sequential code of which at each iteration of the solution is entered into the adder 1.

С выхода блока умножени  5 результат суммировани , деленный на коэффициент шесть, заноситс  в регистр 2. Содержащийс  в регистре 2 код значени  искомой функции на предыдущей итерации сдвигаетс  на каждом такте под управлением сигнала, поступающего на первый управл ющий вход 6 узла, и выдает с -на выход узла через элемент И, который открываетс  сигналом, поступающим на второй управл ющий вход 7 узла. После прохождени  п-тактов (п-разр дность) элемент И 3 «-Закрываетс  и в последующих п-тактах осуществл етс  вычисление старших разр дов искомой функции. Аналогичные вычислени  производ тс  на последующих итераци х. При поступлении сигналов на третий управл ющий вход 8 узла открываетс  группа 4 элементом И. через которые результат выдаетс  из регистра 2 наFrom the output of multiplier 5, the result of summation divided by a factor of six is entered into register 2. The code of the value of the function sought in register 2 on the previous iteration is shifted on each clock cycle under the control of the signal fed to the first control input 6 of the node and gives s - at the output of the node through an AND element, which is opened by a signal arriving at the second control input 7 of the node. After passing the p-cycles (p-width), the And 3 ' element closes and the subsequent bits of the function sought are calculated in the subsequent p-cycles. Similar calculations are performed at subsequent iterations. When signals are received at the third control input 8 of the node, group 4 is opened by element I. through which the result is output from register 2 on

S выходы 10 узла.S outs 10 knots.

Предлагаемое устройство имеет значительно меньший объем оборудовани  по сравнению с известными устройствами, предназиаченными дл  решени  аналогичной задачи.The proposed device has a considerably smaller amount of equipment as compared with the known devices intended for solving a similar task.

Трехмерные задачи математической физики известными в литературе методами могут быть сведены к двухмерным задачам. При этом дл  получени  одной итерации рещени  трехмерной (пространственной) задачи необходимо решить К-двухмерных (плоскостных) задач,Three-dimensional problems of mathematical physics by methods known in the literature can be reduced to two-dimensional problems. Moreover, to obtain one iteration of the solution of a three-dimensional (spatial) problem, it is necessary to solve K-two-dimensional (plane) problems,

5 где К - количество сечени  пространствениой задачи по плоскост м.5 where K is the number of cross sections of the space problem of the planes.

Claims (3)

При этом из-за отсутстви  св зей между плоскост ми дл  получени  решени  эквивалеитного одной итерации решени  трехмерной задачи необходимо организовать итерационны процесс, который обычно требует т-малых итераций, кажда  из которых заключаетс  8 решении К-двухмерньзх задач. Сравним позатратам оборудовани  и времени решени  при одинаковом количестве узлов решени  трехмерных задач математической физики на трехмерных цифровых модел х-сетках размерностью К-К-К. в которых в качестве узла используетс  изобретение, и на К-двухмерных цифровых модел х-сетках размерностью К-К, в которых в качестве узла используетс  известный вычислительный узел. Если прин ть затраты оборудовани  на один узел двухмерной цифровой модели-сетки за единицу, то затраты оборудовани  на реализацию К-двухмерных цифровых моделей-сеток разнервостью К-К узлов составл ет 3 К ёднниц оборудовани . Затраты оборудовани  на один узел трехмерной цифровой модели-сетки примерно в 2 раза превышают количество оборудовани  на узел двухмерной цифровой модели-сетки. Следовательно , затраты оборудовани  на реализацию трехмерной цифровой модели-сетки состав т Зз 2К единиц оборудовани . Затраты времени на отработку одного значени  в двухмерной цифровой модели-сетке составл ют t2, а в трехмерной цифровой модели-сетке составл ют . Дл  получени  на двухмерной цифровой моделй-сетче решени , эквивалентного одной итерации решени  трехмерной задачи на трехмерной цифровой модели-сетке, необходимо выполнить т-малых итераций, кажда  из которых требует времени t. Тогда суммарное врем  большой итерации на двухмеркой цифроеой модели-сетКе составит Тг m-ta На трехмерной цифровой модели-сетке результат , эквивалентный т-малым итераци м двухмерной цифровой модели-сетки, получаетс  за врем  отработки одного значени  в узлах модели-сетки, т.е. за врем  Тз , Тогда отношение произведени  затрат оборудовани  и времени на двухмерной цифровой модели-сетке к соответствующему произведенииэ дл  трехмерной цифровой модели-сетки составит К у t г Величина m в зависимости от задачи колеблетс  в пределах 20-50 итераций. Следовательно, выигрыш от применени  изобретени  в трехмерных цифровых модел хсетках по сравнению с аналогичными двухмерными цифровыми модел ми-сетками составл ет 2fir52 5 - 2,5 раза. Формула изобр1-тени  1.Вычислительный узел цифровой моделисетки дл  решени  дифференциальных уравнений в частных производных, содержащий многовходовый сумматор, входы которого соединены с информационными в.ходами узла, регистр сдвига, управл ющий вход и последовательный выход которого соединены соответственно с первым управл ющим входом узла и с первым входом элемента И. группу элементов И, первые в.ходы и выходы которых соединены соответственно с параллельными выходами регистра сдвига и с группой выходов узла, причем первый, второй вход и выход элемента И соединены соотвегственно с последовательным , выходом регистра сдвига, со вторым управл ющим входом узла и с выходом узла, а вторые входы элементов группы элементов И соединены с третьим управл ющим входом узла , отличающийс  тем, что, с целью сокращени  оборудовани  и времени вычислений, он содержит блок умножени , последовательный вход, параллельные входы и выход которого соединены соответственно с выходом многовходового сумматора, с группой кодовых входов узла и последовательным входом регистра сдвига . 2.Вычислительный узел по п. I, отличающийс  тем, что в нем блок умножени  содержит п-разр дный сумматор с запоминанием переносов и элементы И, причем первые, вторые входы и выходы элементов И соединены соот ветственно с параллельными входами блока, с последовательным входом блока и входами п-разр дного сумматора с запоминанием переносов , в котором выход суммы каждого разр да соединен с входом соседнего младшего разр да , выход переноса разр да - с входом разр да , а выход младшего разр да сумматора соединен с выходом блока умножени . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе: 1.Евреинов Э. В., Косарев Ю. Г. Однородные универсальные вычислительные системы высокой производительности. «Наука, Новоибирск , 1966, стр. 40, рис. 8. In this case, due to the absence of connections between the planes, to obtain a solution to an equivalent single iteration, the solution of a three-dimensional problem requires an iterative process, which usually requires t-small iterations, each of which consists of 8 solving K-two-dimensional problems. Let us compare the positions of equipment and time for solving with the same number of nodes solving three-dimensional problems of mathematical physics on three-dimensional digital models of x-grids of dimension KK. in which the invention is used as a node, and on K-two-dimensional digital models of x-grids of dimension KK, in which a known computational node is used as a node. If we take the cost of equipment for one node of a two-dimensional digital grid model per unit, then the cost of equipment for implementing K-two-dimensional digital model grids with a gap of K-K nodes is 3 K equipment units. The cost of equipment per one node of a three-dimensional digital grid model is about 2 times the amount of equipment per node of a two-dimensional digital model grid. Consequently, the cost of equipment for the implementation of a three-dimensional digital grid model is 3-3K units of equipment. The time spent on working out one value in a two-dimensional digital grid model is t2, and in a three-dimensional digital model grid. To obtain a two-dimensional digital model-grid solution, equivalent to one iteration of solving a three-dimensional problem on a three-dimensional digital grid model, it is necessary to perform t-small iterations, each of which requires time t. Then the total time of a large iteration on a two-dimensional digital grid model is Tg m-ta. On a three-dimensional digital grid model, a result equivalent to m-small iterations of the two-dimensional digital grid model is obtained during the processing of one value in the grid-model nodes, t. e. in time Tz, Then the ratio of the cost of equipment and time on a two-dimensional digital grid model to the corresponding product for a three-dimensional digital grid model is K y t g. The value of m varies from 20 to 50 iterations depending on the task. Consequently, the benefit from the application of the invention in three-dimensional digital models, as compared with similar two-dimensional digital models, is 2fir52 5 - 2.5 times. Formula 1-shadow 1. Computing node of a digital model grid for solving partial differential equations, containing a multi-input adder, the inputs of which are connected to information inputs of the node, the shift register, the control input and the serial output of which are connected respectively to the first control input of the node and with the first input of the element I. the group of elements is And, the first inlets and outputs of which are connected respectively to the parallel outputs of the shift register and to the group of outputs of the node, the first, second The input and output of the element I are connected respectively with the serial output of the shift register, with the second control input of the node and with the output of the node, and the second inputs of the elements of the group of elements And are connected with the third control input of the node, characterized in that and computation time, it contains a multiplication unit, a serial input, parallel inputs and an output of which are connected respectively to the output of a multi-input adder, a group of code inputs of the node and a serial input of the shift register. 2. A computing node according to claim I, characterized in that in it the multiplication unit contains an n-bit adder with memory of transfers and elements AND, the first, second inputs and outputs of elements AND are connected respectively to parallel inputs of the block, with a serial input block and inputs of the n-bit adder with memory hyphenation, in which the output of the sum of each bit is connected to the input of the next least significant bit, the bit transfer output is connected to the bit's input, and the low-bit output of the adder is connected to the output of the multiplier. Sources of information taken into account in the examination: 1. Evreinov, E. V., Kosarev, Yu.G. Uniform high performance universal computing systems. “Science, Novoibirsk, 1966, p. 40, fig. eight. 2.Катков А. Ф., Романцов В. П. Комбина- . ционна  цифрова  сетка дл  решени  уравнений математической физики, сб. «Математическое моделирование. Теори  и методы гибридиых вычислений. IV Всесоюзное совещание, аллин, апрель 1973, Рефераты докладов. М., 1973, стр. 37. 2.Katkov A.F., Romantsov V.P. Kombin-. National Digital Grid for solving equations of mathematical physics, coll. "Math modeling. Theories and methods of hybrid calculations. IV All-Union Conference, Allin, April 1973, Abstracts of reports. M., 1973, p. 37. 3.За вка М« 2114222/24, по которой прин то решение 28.01.76 о выдаче авторского свидетельства .3. Forward M “2114222/24, on which the decision was made on January 28, 1997 to issue the author's certificate. -H АО./AO./ inin J i IN iai J i IN iai r,.....-, Ф R r, .....-, Ф R Ла.4La.4 ЯI
SU752121947A 1975-04-07 1975-04-07 Digital network model computing unit for solving partial differential equations SU608165A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU752121947A SU608165A1 (en) 1975-04-07 1975-04-07 Digital network model computing unit for solving partial differential equations

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU752121947A SU608165A1 (en) 1975-04-07 1975-04-07 Digital network model computing unit for solving partial differential equations

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU608165A1 true SU608165A1 (en) 1978-05-25

Family

ID=20615442

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU752121947A SU608165A1 (en) 1975-04-07 1975-04-07 Digital network model computing unit for solving partial differential equations

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU608165A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3878985A (en) Serial-parallel multiplier using booth{3 s algorithm with combined carry-borrow feature
JPS63167967A (en) Digital signal processing integrated circuit
SU608165A1 (en) Digital network model computing unit for solving partial differential equations
US3973243A (en) Digital image processor
SU1756887A1 (en) Device for integer division in modulo notation
SU552612A1 (en) Device for solving differential equations
SU564638A1 (en) Device for solving linear algebraic equations systems
SU1003080A1 (en) Conveyer device for computing sine and cosine functions
SU800997A1 (en) Digital matrix compulating unit
SU546891A1 (en) Computing node of a digital model grid for solving partial differential equations
RU1833892C (en) Computational node of device for solving equations in partial derivatives
SU1024914A1 (en) Device for computing simple functions
SU942037A1 (en) Correlation meter of probability type
SU798858A1 (en) Computing unit of digital network model for solving partial differential equations
SU1424017A1 (en) Apparatus for computing integral operators
RU1833891C (en) Device for solving two-dimensional problems of mathematical physics
SU883913A1 (en) Network model computing assembly for resolving differential equations in partial derivatives
SU928351A1 (en) Digital integrator
SU596952A1 (en) Arrangement for solving differential simultaneous equations
SU521570A1 (en) Device to determine the function
SU879586A1 (en) Digital integrator
SU608157A1 (en) Multiplier
SU579615A1 (en) Multiplier
SU763904A1 (en) Matrix microprocessor
SU614439A1 (en) Digital coordinates converter