SU742946A1 - Device for solving partial differential equations - Google Patents

Device for solving partial differential equations Download PDF

Info

Publication number
SU742946A1
SU742946A1 SU782568681A SU2568681A SU742946A1 SU 742946 A1 SU742946 A1 SU 742946A1 SU 782568681 A SU782568681 A SU 782568681A SU 2568681 A SU2568681 A SU 2568681A SU 742946 A1 SU742946 A1 SU 742946A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
input
node
output
register
inputs
Prior art date
Application number
SU782568681A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Геннадиевич Тищенко
Николай Федорович Купчинов
Original Assignee
Таганрогский радиотехнический институт им.В.Д.Калмыкова
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 Таганрогский радиотехнический институт им.В.Д.Калмыкова filed Critical Таганрогский радиотехнический институт им.В.Д.Калмыкова
Priority to SU782568681A priority Critical patent/SU742946A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU742946A1 publication Critical patent/SU742946A1/en

Links

Landscapes

  • Complex Calculations (AREA)

Description

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано при конструировании и разработке специализированных устройств, предназначенных дл  решени  дифференциальных уравнений в частных производных .The invention relates to computing and can be used in the design and development of specialized devices for solving partial differential equations.

Известно устройство,основанное на принципе разр дно-аналоговой обработки информации, состо щее из разр дно-логической матрицы, построенной на вентильных схемах, на выходных шинах которой вьщаютс  последовательности импульсов, соответствующие парным произведени м разр дов чисел, поступающих на входы реверсивного сумматора, на выходе которого вырабатываетс  решение конечно-разностного уравнени  1 .It is known a device based on the principle of bit-analog information processing, consisting of a bit-logic matrix built on valve circuits, on output buses of which sequences of pulses corresponding to the pair products of the digits of the numbers supplied to the reversible adder inputs are the output of which produces a solution to the finite-difference equation 1.

Недостатками известного устройства  вл ютс  большой объем оборудовани , св занный, например, с необходимостью использовани  2 -входных сумматоров дл  п-разр дных чисел| трудности автоматизации процесса решени , св занные с выработкой напр жений , управл ющих разр дно-логической матрицей; трудности в разработке математического обеспечени , св занные с проблемами получени  разр дных уравнений, отличающийс  от исходных уравнений конечно-разностных.The disadvantages of the known device are the large amount of equipment associated, for example, with the need to use 2-input adders for n-bit numbers | the difficulty of automating the solution process associated with the generation of voltages controlling the discharge logic matrix; difficulties in developing mathematical software associated with the problems of obtaining discharge equations that are different from the original finite difference equations.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  устройство, содержащее блок ввода, соединенный с сумматором, блок умножени , два последовательно-парал10 дельных регистра, соединенных выходами с блоком умножени  и блоки шаговой коммутации, входы которых подключены к блоку умножени , соединенному с сумматором, выход которого соединен The closest to the invention in its technical nature is a device comprising an input unit connected to an adder, a multiplication unit, two serial-parallel registers connected by outputs to a multiplication unit, and step-switching units, whose inputs are connected to a multiplication unit connected to an adder, the output of which is connected

15 со входом одного из регистров. Ука .занное устройство содержит блоки, которые позвол ют хранить два значени  сеточной функции на предьщулем временном слое и на данном вы исл е20 емом, а также умножить эти значени  на необходимые коэффициенты в блоках умножени , что дает возможность решать уравнение теплопроводности 2 .15 with the entrance of one of the registers. This device contains blocks that allow you to store two values of the grid function on the previous time layer and on this target, and also to multiply these values by the necessary coefficients in the blocks of multiplication, which makes it possible to solve the heat equation 2.

Недостатком устройства  вл етс  The disadvantage of the device is

25 то, что точность решени , реализуема  устройством, не превышает второго пор дка точности при равномерной сетке и первого пор дка при неравномерной сетке.25 that the accuracy of the solution implemented by the device does not exceed the second order of accuracy with a uniform grid and the first order with a non-uniform grid.

30thirty

Цель изобретени  - повышение точности работы устройста.The purpose of the invention is to improve the accuracy of the device.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  решени  дифференциальных уравнений в частных производных, содержащее регистры, блок умножени , сумматор, коммутатор причем выход первого регистра соединен с первым входом блока умножени , выход которого соединен со входом сумматора, выход сумматора подключен к бдному из входов второго регистра, которого соединен с первыми входами коммутатора и третьего регистра , выход которого соединен со втфрым входом блока умножени , вход пефвого регистра и вторые входы втфрого и третьего регистров соединейы с информационным входом устройства , третьи входы второго и третьегр регистров и второй вход коммутатора подключены к управл ющему входу устройства, выход коммутатора  вл етс  информацифнным выходом устройства, введен блфк вычислени  моментов функции, вхОд которого соединен с выходом второго регистра, а выход блока вычислени  моментов Функции подключен к третьему входу блока умножени , а Также тем, что блок вычислени  моментов функции содержит два узла умножени ,два сумматора,узел ввода, делени  и регистры,причем,выход первого регистра соединен с первым входом первого узла умножен-и , выход которого подключен к первому входу первого сумматора , выход которого соединен с Первым входом узла делени , первый и Второй выходы узла ввода соединены соответственно с первым и вторым входами второго узла умножени ,второ и третий -входы которого соединены с первым и вторым выходами узла делени , первый и второй выходы второг узла умножени  соединены с первым и вторым входами второго сумматора, третий вход которого соединен с третьим выходом узла делени ,третий выход узла ввода подключен к вторым входам первого узла умножени  и узла делени , третий вход которого соединен с ч-етвертым выходом узла ввода, ПЯТЫЙ выход узла ввода подключен к второму входу первого сумматора, третий, четвертый и п тый входы которого соединены соответственно через второй, третий и четвертый регистры с одними информационными входами блока вычислени  моментов функции, другие информационные входы которого подключены, соответственно, к входу первого регистра и к второму входу узла ввода, выход второго сумматора  вл етс  информационным выходом блока вычислени  моментов функциThe goal is achieved by the fact that the device for solving partial differential equations containing registers, a multiplier, an adder, a switch, the output of the first register connected to the first input of the multiplication unit, the output of which is connected to the input of the adder, the output of the adder The second register, which is connected to the first inputs of the switch and the third register, the output of which is connected to the third input of the multiplication unit, the input register register and the second inputs of the third and third registers The third inputs of the second and third registers and the second input of the switch are connected to the control input of the device, the output of the switch is the information output of the device, the function for calculating the moments of the function is entered, the input of which is connected to the output of the second register, and the output of the calculator The functions are connected to the third input of the multiplication block, and also by the fact that the function’s moment calculation block contains two multiplication nodes, two adders, an input node, a division, and registers, and the first register is connected to the first input of the first node multiplied-and, the output of which is connected to the first input of the first adder, the output of which is connected to the first input of the division node, the first and second outputs of the input node are connected respectively to the first and second inputs of the second node multiplying, second and the third inputs of which are connected to the first and second outputs of the division node, the first and second outputs of the second multiplication node are connected to the first and second inputs of the second adder, the third input of which is connected to the third output of the division node, the third the output of the input unit is connected to the second inputs of the first multiplication unit and the division node, the third input of which is connected to the h-fourth output of the input node, the FIFTH output of the input node is connected to the second input of the first adder, the third, fourth and fifth inputs of which are connected respectively via the second, the third and fourth registers with one information inputs of the function moment calculator, the other information inputs of which are connected, respectively, to the input of the first register and to the second input of the input node, the output of the second adder is with information output of the function moment calculator

На чертеже представлена блок-схема устройства.The drawing shows the block diagram of the device.

Устройство дл  решени  дифференциальных уравнений в частных производных содержит регистры 1-3, блок 4 умножени , сумматор 5, коммутатор 6 блок 7 вычислени  моментов функции.The device for solving differential equations in partial derivatives contains registers 1-3, multiplication unit 4, adder 5, switch 6, function moments calculating unit 7.

В состав блока 7 вход т регистры 8-11, узел 12 ввода, узлы 13 и 14 умножени , узел 15 делени , сумматоры 16 и 17.Block 7 includes registers 8-11, input node 12, multiplication nodes 13 and 14, division node 15, adders 16 and 17.

Алгоритм, реализуемый устройством , получаетс  в результате замены вторых производных уравненийThe algorithm implemented by the device is obtained by replacing the second derivative equations.

lf lf

моментами функции U, а первой производной по конечно-разностным отношени м , что приводит к уравнениюmoments of the function U, and the first derivative with respect to the finite-difference relations, which leads to the equation

. . , .и ,. . , and

-JK.,J Цци-JK., J QC

, .лl

Wk ., ;-F,  Wk.,; -F,

х-,3 x-, 3

которое вычисл етс  по  вной итера ционной формуле видаwhich is calculated by an explicit iterative formula of the form

i,n-t,s. ,м,5 ,5 J., . ,,..где вычисление моментов функций и происходит при решении следующих систем алгебраических уравнений:i, n-t, s. , m, 5, 5 J.,. ,, .. where the calculation of the moments of the functions occurs when solving the following systems of algebraic equations:

/k,. .4-д .д . .fc м11:,/ k ,. .4-d .d. .fc m11 :,

.Ь K.J KJ+I .B K.J KJ + I

;.,,,.4Д -.. ...:;. ,,,. 4Д - .. ...:

.J t.l Ktl.,.J t.l Ktl.,

При ЭТОМ решаетс  уравнениеTHIS solves the equation

,,.,,.

в,а .in as well

-- С,-с.А - fti d- S ,.S.A. - fti d

c, c,

где А , С. ,Where A, C.,

В - значение разностных коэффициентов видаB - the value of the difference coefficients of the form

А,М,..,+С,-М.. A, M, .., + C, -M ..

d-j i d - матрица правой част d j i d - matrix of the right part

Работа устройства происходит следующим образом.The operation of the device is as follows.

В регистры 1-3 занос тс  начальны услови  и uP,j, Я ,|- Эти значени  умножаютс  в локе 4 на моменты функций K.j и АД , поступающие на вход блока 4 с выхода блока 7. Полученные произведени  складываютс  на сумматоре 5 и поступают в регистр 2 в качестве 1-ой итерации решени  на 1-ом временном слое. Аналогично получаетс  2-а  и т.д. итерации искомого решени .При этом блок 7 вычисiltD Registers 1-3 are entered by initial conditions and uP, j, I, | - These values are multiplied in lock 4 by the moments of the functions Kj and HELL, which arrive at the input of block 4 from the output of block 7. The resulting products are added to adder 5 and entered into register 2 as the 1st iteration of the decision on the 1st time layer. Similarly, it turns out 2-a, etc. iteration of the desired solution. With this block 7 computeD

л ет моменты функции .. lt moments of function ..

K,j mHiS-zj )K, j mHiS-zj)

V.VV.V

Claims (2)

а коммутатор 6 по управл ющему сигналу соедин ет выход устройства со входами соседних устройст на которые поступает текущее значение решени , получаемых в данном устройстве. По окончании итерацион|Ного процесса по управл к цему сигнал из регистра 2 в регистр 3 осуществл етс  запись полученного на первом времелном слое решени  ., а в регистр 2 заноситс  начальное условие и цJ-. Аналогично происходит работа устройства на 2-ом и т.д. на п-ом временном слое. Работа блока 7 на 5-той итерации п временного сло  происходит следую щим образом. В регистры 8-11 записаны начальн услови  , , , U,. соответ ственно. На узел 12 с выхода регист ра 2 поступает текущее значение решени  и , а на его другой вход пос тупают в узел 12 подготовленные начальные значени  , , , B,fb На узел 15 с выхода узла 12 поступают значени  и В соответстве но, ас выхода сумматора 16 - разность С. А,где сформировано узлом 13. Значени , поступающи на вход узла 15, получены в результате суммировани  на сумматоре 16 значений , и , , хран щихс  в регистрах 9-11. Полученные значени  прогоночного коэффициента . i и значение О j-. поступают на узел 14, на который одновременно из узла 12 подаютс  значени  ЛЛ и Ь Полученные произведени  + )1, суммируютс  на сумматоре 17 со значением В --::.-т-7-т поступающим с Ад выхода узла 15. Полученна  сумма  вл етс  текущим значением момента функции i4 , (где . ), непрерывно отражающим поведение функции И в области решени  . Реализацию предлагаемого устройства можно осуществл ть на основе микросхем серий К 178, К 186,К 502. Введение дополнительного блока вычислени  моментов функции выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, так как позвол ет решать важный класс задач, описываемых параболическими и эллиптичес кими уравнени ми с большей точночтью и быстродействием, увеличенными на три пор дка в случае неравномерной сетки и на два пор дка в случае равномерной сетки, по сравнению с известным. Формула изобретени  1. Устройство дл  решени  дифференциальных уравнений в частных производных, содержащее регистры, блок умножени , сумматор, коммутатор , причем выход первого регистра соединен с первым входом блока умножени , выход которого соединен со входом сумматора, выход сумматора подключен к одному из входов второго регистра, выход которого соединен с первыми входами коммутатора и третьего регистра, выход которого .соединен со вторым входом блока умножени , вход первого регистра и вторые входы второго и третьего регистров соединены с информационным входом устройства, третьи входы второго и третьего регистров и второй вход коммутатора подключены к управл клцему входу устройства,выход коммутатора  вл етс  информационным выходом устройства, отличающ -е е с   тем, что, с целью повышени  точности, в него введен блок вычислени  моментов функции,вход которого соединен с выходом второго регистра, а выход блока вычислени  моментов функции подключен к третьему входу блока умножени . 2. Устройство по П.1, о т л ичающеес  тем, что блок вычислени  моментов функции содержит два узла умноже 1и . два сумматора, узел ввода узел делени  и регистры, причем выход первого регистра соединен с первым входом первого узла умножени , выход которого подключен к первому входу первого сумматора, выход которого соединен с первым входом узла делени , первый и второй выходы узла ввода соединены соответственно с первым и вторым входами второго узла умножени , второй и третий входы которого соединены с первым и вторым выходами узла делени , первый и второй выходы второго узла умножени  соединены с первым и вторым входами второго сумматора, третий вход которого соединен с третьим выходом узла делени ,третий выход узла ввода подключен к второму входу первого узла умножени  и узла делени ,третий вход которого соединен с четвертым выходом узла ввода,п тый выход узла ввода подключен к второму входу первого сумматора, третий, четвертый и п тый входы которого соединены соответственно с одними информационными входами блока вычислени  моментов функции, другие информационные входыкоторого подключены соответственно к входу первого регистра и к второму входу узла ввода, выход второго сумматора  вл етс  информационным выходом блока вычислени  моментов функции. Источники информации,прин тые во внимание при экспертизе 1.Пухов Г.Е. Цифровые сетки параллельно-последовательного действи  дл  интегрировани  дифференциашьных уравнений. Электроника и моделирование , вып. 3, Киев, 1974. and the switch 6 connects the output of the device to the inputs of neighboring devices to which the current value of the solution received in this device is connected to the control signal. At the end of the iteration process, the control signal from register 2 to register 3 records the solution obtained at the first time layer, and the initial condition and cJ- is entered into register 2. Similarly, the device operates on the 2nd, etc. in the nth temporal layer. The operation of block 7 at the 5th iteration n of the time layer occurs as follows. The registers 8-11 contain the initial conditions,,, U ,. respectively. At node 12, from the output of register 2, the current value of the solution arrives, and, at its other input, the prepared initial values,,, B, fb, arrive at node 12. At node 15, from the output of node 12, the values are received. 16 is the difference C. And, where formed by node 13. The values arriving at the input of node 15 are obtained by summing 16 values on the adder, and, stored in registers 9-11. The obtained values of the driving coefficient. i and value About j-. arrive at node 14, to which the values LL and b are simultaneously fed from node 12. The resulting products +) 1 are summed on adder 17 with the value B - :: .- T-7-T coming from the output Ad of node 15. The resulting sum is The current moment value of the function i4, (where.), continuously reflects the behavior of the AND function in the solution domain. The implementation of the proposed device can be carried out on the basis of K 178, K 186, K 502 series microcircuits. The introduction of an additional block for calculating the moments of the function distinguishes the proposed device from the known one, since it allows one to solve an important class of problems described by parabolic and elliptic equations accuracy and speed, increased by three orders in the case of a non-uniform grid and two orders in the case of a uniform grid, compared with the known. Claim 1. Device for solving differential equations in partial derivatives containing registers, multiplication unit, adder, switch, with the output of the first register connected to the first input of the multiplication unit whose output is connected to the input of the adder, the output of the adder whose output is connected to the first inputs of the switch and the third register, the output of which is connected to the second input of the multiplication unit, the input of the first register and the second inputs of the second and third registers The third inputs of the second and third registers and the second input of the switch are connected to the control input of the device, the output of the switch is the information output of the device, which is so that, in order to improve the accuracy, a calculation block is entered into it moments of the function, the input of which is connected to the output of the second register, and the output of the function’s moment calculation unit is connected to the third input of the multiplication unit. 2. The device according to A.1, which is based on the fact that the block for calculating the moments of the function contains two nodes more than 1 and. two adders, an input node, a division node and registers, the output of the first register connected to the first input of the first multiplication node, the output of which is connected to the first input of the first adder, the output of which is connected to the first input of the division node, the first and second outputs of the input node are connected respectively to the first and the second inputs of the second multiplication node, the second and third inputs of which are connected to the first and second outputs of the division node, the first and second outputs of the second multiplication node are connected to the first and second inputs of the second adder, the third the input of which is connected to the third output of the division node, the third output of the input node is connected to the second input of the first multiplication node and the division node, the third input of which is connected to the fourth output of the input node, the fifth output of the input node is connected to the second input of the first adder, third, fourth and the fifth inputs of which are connected respectively to one information input of the function moment calculator, other information inputs of which are connected respectively to the input of the first register and to the second input of the input node, the output of the second mmatora is a data output unit calculating moments function. Sources of information taken into account in the examination 1. G. Pukhov. Parallel-to-serial digital grids for integrating differential equations. Electronics and Modeling, vol. 3, Kiev, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР 373735, кл. G 06 G 7/56, 1971 (прототип).2. Authors certificate of the USSR 373735, cl. G 06 G 7/56, 1971 (prototype).
SU782568681A 1978-01-09 1978-01-09 Device for solving partial differential equations SU742946A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU782568681A SU742946A1 (en) 1978-01-09 1978-01-09 Device for solving partial differential equations

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU782568681A SU742946A1 (en) 1978-01-09 1978-01-09 Device for solving partial differential equations

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU742946A1 true SU742946A1 (en) 1980-06-25

Family

ID=20744119

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU782568681A SU742946A1 (en) 1978-01-09 1978-01-09 Device for solving partial differential equations

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU742946A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4168530A (en) Multiplication circuit using column compression
Swartzlander The quasi-serial multiplier
JPH02112023A (en) Cardinal number 16 divider
US5144576A (en) Signed digit multiplier
US3878985A (en) Serial-parallel multiplier using booth{3 s algorithm with combined carry-borrow feature
SU742946A1 (en) Device for solving partial differential equations
CN109388372B (en) MSD (minimum-order-of-performance) multiplication calculation method of three-value optical processor based on minimum module
RU2786204C1 (en) Digital smoother
SU1092529A1 (en) Device for presenting bell-shaped functions
SU711577A1 (en) Approximate computation arrangement
SU691848A1 (en) Apparatus for computing fifth root
SU991414A1 (en) Multiplication device
Deepika et al. Low power FIR filter design using truncated multiplier
SU562838A1 (en) Multi-bit computing device
SU1098003A1 (en) Device for calculating polynomial
Teja et al. VLSI Architecture for Fractional-Order Adaptive Filter
SU940167A1 (en) Device for solving linear simultaneous equations
SU798863A1 (en) Digital device for solving simultaneous algebraic equations
SU928348A1 (en) Device for calculating trigonometric functions
SU1119006A1 (en) Device for dividing numbers
SU928351A1 (en) Digital integrator
SU894592A1 (en) Digital frequency meter
SU732865A1 (en) Dividing device
SU942042A1 (en) Device for determination of haar coefficient dispersion
SU951293A1 (en) Calculating device