Вероятностное устройство для решения конечно-разностных уравнений Советский патент 1985 года по МПК G06F7/38 G06F7/70 G06F7/60 

шестой вход соединен с третьим выходом оперативного запоминающего блока, вторые входы первого и второ1149278

го адреср{ьп регистров подключе вы к выходу блока вычисления адреса.

ВЕРОЯТНОСТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ КОНЕЧНО-РАЗНОСТНЫХ УРАВНЕНИЙ, содержащее блок обхода области, первьй вход которого является входом установки начального адреса устройства, блок случайного блуждания, первый вход которого является входом установки размерности исследуемой области устройства,блок вычисления адреса, первый вход которого соединен с первым выходом блока случайного блуждания, оператив- . ный запоминающий блок, первые вход и выход которого являются соответственно информационными входом и выходом устройства, а второй вход соединен с выходом блока вычисления адреса, регистр числа, первые вход и вьгход которого соединены соответственно с вторым выходом и третьим входом оперативного запоминающего блока, а второй выход - с вторым входом блока случайного блуждания, арифметико-логический блок, выход и первый вход которого соединены соотт ветственно с вторым входом и третьим выходом регистра числа, счетчик числа испытаний, установочный вход которого является входом установки числа испытаний устройства, блок управления, первый вход которого является входом начала счета устройства, второй, третий, четвертый и пятый входы соединены соответственно с первым выходом блока обхода области, с вторым выходом блока случайного блуждания, с четвертым выходом регистра числа, с выходом счетчика числа испытаний, а первый, второй, третий и четвертьй выходы соединены соответственно с вторьп входом блока обхода области, с третьим входом блока случайного (Л С блуждения, с третьим ёходом регистра числа и счетным входом счетчика числа испытаний, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, оно дополнительно содержит первый и второй адресные регистры и блок элементов РШИ, 4 первый и второй входы которого соесо ю динены с выходами соответственно первого и второго адресных регистров, третий вход - с вторым выходом блока обхода области, а выход - с вторым 00 входом блока вычисления адреса, пятый выход блока управления является выходом окончания с«1ета устройства, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый выходы соединены соответственно с третьим входом блока вычисления адреса, с первым входом первого адресного регистра, с первым входом второго адресного регистра, с вторьм входом арифметико-логического блока, с четвертым входом опе.ративного запоминающего блока, а

Изобретение относится к вычислиельной технике и может быть испольовано для решения конечно-разностых уравнений.

Известно вероятностное устройсто для решения конечно-разностных равнений, которое содержит блок правления, включающий в себя линии , задержки, триггеры и логические схемы; блок оперативной памяти, соединенный с регистром числа, подлюченньй выходами значений функции входу арифметико-логического блока, включающего в себя накапливающий сумматор и логические схемы; блок случайного блуждания,, выходы которого соединены с входами блока вычисления адреса, включающего в себя регистр блуждания; счетчик числа испытаний, блок анализа признаков узла, входы которого соединены с выходами разрядов признака регистра числа; блок обхода области, включающий в себя счетчик поиска и хранения внутренних узлов сеточной области pj.

Недостаток устройства - невысокое быстродействие.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является вероятностное устройство, содержащее, блок управления, включающий в себя триггер начала-останова работы устройства, генератор тактовых импульсов, блок изменения признака узла, блок анализа признаков узла, счетчик числа шагов блуждания, элемент задержки, два переключателя режима работы, элемент И, два элемента ИЛИ; блок обхода области, включающий в себя регистр начальяого адреса и элемент И; блок вычисления адреса, включакиций в себя регистр блуждания;, блок случайного блуждания, включающий в себя управляемый вероятностный (1,п)-полюсник с генератором случайных чисел; постоянный запоми- / накщий блок, перекгаочатель режима

управления (1,п)-полюсником, оперативный запоминающий блок, регистр числа, арифметико-логический блок, включающий в себя суммирующий и усредняюпщй блок, элемент И; процессор, счетчик числа испытаний, при этом первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы блока управления соединены соответственно

с внешним входом Начало счета,

с первым выходом блока обхода области и с внешним выходом Окончание счета, с первым выходом блока случайного блуждания, с четвертым выходом регистра числа, с первым выходом счетчика числа испытаний и с третьим входом блока обхода области, с внешним выходом Установка числа шагов блуждания ; первый, второй,

третий и четвертый выходы блока управления подключены соответственно к второму входу обхода области, к третьему входу блока случайного блуждания и к четвертому входу оперативного запоминающего блока, к третьему входу регистра числа, к второму входу счетчика числа испытаний, первый и второй выход блока

обхода области соединены соответственно с внешним выходом Установка начального адреса, с первым входом блока вычисления адреса, а второй вход и выход последнего подключен

соответственно к второму выходу блока случайного блуждания, к второму входу оперативного запоминающего блока, первый и второй входы блока случайного блуткдания соединены соответственно с внешним входом Установка размерности исследуемой области, через переключатель режима управления (1,п)-полюсником с вторым выходом регистра числа или с выхрдом постоянного запоминающего блока,/ вход которого соединен с внешним входом Задание закона распределения, первый и третий входы опера31

тивного запоминающего блока соединены соответственно с внешним входом Занесение законов вероятностных переходов, начальных и граничных условий, признаков граничных или внутренних узлов, с первым выходом регистра числа, первый и второй выходЬ оперативного запоминающего блока подключены соответственно к внешнему выходу Вывод результатов на печать к первому входу регистра числа, третий вйход которого соединен с первым входом арифметико-логического блока, а первый и второй вьПсоды последнего подключены соответственно к второму входу регистра числа, к второму входу процессора, первый и третий входы процессора соединены соответственно с внешним входом Установка необходимой точности с заданной надежностью, с выходом счетчика числа испытаний, первый вход которого подктночен к выходу процессора (2 .

В известном устройстве осуществляется последовательное построение требуемого числа траекторий случайного блуждания из стартового узла до попадания на границу области.При этом такт работы устройства складывается из времени обращения к оператив ому запоминающему блоку и времени обработки информации в арифметикологическом блоке, величины которых соизмеримы. Это приводит к неэффективному использованию оборудования, которое простаивает в течение времени обращения к оперативному запоминающему блоку, а следовательно, к сниженшо быстродействия устройства

Целью изобретения является повы шение быстродействия устройства при решении эллиптических урав нейнй. .

Поставленная цель достигается тем,что вероятностное устройство для решения конечно-разностнык уравнений, содержащее блок обхода области, первый вход которого является вхо- дом установки начального адреса устройства, блок случайного блуждания, первый.вход которого является входом установки размерности исследуемой области устройства, блок вычитания адреса, первый вход которого соединен с первым выходом блока случайного блузедания, оперативный запоминающий блок, первые вход и выход которого являются соответственно инфорМацион-

92784

ными входом и выходом устройства, а второй вход соединен с выходом блока вычисления адреса, регистр числа, первые вход и выход которого соедис нены соответственно с вторым выходом и третьим входом оперативного запоминающего блока, а второй выход - с вторым входом блока случайного блуждания, арифметико-логический блок,

to выход и первый вход которого соединены соответственно с вторым входом и третьим выходом регистра числа, счетчик числа испытаний, установочный вход которого является входом уста|г новки числа испытаний устройства, блок управления, первый вход которого является входом начала счета устройства, второй, третий, четвертый и пятый входы соединены соответ/, ственно с первым выходом блока обхода области, с вторым выходом блока случайного блуждания, с четвертьм выходом регистра числа, с выходом счетчика числа испытаний, апервый, втоc рой, третий и четвертый вьлходы соединены соответственно с вторым входом блока обхода области, с третьим входом блока случайного блуждания, с третьим входом регистра числа и счетным входом счетчика числа исгалтаний, дополнительно содержит первый и второй адресные регистры И блок элементов ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго адресных

регистров, третий вход - с вторым выходом блока обхода области, а выход - с вторым входом блока вычисления адреса, пятый выход блока управления является выходом окончания счета устройства, шестой, седьмой, восьмой, девятьй и десятый выходы соединены соответственно с третьим входом блока вычисления адреса, с 1{ервьв4 входом первого адресного регистра, с первым входом второго адресного регистра, с вторьм входом арифу|етико-логического блока, с четвертым входом оперативного запоминающего блока, а шестой вход соединен с третьим выходом оперативного запоминакщего блока, вторые входы первого и второго адресных регистров подключены к выходу блока вычисления адреса. . .

На фиг. 1 изображена блок-схема вероятностного устройства; на фиг. 2функциональная схема блока обхода S области; на фиг. 3 - функциональная схема блока случайного блуждания; на фиг. 4 - функциональная схема арифметико-логического блока; на фиг. 5 - функциональная схема блока управления; на фиг. 6 - граф-схема . алгоритма работы вероятностного устройства; на фиг. 7 - временная диаграмма начала работы вероятностн го устройства; на фиг. 8 - временна диаграмма .работы устройства при построении первой и второй траектории случайного блуждания из стартового узла сеточнбй области; на фиг. 9 временная диаграмма работы устройст ва при выходе первой траектории на границу области; на фиг. 10 - временная диаграмма окончания работы устройства. Вероятностное устройство (фиг.1) имеет вход 1 начала счета, выход 2 окончания счета, вход 3 установки начального адреса, блок 4 обхода области, блок 5 вычисления адреса, блок 6 элементов ИЛИ, первый 7 и второй 8 адресные регистры, блок 9 управления, вход 10 установки размерности исследуемой области, блок 11 случайного блузкдания, информацио ньй вход 12, информационный выход оперативный запоминающий блок 14, регистр 15 числа, арифметико-логический блок 16, вход 17 установки числа испытаний, счетчик 18 числа испытаний. Блок 4 обхода области содержит (фиг. 2) первый 19 и второй 20 реги стры, триггер 21, первый 22, второй 23, третий 24 и четвертый 25 блоки элементов И, первый 26 и второй 27 элементы ИЛИ, первый 28 и второй 2 счетчики, пятый элемент И 30. Блок 11 случайного блужйания содержит (фиг. 3) генератор 31 случайных чисел, группу 32 блоков срав нения, элемент НЕ 33, группу 34 элементов ЗАПРЕТ, регистр 35, групп 36 элементов И. Арифметико-логический блок 16 со держит (фиг. 4) группу 37 блоков элементов И, группу 38 блоков элементов ИЛИ, группу 39 регистров, сумматор 40. Блок 9 управления содержит (фиг группу 41 элементов ИЛИ, группу 42 триггеров, генератор 43 тактовых импульсов, группу 44 дешифраторов, триггер 45, группу 46 элементов И. 78 Первьй, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы блока 9 управления (фиг. 1) соединены соответственно с входом 1 начала счета, с первым выходом блока 4 обхода области, с вторым выходом блока 11 случайного блуждания, с четвертым выходом регистра 15 числа, с выходом счетчика 18 числа испытаний, с третьим выходом оперативного запоминающего блока 14. Первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый выходы блока 9 управления подключены соответственно к второму входу блока 4 обхода области, к третьему входу блока 11 случайного блуждания, к третьему входу регистра 15 числа, к счетному входу счетчика 18 числа испытаний, к выходу 2 окончания счета, к третьему входу блока 5 вычисления адреса, к первому входу адресного регистра 7, к первому входу адресного регистра 8, к второму входу ари(}метико-логического блока 16, к четвертому входу оперативного запоминающего блока 14. Внешние входы 3, 10, 12 и 17 устройства соединены соответственно с первь1м входом блока 4 обхода области, с первым входом блока 11 случайного блуждания, с первым входом оперативного запоминающего блока 14, с установочным входом счетчика 18 числа испытаний. Внешний выход 13 устройства подключен к первому выходу оперативного запоминающего блока 14. Первый и второй входы блока 5 вычисления адреса соединены соответственно с первым выходом блока 11 случайного блуждания, с выходом блока 6 элементов ИЛИ, а первый, второй н третий входы последнего подключены соответственно к выходу адресного регистра 7, к выходу адресного регистра 8, к второму выходу блока 4 обхода области, выход блока 5 вычисления адреса соединен с входами адресных регистров 7 и 8 и оперативного запоминающего блока 14. Первый и второй входы регистров 15 числа подключены сооветственно к второму выходу оперативного запоминающего блока 14, к выходу ар ф4етико-логического блока 16, первый, второй и третий выходы регистра 15 числа соединены соответственно с третьим входом оперативного запоминающего блока 14, с вто7рым входом блока 11 случайного блуждания, с первьм входом ари етико-логического блока 16. Блок 4 обхода области аналогичен одноименному блоку известного устройства. Схема соединений его элементов приведена на фигу 2. Блок 5 вычисления адреса аналоги чен одноименному блоку известного устройства и содержит реверсивные счетчики координат узлов. Блок 9 управления синтезирован как микропрограммный автомат Мили по известной методике в соответствии с приведенной граф-схемой алгоритмов (фиг. 6), обратной структурной таблицей автомата Мили (табл. 2), таблицей обязательных сигналов возбуждения (табл. 3) и таблицей выходных сигналов блока управления (табл. А). Схема соединений элементов блока 9 приведена н фиг. 5. .Блок 11 случайного блуждания ана логичен одноименному блоку известно го устройства. Схема соединений его элементов приведена на фиг. 3. Регистр 15 числа также аналогичен одноименному блоку известного устройства. АриДметико-логический блок 16 ан логичен известному. Схема соединени его элементов приведена на фиг. 4. На вход 1 устройства подается си нал Начала счета, с выхода 2 устройства поступает сигнал Окончание счета, по входу 3 устройства задае ся информация о начальном адресе, С помощью блока 4 обхода области осуществляется формирование координ стартовых узлов исследуемой сеточно области в соответствии с построчным алгоритмом их обхода, блок 5 вычисления адреса содержит реверсивные счетчики координат с выходными эле ментами И, управляемыми по сигнала блока 9 управления, и обеспечивает воэможмость решения задач в одно-, двух-, и трехмерных областях. Первы : 7 и второй 8 адресные регистры пред назначены для хранения координат текущего узла соответственно первой и второй траекторий случайного блуж дания, блок 9 управления осуществляет управление вычислительной процедурой по заданному алгоритму рабо ты вероятностного устройства. По вх ду 10 устройства задаётся информа8ция о размерности исследуемой области, блок 11 случайного блуждания формирует единичные приращения / координат, определяющие направление случайного блуждания первой и второй траекторий, по входу 12 устройства задается информация о вероятностях перехода в соседние узлы, граничных условиях, признака (внешний, граничтный или внутренний) для каждого узла сеточной области, которая заносится в соответствующие числовые линейки оперативного запоминающего блока 14. Через выход 13 устройства вццаются результаты решения задачи на печать. Регистр 15 числа предназначен для организации обмена анализируемой и результирующей информацией, все разряды регистра 15 числа можно разделить на три зоны: содержимое первой зоны определяет вероятности переходов из данного узла в соседние, содержимое второй зоны граничные условия для каждого узла области, содержимое третьей зоны принадлежность данного узла к внутренней части области, границе или внешней части области. Арифметикологический блок 16 осуществляет вычисление суммы весов по N траекториям, построенным из стартовых узлов, по входу 17 устройства задается требуемое число траекторий случайного блуждания N, счетчик 18 числа испытаний обеспечивает построение N траекторий из стартового узла. В предлагаемом устройстве noBiiBneние быстродействия достигается способом параллельного построения двух траекторий из стартового узла, сущность которого состоит в совмещении во времени цикла считывания информации из оперативного запоминающего блока по одной траектории и цикла обработки информации по другой траектории. Вероятностное устройство работает следующим образом. Предварительно по входу 10 устройства (фиг. 1) устанавливается равномерность исследуемой области, а по входу 12 заносятся законы вероятностных переходов, граничные условия,признаки внешних, граничных или внутре нних узлов. При решении еоднородных эллиптических уравнеий по входу 12 устройства заносятся также начальные веса узлов сеточной области, соответствующие пра вым частям неоднородньк уравнений. По сигналу Начало счета, поступаю щему со входа 1 устройства в блдк 9 управления, последний начинает формировать сигналы управления микрооперациями (табл. 1) по заданному алгоритму (фиг. 6). По сигналу yj координаты начального узла (А) исследуемой области по входу 3 устройства заносятся в блок 4 обхода области, а по сигналу у,,1 требуемое число испытаний N по входу 17 устройства устанавливается в счетчик t8 числа испытаний. Затем по сигналу Уу. обнуляются счетчики в блоке 5 вычисления адреса, первый регистр 7, второй 8 адресные регистры, триггер 15 числа, регистры и 39j группы 39 в арифметико-логическом .блоке 16, триггеры группы 42 и триггер 45 в блоке 9 управления. По сигналу у координаты началь ного узла из блока 4 переписываются через блок 6 элементов ИЛИ в блок 5 вычисления адреса. По сигналам у,, , у, и yj адрес начального узла из блока 5 передается соответственно в оперативный запоминающий блок 14, в регистры 7 и 8. Разделение информации, поступающей из блока 5 в бло 14, регистры 7 и 8, осуществляется входными элементами И указанных блоков, которые возбуждаются по сиг налам управления (табл. 1) соответственно у,, у, и у. Поскольку логическое условие Начало траектории х О, то блок 9 сначала формирует сигналы У-,, и , по которым соответственно начинается чтение информации из блока 14 в регистр 15 по адресу начального узла второй траек тории и установка х 1 в блоке 9. После завершения цикла чтения по сигналу из блока 14 происходит установка в блоке 9 логического условия х - 1 и формируются сигналы У(, y,j и у„, по которым соответственно значения бероятностей переходов из регистра 15 передаются в. блок 11 случайного блуждания, код признака из последних разрядов (п-1, п) регистра 15 передается в дешифрато р 44 признака узла группы блока 9 управления, начинается чтение информации из блока 14 и регист ра 15 по адресу начального узла первой траектории. Если узел внешний (х J 1), то блок управления формирует сигналы: у, - Импульс запроса в блок обхода области, по которому в блоке 4 формируются координаты очередного стартового узла, У и У29 Если узел не внешний (х 0), то начинается обработка информации для узла второй траектории (х4 0). Далее, если траектория не закончилась (х 0), то по сигналу у содержимое регистра 8 передается через блок 6 элементов ИЛИ в блок 5, а по сигналу у единичное приращение, определяющее направление второй траектории, из блока 11 передается в блок 5, в котором затем формируется адрес очередного узла траектории случайного блуждания. По сигналу уц содержимое выходного регистра 39 группы 39 в блоке 16 передается в регистр 39 группы 39 суммы весов по узлам первой траектории в блоке 16. Затем по сигналу у адресочередного узла второй траектории из блока 5 передается в регистр 8; по сигналу Уя вес узла второй траектории из регистра 15 передается во входной регистр 39 группы 39 в блоке 16; по сигналу у содержимое регистра 39 группы 39 суммы весов по узлам второй траектории в блоке 16 передается во второй входной регистр 39 группы 39 сумматора в блоке 16; по сигналу у,, в сумматоре 40 блока 16 осуществляется суммирование веса текущего узла второй траектории с накапливаемой суммой весов по,прошедшим узлам этой же траектории; по сигнал у в блоке 9 управления инвертируется значение логического условия Xj Х4. После окончания цикла чтения (xg 1) по адресу узла первой. траектории по сигналу у- адрес очередного узла второй траектории из блока 5 поступает в блок 14. Далее в устройстве начинается цикл чтения информации из блока 14 в регистр 15 по адресу узла второй траектории и обработка ранее считанной информации по адресу узла первой траектории в соответствии с граф-схемой алгоритма работы устройства (ГСА) (фиг. 6) аналогично рассмотренной обработке информации для узла второй траектории. При окончании, например, первой траектории (попадание на границу об ласти или поглощение в текущем узле в блоке 9 управления устанавливается значение логического условия х 1. В этом случае по сигналу у, координаты стартового узла траек тории из блока 4 передаются в блок 5 через блок 6 элементов ИЛИ, по сигналу у,. содержимое выходного регистра 39 группы 39 в блоке 16 поступает в регистр 39j группы 39 суммы весов по узлам второй траек тории в блоке 16, по сигналу у значение счетчика 18 числа испытаний уменьшается на 1, по сигналу у.адрес стартового узла первой траектории из блока 5 заносится в регистр 7, по сигналу у содержимое регистра 39 группы 39 суммы весов по узлам первой траектории в блоке 16 передается во второй входной регистр 39 группы 39 сумма тора в блоке 16, одновременно с этим, граничное значение последнего узла первой траектории из -регистра 15заносится во входной регистр 39 группы 39 в блоке 16, по сигналу у„, в сумматоре 40 блока 16 осуществляется вычитание из граничного значения узла накопленной суммы весов по внутренним узлам первой траектории (т.е. вес первой траек тории) , по сигналу у 14 содержимое регистра 39( группы 39 суммы весов по траектории в блоке 16 передается во второй входной регистр 39 группы 39 в блоке 16, по сигналу у. вес первой траектории из выходного регистра группы 39 в блоке 16 заносится во входной регистр 39 группы 39 в блоке 16, по сигналу у в сумматоре 40 блока 16 осуществляется суммирование вычисленного веса первой траектории с накапливаемой суммой весов до траек ториям, построенньм из одного и того же стартового узла сеточной области, по сигналу У jf в блоке 9 управления устанавливается значение логического условия Xj 0, Если из стартового узла построено менее N траекторий (хj 0), то по сигналам у (содержимое выходного регистра 39 группы 39 в блоке 16передается в регистр 39jгруппы 39 весов по траектории блока 16) и начинается построе7812ние новой траектории из стартового узла. Если из стартового узла построено N траекторий (по сигналу переполнения из счетчика 18 числа испытаний в блоке 9 управления устанавливается значение логического условия X,- 1), то блок 9 управления осуществляет переход к новому стартовому узлу по следуюпрш сигна- лам управления: У;, , у после окончания цикла чтения х, 1); у (содержимое регистра 39 группы 39/суммы весов по траекториям переносится в регистр 15); у (в последние два разряда (п-1, п) регистра 15 заносится код 11 (признак граничного узла); у (содержимое регистра 15 записывается в блок 14 по адресу стартового узла); у- (по импульсу запроса в блоке 4 устанавливается новый адрес стартового узла). После окончания цикла записи информации из регистра 15 в блок 14 (х 1) и при условии, что обход узлов сеточной области не завершен (ху 1), в устройстве начинается построение N траекторий из нового стартового узла и вычисление для этого узла суммы весов по траекториям. При поступлении в блок 9 управления сигнала из блока 4 о завершении обхода узлов области (х 1) по сигналу у результаты вычислений выводятся из устройства на печать. В устройстве исключена операция усреднения суммы весов по N траекториям, так как выбирается равным и процесс деления на N состоит в перенесении запятой в сумме на m разрядов, начиная с младшего, в сторону разряда, что можно вьтолнить, например, в процессе визуальной обработки результатов вычислений. По входу 3 (представляет группу гальванически разделенных связей) вероятностного устройства (фиг. 1) в регистры 19 и 20 (фиг. 2) заносятся максимальные по предграничным узлам сеточной области значения кооринат соответственно х и у либо Riax DKiit оординаты одного узла для которого щется решение. На единичный или ну-, евой входы триггера 21 поступает игнал 1 при решении задачи соотетственно в одном или во всех узлах еточной области. Управление работой лока 4 обхода области осуществляется по сигналам управления У| , у и , которые поступают с первого выхода блока 9 управления (фиг. 1) на второй вход блока 4 обхода области по шине, представляющей группу гальванически разделенных связей.

По сигналу

координаты у и

Ч

соответственно через заносится

гпа-х элементов И в счетчиб-локи 22 и 23 ки 28 и 29. По сигналу у- координаты стартового узла х. и х„, соответст ст

ственно с выходов счетчиков 28 и 29 через блоки 24 и 25 элементов И поступают на установочные входы реверсивньсс счетчиков координат блока 5 вычисления адреса через блок 6 элементов ИЛИ (фиг. 1). Для установки координат нового стартового узла сигнал у подается на вход тактового импульса вычитания счетчика 28 При этом значение координаты х уменьшается на 1. Когда на выходе счетчика 28 установится значение координаты х О, на его выходе переполнения возникает сигнал, который через элемент ИЛИ 4 возбуждает блок 22 элементов И, и значение , координаты X снова заносится по установочным входам счетчика 28. Одновременно сигнал переполнения счетчика 28 поступает на вход тактового импульса вычитания счетчика 29,уменьшая на 1 значение координат Когда на выходе счетчика 29 установится значение координаты у О, на его выходе переполнения возникает сигнал логического условия X БЛОК обхода области завершил работу, поступающий через элемент ИЛИ 27 на второй вход блока 9 управления (фиг. 1). Сигнал перепол нения формируется на выходе элемента И счетчика 28 (или 29), входы ко торого соединены с инверсными выходами каждого разряда счетчика. В режиме решения задачи для одного узла области триггер 21 устанавливается в единичное состояние. Элемент И 30 возбуждается сигналом с единичного выхода триггера 21. После окончания вычислительной процедуры сигнад УЛ блока управления проходня- через открытый элемент ИЗ 27 в блок 9 управлени и элемент ИЛИ ,в виде сигнала логического условия XT- Блок обхода области завершил работу.

По сигналу у., адрес узла траектории слтучайного блуждания из блока 5 передается в оперативный злпоми.нающий блок 14, по сигналу у - в регистр 7, по сигналу у - в регистр 8. Разделение информации поступающей из блока 5 в блок 14, регистры 7 и 8, осуществляется входными элементами И указанных блоков. Координаты стартового узла из блока 4 .обхода области (по сигналу управления у ) заносятся по входам предварительной установки числа в реверсивные счетчики координат блока 5 вычисления адреса. В последнем формируется адрес очередного узла траектории случайного блуждания, соседнего с предыдущим узлом. При этом по сигналу управления у (или у,Jадрес предыдущего узла из регистра 7 или 8 передается через выходной элемент И этого регистра и блок 6 элементов ИЛИ на входы предварительной установки числа реверсивных счетчиков координат блока 5. По сигналу управления у из блока 11 случайного блуждания передается сигнал, определяющий направление перемещения первой (или второй) траектории случайного блуждания, на

вход тактового импульса сложения или вычитания одного из реверсивных счетчиков координат блока 5. Рассмотрим работу блока 11 случайного блуждания на примере решения задачи в двухмерной сеточной области, когда заданы следующие вероятности перехода Р; при - 4 вероятности перехода из текущего узла в соседние узлы Р вероятность norj :ощения в текущем узле, PC 1 - Р:. Вероятности PV 4 для каждого узла области записываются в ячейках памяти оперативного запоминакяцего блока по адресам этих узлов в виде функции распределения. После окончания чтений информации из ячейки памяти оперативного запоминающего блока по адресу текущего узла в регистр 15 числа (фиг. 1) инфогмацця о функции распределения из последнего поступает на первые входы блоков сравнения группы 32 (фиг. 3) блока случайного блуждания . На первый вход блока 32, сравнения группы 32 по 5тупает значение F(A|) Р, , на первый 5ХОД блока 322 сравнения группы 32

значение FCAj) Р, на первьм вход блоков (32|) - 32) сравнения группы 32 - значение F(A) Р ( + РЛ Р 4 вторые входы блоков сравнения группы 32 с выхода генератора 3.1 .случайных чисел подается случайное равномерное распределенное двоичное число R;. Генератор 31 возбуждается передним фронтом тактового импульса у, поступающего в блок случайного блуждания из блока 9 управления (фиг. 1). На выходе блока сравнения появляется единичный сигнал, если значение функции распределения F(A) больше или равно случайному двоичному числу Е. Если F{A,) Rl , то на выходе элемента НЕ 33 (фиг. 3) будет единичный сигнал, соответствующий траектории в узел с вероятностью Р. Если Е(Лр R; 6 f(f), то на выходе элемента ЗАПРЕТ 34J группы 34 будет единичный сигнал, соответствующий перехо-, ду в узел с вероятностью Р и т.д. Если F(A) (AH), то на выходе элемента ЗАПРЕТ 34з группы 34 будет единичный сигнал, соответствующий переходу в узел с вероятностью Рц . Если F(A4) Rj ,то на выходе блока 32yj, сравнения группы 32 будет единичньй сигнал, соответствующий поглощению частицы в текущем узле с вероятностью Ру.

По входу 10 (фиг. 1) вероятностного устройства в регистр 35 (фиг.З) заносится информация о размерности исследуемой области. Выход i-ro разряда (, т+1) регистра 35 соединен с первым входом i-ro элемента И группы 36 (, m-t-1). Вторые входы элементов И 36 - 36т группы 36 соединены соответственно с выходами элементов ЗАПРЕТ 34|- 34р.группы 34, второй вход элемента И 36} группы 36 - с выходом элемента НЕ 33,. а второй вход эле.мента И 36(„.,группы 36 с выходом блока 32„ сравнения группы 32. На третий вход элементов И 36 |- 36пц,группы 36 подается сигнал у с второго выхода блока 9 управле.ния (фиг. 1). Для рассматриваемого примера сигнали 1 возбуждения из регистра 35 поступают на элементы И 36 36п| 1 . По тактовому импульсу единичное приращение координат с выхода элемента И блока случайного блуждания поступает на входы такто зых. Ш4пульсов сложения или вычитания

реверсивных счетчиков координат блока 5 вычисления адреса (фиг, 1), а в случае поглощения/частицы единичный сигнал поступает в блок 9 управления (фиг. 1).

Все разряды регистра 25 числа можно разделить на три зоны: содержимое первой зоны определяет информацию о вероятностях переходов из дан0 ного узла в соседние, код которой по сигналу управления у передается в блок 11 случайного блуждания, содержимое второй зоны определяет информацию о граничных условиях для

5 каждого узла области, код которой по сигналу управления у„ передается JBO входной регистр арифметико-логического блока 16, содержимое третьей зоны определяет информацию о принадлежности данного узла к внутренней части Ьбласти, границе или внешней части области, т.е. признака узла, который по сигналу упраэления У;, передается в дешифратор признака

5 узла блока 9 управления. По сигналу управления происходит чтение информации из оперативного запоминающего блока 14 в регистр 15 числа. По сигналу управления содержимое

0 регистра 15 числа записывается в блок 14 по адресу стартового узла.

Ари|)метико-логический блок 16 (фиг. 1) осуществляет вычисление суммы весов по N траекториям, по-

5 строенным из стартовых узлов. ,.

По сигналу управления yj с блока 9 управления (фиг. 1) вес текущего узла первой (или второй) траектории из регистра 15 числа (фиг. 1)

0 передается через блок 37 элементов И группы 37 и блок 38J элементов ИЛИ группы 38 в регистр 39 группы 39 (фиг. 4). Одновременно по сигналу управления у, (у ю ) для первой траектории (или для второй траектории) накопленная сумма весов по узлам первой (или второй) траектории из регистра 392 (йпи 39) группы переписывается через блок 37g элементов

(или блок 37) группы 37 и блок 38, элементов ШШ группы 38 в регистр , 39g группы 39. По сигналу управления у (Сложение) информация с единичных выходов регистра 39 группы 39

5 в пряном коде передается через блок 37(0 элементов И группы 37 и блок 38g элементов ИЛИ 38 в регистр 39 группы 39. Код сумьял Армируется на .выходах сумматора 40 и фиксируется в регистре 39j группы 39. По сигналу управления У| (или y,j) код суммы из регистра 39 группы 39 через блок 374 элементов И (или блок 37у) группы 37 передается в регистр 39, (или регистр 39) группы 39. При попаданий первой (или второй) траектории в граничный узел по сигналу управления у- граничное значение из регистра 15 числа (фиг. 1) передается через блок 37 элементов И группы 37и блок 38( элементов ИЛИ группы 38в регистр 39(, группы 39. По сигна лу управления Уо (или У|д) код суммы весов по узлам первой (или второй) траекториям из регистра 392 (или из регистра 39) группы 39 передается через блок 37g элементов И (или блок 37}) группьгЗ и через блок 38j зле,ментов ИЛИ группы 38 группы в регист 39 группы 39. По сигналу управления У- (Вычитание) граничное значение с нулевых выходов регистра 394 РУппы 39 в инверсном коде передается через блок 37j, элементов И группы 37и блок 38 элементов ИЛИ группы 38в регистр 39 группы 39, и одновременно осуществляется подсуммирование +1 в младший разряд сумматора 40, Код разности (вес траектории) формируется на выходах сумматора 40 и фиксируется в регистре 39 группы 39. По сигналу управления у,,вычисленный вес первой (или второй) траектории из регистра 39 группы 39 передается через блок 37г элементов И группы 37 и блок 38| элементов Ш1Й группы 38 в регистр 39 группы 39. По сигналу управления уп код суммы весов по К(К 1, Ы) траекториям из регистра 39 группы 39 передается через блок 37t элементов И группы 37и блок 38 элементов ИЛИ группы . 38в регистр 39 группы 39. По сигна лу управления у„ (Сложение) код вы численного веса яервой (или второй траектории из регистра 39/) группы 39передается через блок 37,, элементов И группы 37 и блок 38 элементов ИЖ группы 38 в регистр 39$ груп пы 39. Код:;ноеой суммы весов по траекториям формируется на выходах сумматора 4О и кснруётся в регистре 39| группы.39. По сигналу управления у,2 код суммы весов по траекториям из регистра 39; группы 39 передается через блок 37 элементов И группы 37 в регистр 39( группы 39. После построения N траекторий из стартового узла по сигналу управления у сумма весов по N траекториям из регистра 39( группы 39 переписывается через блок 37/ элементов И группы 37 в регистр 15 числа (фиг.1). Перед началом вычислительной процедуры и после вычисления суммы весов по N траекториям д;ш каждого, узла сеточно области по сигналу управления регистры 39(- 394 и 39 группы 39 обнуляются. Блок 9 управления (фиг. 1) осуществляет управление вычислительной процедурой по алгоритму работы вероятностного устройства, отмеченная граф-схема (ГСА) которого приведена на фиг. 8. Состав и обозначения микроопераций и логических условий по ГСА приведены в табл. 1. На первый вход блока 9 управления (фиг. 1) поступает сигнал Пуск с внешнего входа.1 устройства, на второй вход - сигнал логического условия х с первого выхода блока 4 обхода области, на третий вход сигнал Поглощение частицы с первого выхода блока 11 случайного блуждания, на четвертый вход - код признака узла с последних двух разрядов регистра 15 числа, на пя- тьй вход - сигнал логического условия Xj. с выхода счетчика 18, на шестой вход - сигнал логического условия х с третьего выхода оперативного запоминакмцего блока 14. С первого выхода блока 9 управления на второй вход блока 4 обхода области поступают сигналы управления у, у, У , со второго выхода на третий вход блока 11 случайного блуждания - сигнал , с третьего вькода на третий вход регистра 15 числа - сигналш управления у, у,,, у,, и , с четвертого выхода на второй вход счетчика 18 - сигналы управления у, и у , с пятого вькода на внешний выход 2 устройства - сигнал управления у с шестого выхода на третий вход блока 5 вычисления адреса - сигнал управления у g , с седьмого выхода на первый вход первого адресного регистра 7 - сигналы управления у и у с восьмого выхода на первый вход адресного регистра 8 - сигналы управления У;- и у , с девятого

191

выхода на второй вход арифметико-ло гичёского блока 16 - сигналы управУгг п У

ления Vg. - у, ,

18 22 га с десятого выхода на четвертый вход

оперативного запоминающего блока 14 сигналы управления y,j, у, у . Первый, третий, четвертый, седьмой, восьмой, девятый и десятый выходы блока 9 управления представляют каждьй группу гальванически разделенных связей по каждому сигналу управления.

Таблица I

yj, DC2(By) : РЧ (анализ признаков узла) y,j : РЧ : РгКАЛБ)

Примечание. ШО - блок . ко - логический блок ; РЧ - -регист р&хода обдаети; БВА - блок вычисле- ча числа J БУ - блок управленйЕя ; НИИ адреса ОЗБ - оперативно-запоми- БСБ - блок случайного блуждания J ваишй блок; РА1, РА2 - первый и вТо; СТ1 - счетчик числа испытарой регистры адреса; АЛБ - ний.

1492782

; 11родолжение табл. Перечень микроопераций

у„ : РЧ(п-1,п) : 11

(БУ) (маркировка граничного

узла)

БВА ;

БСБ СТ1 :

N Сложение

: Вычитание

стартового узла (х 11

х - ОЗБ завершил цикл чтения или записи ( 1)

45 Ху - БОО завершил работу (х 1)

Таблица2

R ) t Rp

5f

y, у

2(

R,

Sj) . %

2й

Sj R.J j Rp

У, ,У, .У,

f

R -л 4

2

у у Z9

S4 Sc

Z 6 « 20

R, , 4 У г 15 14

S, R4, S5

27

У4У8У9У«Ук, У УяУюУ гУ, Si

ч - 8 10 гг зо УЮ у 2 29

4

S4 Sf

42

S,) j 2 4 5

У 18(9 У Обязательные сигналы возбуждения блока управления

1 A,g.

А(б (,

{

А,с- x,V А

Чб45

в

- b

x. x Ic VA

Aj. X,. Xj VAj. Af . X,. Xg VA-f

,,;

.j . x Aj. X,. X, VA,,VA.x, vA,.

R.

A VA,. , VA,j,VA,,

Rj A,j. x. X,. VA. VA. VAg - x VA VAg VA, VA,-

Sy A, VA, VAj. X, VAj X,- x x 4 г 9

,VA,y VA,2.

По ютульсу Пуск, поступающему с входа 1 вероятностного устройства (фиг. 1) на входную шину блока 9 управления (фиг. 5), триггеры 42j425- группы 42 устанавливаются в нулевое состояние, а триггер 42 груп; Т a б л и ц a . 3

7 1

Продолжение

Выходные сигналы блока управления

У„ А,.х,; У|8 A,

УП Уго f

А,;

ti

(

A,VA, Aj.x.

A.i

2

V А . 1

26

IT

Угв A«

У« Ay x,VA,;

У

УМ ,.

пы - в единичное состояние и открывает выходной элемент И 46 группы 46 генератора 43 тактовых импульсов. Тактовые импульсы поступают в дешифратор 44 группы 44 состояний, который осуществляет расшифровку кодов 251 состояний перехода автомата, формирующихся на выходах триггеров группы 42. Изменение состояний перехода автомата осуществляется по сигналам возбуждения, поступающим с выхода логических схем на входы триггеров 42j группы 42. Сигнал возбуждения S, с выхода элемента И 464 группы 46 поступает на единичный вход триггера 42, группы 42, R, с выхода элемента И 46f группы 46 через элемент ИЛИ 41. группы 41 на нулевой вход триггера 42 группы 42, S2 с вьрсода элемента ИЛИ 4 Ц группы 41 - на единичный вход триггера 42j группы 42, RJ с выхода элемента ИЛИ 4124 группы 41 - через элемент ИЛИ 41Jгруппы 41 на нулевой вход триггера 425, группы 42, S с выхода элемента ИЛИ 41(4 группы 41 - на единичный вход триггера 42 группы 42, Е.О, с выхода элемента ИЛИ группы 41 через элемент ИЛИ 41 группы 41 на нулевой вход триггера 42 группы 42, выхода элемента ИЛИ 41. группы 41 - на единичный вход триггера 42 группы 42 , R с выхода элемента ИЛИ 4i группы 41 - через элемент ИЛИ 41 Группы 41 на нулевой вход триггера 424 группы 42, $5 с выхода элемента ИЛИ 41.J1 группы 41 - на единичный вход триггера 42 группы 42,-R с выхода элемента ИЛИ 4 Ц группы 41 через элемент ИЛИ 41 группы 41 на нулевой вход триггера 42 j группы 42. Сигналы логических условий фиксируются на выходах триггеров 42j- 42,2 группы 42. Дешифратор 44 группы 44 признаков узла расшифровывает код признака узла, поступающий на его вход из j последних двух разрядов регистра l5 числа. Если на вход дешифратора 44 группы 44 поступает код 00 (приз нак внешнего узла сеточной области) то по тактовому импульсу на его первом выходе появляется сигнал, устанавливающий триггер 421 группы ;42 (логическое условие х 1) в единичное состояние. Если на вход дешифратора 44 группы 44 поступает код 11 (признак граничного узла), то по тактовому ишульсу на его втором выходе появится сигнал,устанавливающий через элемент ИЛИ 41 группы 4t триггер 42j группы 42 (логическое условие Xj t) в едини ное состояние. Условие х 2 1 устанав8ливается также по сигналу Поглощение частицы, поступающему с выхода блока случайного блуждания через элемент ИЛИ 41 группы 41 на единичный вход триггера 42,, группы 42. Условие х 1 фиксируется триггером сигналу поступающему с выхода элемента ИЛИ 41 группы 41 на его единичньш вход. Условие X фиксируется триггером 45 по сигналу , поступающему с выхода элемента ИЛИ 41) группы 41 на его счетный вход. Условие х,. 1 фиксируется триггером группы .42 по сигналу N испытаний проведено из стартового узла, поступающему с выхода счетчика числа испытаний вероятностного устройства на его единичный вход. Условие х 1 фиксируется триггером группы 42 по сигналу Оперативно-запоминающий блок завершил цикл чтения или записи, поступающему с вьЕхода оперативного запоминающего блока на его единичньй вход, условие х 1 фиксируется триггером группы 42 по сигналу Блок обхода области завершил работу, поступающему .с выхода блока обхода области на его единичный вход. Триггера 42(2 группы 42 и триггер 45 устанавливаются в нулевое состояние по сигналу , поступакицему с второго выхода дешифратора 44 f группы 44 на их нулевые входы. Кроме, того, обнуление триггера 42g группы 42 осуществляется на сигналу (у, у,, у,), поступающему с двенадцатого выхода дешифратора 44 j группы 44 через элемент ИЛИ 41 группы 41 на его нулевой вход. Обнуление триггера 42|| группы 42 осуществляется по сигналу , либо по сигналу у, поступающему соответственно с пятого, либо с семнадцатого выхода дешифратора 44jf группы 44 через элемент ИЛИ 41 группы 4t на его нулевой вход. Выходные сигналы УН - У )2 от управления формируются логическими схемами в соответствии с граф-схемой алгоритма, как показано на фиг. 6. Предлагаемое устройство обладает преимуществом по сравнению с известным, так как имеет в два раза больше быстродействие. Время решения краевой задачи известньми методами Монте-Карло определяется из выражения

Т.4 П

,

где n - число внутренних узлов

области; k - средняя длина траекторий

блуждания частицы; N - требуемое число испытаний; - время перехода частицы из узла в узел

л Л л (х t-j., t(,

где(.;,- время считывания информации из оперативно-запоминающего блока;

bj, - время обработки информации. В Предлагаемом устройстве время решения краевых задач определяется из следующего выражения

Т, тах|гсц,Со, kyN,n,.

Отсюда оценка эффективности использования предлагаемого устройства равна

Использование предлагаемого уст5 ройства позволяет значительно сократить время решения конечно-разностных уравнений.

Фиг. Г

JO

ffO

Риг.1

Фиг.З

Фиг 4

) f

i s

вие.5

-Уи .Уа .i -У}}

:.

«

.Уа .Ун .УЗ .УК

I:

:& i

-% -У

-/7

У Vw Узг

ти.,

Jfffy) , 7(.Пycк)2б(6У) У,.У21

Угв У г

y.y.ysУг5 Уг9 2гг{6У) Уг51 }б,Ул2„ бУ)

У20

УЗ

ys. УЮ

УЗ

У6, У IS У,,Уд .

Угб УП Уи2п(6У}

2-г{6У)

Уг.Уг.УгчУ5.Ую.У13Угг.,У,

31

Уп

УУ Уе.Уг5,УгоУЗВ У4.У6.У9.. 7

Фиг. в

Фиг. 9

ti