Устройство для вычисления свертки Советский патент 1987 года по МПК G06F17/17 

t

Изобретение относится к ычисли- тельной технике и может быть использовано при построении специализированных вычислительных систем, функционирующих в реальном масштабе времени.

Цель изобретения - упрощение устройства.

На фиг, 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 - схема вычислительного блока.

Устройство (фиг. 1) содержит KL вычислительных блоков 1.1, 1.2,... « . . 1 . KLi.

Каждый из вычислительных блоков l.i (фиг, 2) содержит буферный регистр 4.1, регистр 5,1, регистр 6,1 коэффициента, умножитель 7.1, регистр 8.1 результата, сумматор 9,1 и регистр 10.1 результата.

При выполнении одномерной свертки устройство работает следующим образом. Во время этой операции под воздействием сигнала Одномерная свертка, поступающего на управляющий вход устройства, коммутаторы 3,1, кроме , передают информацию, поступающую из первого информационного выхода вычислительного блока 1,(1-1)К, на первый информационный вход вычислительного блока 1,(1- -1)К+1, а коммутатор З.Г- на пер - вый информационный вход вычислительного блока 1,1 отсчеты входной последовательности Х(1).,.Х(Р), которые одновременно с подачей сигнала Одномерная свертка начинают поступать из выхода основной памяти 2 со скоростью одного отсчета на такт.

Определяют базовые операции А и В, причем под базовой операцией следует понимать повторяющуюся совокупность действий, выполняемых вычислительным блоком.

Базовая операция А выполняется в течение одного такта в вычислительном блоке 1 следующим образом, В исходный момент времени в первом буферном регистре 5.1 хранится операнд , который затем поступает на второй вход умножителя 7,1, на первый вход которого с выхода регистра 6.1 коэффициента поступает коэффициент Q (K L-i+1), Затем умножитель 7.1 формирует произведение 63(К Ъ-1+1) а- , которое с приходом тактового импульса записывается в первый регистр 8.1 результата. Под

190452

воздействием тактового импульса происходит также перезапись содержимого а, первого буферного регистра 5. (1-1) и содержимого а, второго

5 регистра 4.1, соответственно во второй буферный регистр 4.1 и первый буферный регистр 5,1 (в случае блока 1,1 во второй буферный регистр 4.1 записывается новый входной отJO счет).

Базовая операция В выполняется в течение одного такта в вычислительном блоке 1.1 следующим образом. В исходный момент времени в

5 первом 9.1 и втором 10.(1-1) регистрах результата хранятся соответственно произведение co(K L-i+l)af и частичный результат Ь,-,, которые затем поступают на входы сумматора

20 9,1, формирующего их сумму, С приходом тактового импульса указанная сумма записывается во-второй регистр 10.1 результата.

Формирование отсчета выходной

последовательности с номеро м п(п 1,2P-K L+1) определяют выражением

у(п) co(D)X(n+D-l) + co(D-l)X(n+D-2) + 30 +w(D-2)X(n+D-3)+,,.+ы(1)Х(п),

где D K-L.

Поступление отсчетов входной последовательности, которые участвуют в формировании у(п) начинается в такj те с номером п, когда во второй буферный регистр 4.1 поступает отсчет Х(п). Затем в течение последующих D-1 тактов продолжается поступление отсчетов Х(п+1), Х(п+2)X(n+D-l),

40 причем каждый нОвый входной отсчет записывается в регистр 4,1, а ранее поступившие отсчеты сдвигаются в одну, позицию в регистре сдвига, который образуется буферными регистрами 4.1

45 и 5,1, Таким образом, в такте n+D отсчет X(n+D+l) поступает в первый буферный регистр 5.1, а отсчеты

X(n+D-2), X(n+D-3)X(n) запищутся в следующих позициях регистра

50 сдвига. Формирование результата у(и) начинается в такте п+D+l, в течение которого в блоке 1,1 выполняется, базовая операция А, в результате которой в первый регистр 8.1 результата

55 записывается произведение СО(D)X(n+ +0-1). Кроме этого, отсчет X(n+D-2) записывается в регистр 5,2, отсчет X(n+D-3) в регистр 4,3, отсчет Х(п+ +D-4) в регистр 5,3 и т,д.

Такт n+D+2. В блоке 1.1 выполняется базовая операция В, в результате которой во второй регистр 10.1 результата записывается сумма у(п)/ Р + СлЭ(В).Х(п+В-1) (на первый вход сумматора 9.1 всегда пoдaetcя код нуля), а в блоке 1.2 выполняется базовая операция А, в результате которой в первый регистр 8.2 результат записывается произведение со (D-1 )Х(п+ +D-2), Кроме этого, отсчет X(n+D-3) записывается в регистр 5.3, отсчет X(n+D+4) в регистр 4.4, отсчет Х(п+ +D-5) в регистр 5.4, и т.д.

Такт n+D+3. В блоке 1.2 выполняет ся базовая операция В, в результате которой во второй регистр 10.2 результата записывается сумма у(п) у(п), + CO(D-1X (n+D-2), а в блоке

1.3- базовая операция А, в результа те которой в первый регистр 8.3 результата записывается произведение CO(D-2)X(n+D-3). Кроме того, отсчет X(n+D-4) записывается в регистр 5.4, отсчет X(n+D-5) в регистр 4,5 и т.д.

Такт n+D-f4. В блоке 1.3 выполняется базовая операция В, в результате которой во второй регистр 10.3 результата записывается сумма у(п)з y(n)(D-2)X(n+D-3), а в блоке

1.4- базовая операция А, в результате которой в первый регистр 8.4 результата записывается произведение СО (D-3)X(n+D-4) . Кроме этого, отсчет X(n+D-5) записывается в ре- гистр 4.5, отсчет X(n+D-6) в регистр

5.5и т.д.

Такт n+2D. В блоке 1.7 (D-1) выполняется базовая операция В, в результате которой во второй регистр lO.(D-l) результата записывается сумма у(п)д., у(п).о. + Со(2)Х(п+1), а в блоке 1.D - базовая операция А, в результате которой произведение CO(l)X(h) записывается в первый ре- гистр 8.D результата.

Такт n+2D+1. В блоке 1.D выполняется базовая операция В, в результате которой во второй регистр 10.D результата записывается окончательное значение у(п), откуда поступает в основную память 2. При выполнении двумерной свертки устройство работае следующим образом. Во время этой операции в регистре 6.1 коэффициента, где , хранится коэффициент сО(К-К+1, 1). Одновременно с подачей сигнала Двумерная свертка, который

поступает на управляющий вход устройства, с выхода блока 2 регистров на вход второго буферного регистра 4 (L-1)K+1 посредством коммутатора 3.L (поскольку на его управляющий вход поступает сигнал Двумерная свертка со скоростью одного отсчета на такт начинают поступать отсчеты Х(п, т) входного массива, удовлетворяющие условию 1 :П :ЗК-1, . При зтом указанные отсчеты передаются по столбцам, т.е. в такте с номером R(n, m) (m-I) (ЗК-1 )-(-п на вход регистра 4.(L-1)K+1 поступает отсчет Х(п, т), который затем с приходом каждого тактового импульса сдвигается на одну позицию в регистре сдвига, образованный 2L К буферными регистрами 4(L-l)K+r. , 5.(L-1)K-H, 4.(L-l)K+2, 5.(L-l)K+2, 4.LK, 5.L.K, 4.(L-2)K+1, 5.(L-2)K+1, 4. (L-2)K-i-2, 5. (L-2)K+2,.. . ,4. (L-2)K-f

+K, 5.(L-2)K+K4.1,5.1, 4.2,

5.2,...,4.K, 5.K.

Формирование произвольного отсчета y(n, m) выходного массива определяют выражением

к У(п, т) 2Iu(K, l)X(n+K-l,m) +

1C

+ Zlw(K, 2)X(n+K-l, m+l) + ...+

к 1

+ ZIu(K, L)X(n+K-l, m+L-l)y (n,m)

+y(nm)+...+y (n, ra),

где , lsm M-L+1.

Формирование отсчета y( n,iii) начинается в такте с номером (n+ +К-1, m)+2(L-l)(2L+3m-4)-m+

+П+2, когда на вход первого буферного регистра 5.1 поступает входной отсчет Х(п+К-1, т),- который с приходом очередного тактового импульса записывается в указанньА регистр. В следующем такте с номером S +l в вычислительном блоке 1.1 выполняется базовая операция А, в результате ко- торой в первый регистр 8.1 результат записывается произведение са(К,1)Х(п +К-1, т).

Такт S+2. В вычислительном блоке 1.. 1 выполняется базовая операция В, в результате которой во второй регистр 10,1 результата записывается сумма у (п, т) + со(К, 1)Х(п+К- -1, т), а в вычислительном блоке 1.2 - базовая операция А, в результате которой в первый регистр 8.2

результата записывается произведение Ю(К-1, 1)Х(, т).

Такт S+3, В вычислительном блоке

1.2выполняется базовая операция В, в результате которой во второй регистр 10,2 результата записывается сумма у (п, ra)j у (п, т), со(К-1) , 1)Х(п+К-2, т), а в вычислительном блоке 1,3 - базовая операция А, в результате которой в первый регистр JO

8.3результата записывается.произведение СО (К-2, 1)Х(п+К-3|, т).

Такт S+K+1, В вычислительном блоке 1,К выполняется базовая операция В, в результате которой во второй 15 регистр 10,К результата записывается сумма у (п, т)уЧп, т) (п, т) к., + + со(1, l)X(n,m). В этом же такте в вычислительном блоке 1,К+1 выполняется базовая операция А, в результате которой в первый регистр 8,К-«-1 результата записывается произведение Ы (К, 2)Х(п+К-1, т+1).

Такт S+K+2, В вычислительном блоке 1.К+1 выполняется базовая операция В, в результате которой во второй регистр 10,К+1 результата записывается сумма (п, т), у (п, т)+й(К, 2) ч Х(п+К-1, т+), а в вычислительном блоке 1,К+2 - базовая операция А, в 30 результате которой в первый регистр 8.К+2 результата записывается произведение w(K-l, 2)Х(п+К-2, тп+1).

Такт S+K+3, В блоке 1.К+2 выполняется базовая операция В, в результате которой во второй регистр 10,К-«-2 результата записывается сумма у(п, т) у(п, m) + w(K-l , 2)X(m-bK-2s m+1), а в блоке 1.К+3 - базовая операция А,

гистр 8.(L-1)K результата записывается произведение со (К, L)X(, m+L-1).

Такт S+(L-l)K+2, В блоке 1,(L-1)« 5 выполняется базовая операция В, в результате которой во второй регистр 10,(L-1)K+1 результата записывается сумма y (m,n), у (п, т)- - + Ы(К, L)X(, m-t-L-1), а в блоке 1,(L-l)K+2 реализуется базовая операция А, в результате которой в первый регистр 8.(L-l)K+2 результата записывается произведение со (К-п, К) к Х(т+К-2), m+L-1),

Такт , В вычислительном блоке l.K L выполняется базовая операция В, в результате которой во второй регистр 10.K-L результата записывается окончательное значение у(п, т), откуда в следующем такте поступает на информационный вход блока 2 регистров. Таким же образом протекает работа устройства, при обработке 25 тех отсчетов входного массива X(n,m), которые удовлетворяют условию

2(h-l) fen 6(2h4-l)K-l,

где h. 2,3,..

Формула изобретения

20

35

Устройство для вычисления свертки, со держащее блок регистров, L коммутаторов и L групп вычислительных блоков по К блоков в каждой (K-L - длина последовательности коэффициентов), причем выход блока регистров подключен к первым информационным входам

в результате которой в первый регистр 40 рвого и L-ro коммутаторов, при этом 8,К+3 результата записывается произ- каждый вычислительный блок содержит

первый и второй регистры результата, сумматор, умножитель, первый и второй буферные регистры и регистр коэф- г. фициента, выход которого подключен к входу умножителя, выход которого подключен к информационному входу первого регистра результата, выход которого подключен к первому входу сумма50

.ведениеW(К-2,2)Х(п+К-3, т+1).

Такт S-S-2K+1, В блоке 1.2К реализуется базовая операция В, в результате

которой во второй регистр 10,2К результата записывается сумма у(п, у (п5 га), +у ( П, m)y(n, m); 1 + + со(1, 2)Х(п, т+1).

Такт S+(L-l)K+lt В вычислительном блоке 1,(L-1)K выполняется базовая операция В, в результате которой во второй регистр 10,(L-l)К оезультата

тора, выход которого подключен к информационному входу второго регистра результата, второй вход умножителя подключен к выходу первого буферного регистра, информационный вход

записывается сумма у (п, га)у (п, т)+ ,- которого подключен к выходу второго

+у(т, п) + , , ,+у п, т), В этом же такте в вычиапительном блоке 1,(L- -1)К+1 выполняется базовая операция А, в результате которой в первый ребуферного регистра, выходы первого буферного регистра и второго регистра результата К-го (, К-1) вы- числительного блока 1-й (1 1,L)

JO

15

190456

гистр 8.(L-1)K результата записывается произведение со (К, L)X(, m+L-1).

Такт S+(L-l)K+2, В блоке 1,(L-1)« 5 выполняется базовая операция В, в результате которой во второй регистр 10,(L-1)K+1 результата записывается сумма y (m,n), у (п, т)- - + Ы(К, L)X(, m-t-L-1), а в блоке 1,(L-l)K+2 реализуется базовая операция А, в результате которой в первый регистр 8.(L-l)K+2 результата записывается произведение со (К-п, К) к Х(т+К-2), m+L-1),

Такт , В вычислительном блоке l.K L выполняется базовая операция В, в результате которой во второй регистр 10.K-L результата записывается окончательное значение у(п, т), откуда в следующем такте поступает на информационный вход блока 2 регистров. Таким же образом протекает работа устройства, при обработке тех отсчетов входного массива X(n,m), которые удовлетворяют условию

2(h-l) fen 6(2h4-l)K-l,

где h. 2,3,..

Формула изобретения

тора, выход которого подключен к информационному входу второго регистра результата, второй вход умножителя подключен к выходу первого буферного регистра, информационный вход

которого подключен к выходу второго

буферного регистра, выходы первого буферного регистра и второго регистра результата К-го (, К-1) вы- числительного блока 1-й (1 1,L)

713

группы подключены соответственно к информационному входу второго буферного регистра и второму входу сумматора (К+1)-го вычислительного блока 1-й группы, выходы первого буферного регистра и второго регистра результата К-го вычислительного блока М-й (, L-1) группы подключены соответственно к первому информационному входу (М+1)-го коммутатора и второму входу сумматора, первого вычислительного блока (М+1)-й группы, выход второго регистра результата К-го вы- чуштельного блока L-й группы под58

ключей к информационному входу блока регистров, выход 1-го коммутатора подключен к информационному входу второго буферного регистра первого вычислительного блока 1-й группы, а управляющие входы всех коммутаторов соединены между собой и являются входом задания режима работы устройства, отличающееся тем,

что, с целью упрощения устройства, выход первого буферного регистра К-го вычислительного блока (т+1)-й группы подключен к второму информационному входу М-го коммутатора.

г2

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении специализированных вычислительных систем, функционирующих в реальном масштабе времени. Цель изобретения - упрощение устройства. Поставленная цель достигается за счет того, что в состав устройства входят К L вычислительных блоков 1.1 - 1.KL, блок регистров 2 и L коммутаторов 3.1-3.L, причем каждый вычислительный блок содержит два буферных регистра, регистр коэффициента, умножитель,, регистр результата и сумматор. Уменьшение объема оборудования обусловлено тем, что за счет рациональной организации вычислительного процесса в устройстве отпадает необходимость в применении L - 1 линий задержки длиной N - К ячеек каждая. 2 шт. а (Л со со о 4 СП

Составитель А, Баранов Редактор Н. Рогулич Техред И,Попович Корректор Т,

Заказ 2514/44 Тираж 672 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий П3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4