Оптоэлектронное вычислительное устройство для решения дифференциальных уравнений в частных производных

 

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам для решения дифференциальных уравнений в частных производных. Цель изобретения - повышение точности решения. Цель достигается тем, что устройство содержит блок 1 управления, первый и второй оптоэлектронные сеточные операционные блоки 2 и 3, мультиплексор 4, блок 5 постоянной памяти, первый и второй блоки 6 и 7 оперативной памяти, блок 8 контроля и аналого-цифровой преобразователь 9. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 46 34 37 9/24-24 (22) 05.11.88 (46) 07. 11. 90. Бюл. II - 41 (71) Томский политехнический институт им. С.M.ÊèðîBà (72) А.Ф.Лавренюк (53) 681,325 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР к= 460500, кл. G 06 G 9/00, 1975.

Авторское свидетельство СССР

Ф 287416, кл. G 01 J 1/00, 1971. (54) ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ

УСТРОЙСТВО ЛЛЯ РЕШЕНИЯ ЛИФФЕРЕНПИАЛЬHbIX УРАВНЕНИЙ В ЧАСТНЫХ ПРОИЗВОННЫХ

„„SU „„1605221 (51)5 С 06 Р 3/00

2 (57) Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам для решения дифференциальных уравнений в частных производных.

Цель изобретения - повышение точности решения. Цель достигается тем, что устройство содержит блок 1 управления, первый и второй оптоэлектронные сеточные операционные блоки 2 и 3, мультиплексор 4, блок 5 постоянной памяти, первый и второй блоки 6 и 7 оперативной памяти, блок 8 контроля и аналого-цифровой преобразователь 9.

3 ил.

1605221

Изобретение относится к гибридным вычислительным устройствам с опто1 электронными сеточными процессорами и предназначено для решения дифференциальных уравнений в частных производных.

Цель изобретения — повышение точности решения.

На фиг.1 приведена схема устройства; на фиг.2 — фрагмент оптоэлектронногб сеточного операционного блока, на фиг,3 — схема опгоэлектронного узла и узла памяти, Вычислительное устройство содержит 15 блок 1 управления, первый 2 и второй

3 оптоэлектронные сеточные операционные блоки, мультиплексор 4, блок 5 постоянной памяти, первый 6 и второй

7 блоки опера гивной памяти, блок 8 20 контроля и аналого-цифровой преобразователь 9.

1(аждый оптоэлектронный сеточный операционный блок содержит оптоэлектронные узлы 10, которые в соответ- 25 ствии с топологией решаемой задачи соединяются посредством оптоэлектронных ключей между собой в моделируюп,óþ среду переменной структуры и узлы

11 памяти, соединение между собой оп-- 30 тоэлектронных узлов и задание параметров их элементов осуществляется

I оптическими сигналами от узЛов па-мяти.

Оптоэлектронньп« узел 10 содержит многополюсник из оптокодоуправляемых резисторов для конечно-разностной реализации моделируемых уравнений и включенный в параллель с ним многополюсник таких же резисторов для реа- 40 лизации условий нелинейностей, опто электронные ключи для задания структуры модели-сетки, Узел 10 может моделировать поведение функции в нескольких узловык точках и поэтому может состоять из комбинации трех, четырех, шести и более многополюсников оптокодоуправляемых резисторов. .. Узел 11 памяти содержит матрицу элементов памяти, которые выполнены на

« триггерах с источниками излучения, включенными в плечи триггера.

Устройство предназначено для решения дифференциальных уравнений в частных производных вида з Э 3 — — (> — - -(f = -f

„, а.„э.„ ц), (1) . f E х „

I где g — модепируемая функция, (t« — коэффициенты, описывающие свойства моделируемой среды, х — Iipостранственная коорпината (1с — индекс размерности), f — функция источника.

Уравнения (i) приводятся к следующему конечно-разностному виду, записанному для, 3 узловой точки дискретного моделируемого пространства ! а, (>1+, +Ь; Q, ° +с; (.. +

+«1 (п., -p И ° = - " (2) !

)т«4-! IJ т 1) 1) 9 Ф1

М. а" Ь

% 1) ъ (1х, ) 2 (х1, ) 2

1 )-1 с, Д (h ) " (h4 (3) р = а; +Ь ° +с +d,« (I) = g" +а. и,.;

«J «) 11 -«) б где Ц; — коэффициент, описывающий

Ц1) начальные свойства моделируемой среды, 1 ) характеристика изменения свойств моцелируемой среды с изменением значений моделируемой функции.

Распределение моделирующих потенциалов в оптоэлектронном узле 10, моделирующем узловую точку дискретного пространства, описывается следующим уравнением

+g Ч; --г, V = -g U

Ч 1 1 3 1 О т (4)

«" d 1 где g. -g — проводимость межузловых

«1 «) оптокодоуправляемых резисторов, g, — проводимость узловых

11 оптокодоуправляемых резисторов", U0 — величина опорного потенциала.

Приводя уравнения (2) и (4) к безразмерному вицу и используя масштабные коэффициенты связи моделируемых переменных m«p = I >/V, имеем слецующие соотношения дпя задания параметров элементов оптоэлектронного сеточного операционного блока

Й

f h (5)

U, (1>„ш

05221

10!

20

16 где помеченные звездочкой парамет- ры — опорные величины, задаваемые произвольно.

Величина проводимости оптокодоуправляемого резистора для блока 3 задается следующим образом ч. 2 ьц л л щл, < >

= „.. ), =, -,, Ч;„

Исходные данные в виде значений коэффициентов, количества и размеров моделируемых зон, характеристик нелинейностей, начальных и граничных условий записываются в блок 6 оперативной памяти, затем в соответствии с заданными условиями решаемоч задачи, конфигурацией узлов 10 и 11 производится расчет необходимого числа узлов 10 и числа оптокодоуправляемых элементов в них, в соответствии с этими полученными данными и топологией соединения узлов 10 производится распределение оперативной памяти блока 7, каждая ячейка которого соответствует конкретному функциональному элементу блока 2. Для задания рабочих параметров элементов блока 2 из бл ка б оперативной памяти считываются исходные данные и по соотношениям (5) и (6) производится расчет рабочих данных, которые записываются в отводимые для этих данных ячейки блока 7 оперативной памяти. Записанные в блок 7 рабочие данные хранятся и обновляются в процессе решения задачи, и высвечиваемое посредством источников излучения, включенных в элементы памяти этих ячеек, поле оптических кодовых сигналов производит оптическое управление параметрами элементов блока 2, Такое управление осуществляется через поразрядное изменение проводимости оптокодоуправляемых элементов и селективное оптическое включение оптоэлектронных ключей узлов 10.

При решении дифференциальных уравнений в частных производных с постоянными коэффициентами решение пслучается сразу же после записи в блок 7 рабочих данных для структуры и свойств моделируемой среды. Результаты решения считываются оптическим сканированием узловых точек узлов 10 путем записи в соответствующие ячейки блока 7 памяти номеров сканируемых узловых точек, высвечиваемый при этом оптический сигнал открывает соответствующий оптоэлектронный ключ узла 10 и подключает к входу AUII 9 измеряемую узловую точку, преобразованная в цифровую форму величина измеряемого моделирующего потенциала записывается в отведенный для полученных результатов решения массив блока 6 памяти.

При решении нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных кроме описанных процедур для линейных задач записывается в блок 6 памяти массив начальных данных, а в блок 7 памяти — массив этих же данных, но умноженный на соответствующие характеристики нелинейностей. Высвечиваемое поле оптических сигналов из блока 7 приводит к установлению стартового распределения моцелирующих потенциалов в блоке 2. Процесс решения нелинейных задач заключается в измерении получаемых решений в каждом из узлов 10 и перезаписи полученных измеренных данных с учетом характеристик нелинейности в соответствующую ячейку блока 7 памяти, при этом высвечивание нового оптического кодового сигнала из этой ячейки приводит к соответствующему изменению параметров элементов блока 3, что в свою очередь скажется на величине узлового и окрестных моделирующих лов тенциалов. Дальнейшая процедура задания параметров элементов узла 10 будет определяться выбранной схемой

35 итераций, которая может быть построена как локальная, позонная и пошаговая коррекция. Две последние схемы итераций требуют организации двух

40 массивов данных: массива оперативных данных, заполняемого в процессе поузловой итерации на каждом шаге решения и записываемого в блок 7, и массива стартовых данных, записываемого

45 в блок 6 и обновляемого в конце каждого шага решения. В конце шага решения оба массива сравниваются, и в соответствии с выбранной схемой итераций задаются условия решения на

50 следующем шаге.

Решение нелинейных задач может осуществляться с большим быстродействием и без итераций. Если кажцая линия сопряжения соответствующих узлов 10 и 11 будет содержать свой аналого-цифровой преобразователь, тогда производится одновременно измерение моделирующих потенциалов в узловых точках каждого узла 10, запись в

1605221 блок 7 памяти, и одновременное высвечивание управляющих оптических сигналов изменяет соответствующим образом параметры элементов каждого узла 10 ° !

Формула и з обретения

Оптоэлектронное вычислительное устройство для решения дифференциальных уравнений в частных производных, содержащее первый оптоэлектронныч сеточный операпионный блок, блок управления, блок постоянной памяти, первый блок оперативной памяти, мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь и блок контроля, при этом первый оптоэлектронный сеточный операционный блок содержит оптоэлектронные узлы, резисторные элементы которых соединены между собой в соответствии с топологией решаемой задачи и образуют моделирующую среду переменной структуры с узловыми элементами задания значений узловых функций ис- 25 точников и стоков, вхоцы управления проводимостью элементов первого оптоэлектронного сеточного операционного блока оптически связаны с соответствующими оптическими выхоцами блока управления, входы мультиплексора подключены соответственно к узловым точкам первого оптоэлектронного операционного блока, а выход соепинен с входом аналого-цифрового преобразователя, о т л и ч а ю щ е е с я 35 тем, что, с целью повышения точности решения, оно содержит второй оптоэлектронный сеточный операционный блок и второй блок оперативной памяти, который выполнен на триггерах, кажцый из которых содержит два источника излучения, каждый источник излучения включен в соответствующее плечо триггера, оптоэлектронные узлы первого и второго оптоэлектронных сеточных операционных блоков выполнены в виде оптоэлектронных ключей, электрически соединенных с набором калиброванных резисторов и оптически связанных с источниками излучения, образуя при этом оптокодоуправляемые резисторы, на которых выполняется структура модели-сетки, элементы задания структуры и элементы мультиплексора выполнены в виде оптически связанных источников излучения, содержащихся в элементах памяти, и соответствующих им оптоэлектронных ключей этих элементов памяти, оптоэлектронные узлы первого и второго оптоэлектронных сеточных операционных блоков соединены между собой через оптоэлектронные ключи элементов задания структуры модели-сетки, входы-выходы блока управления, блока постоянной памяти, первого и второго блоков оперативной памяти с . включенными в элементы памяти источниками излучения, выход аналого-цифрового преобразователя и вход-выхоц блока контроля соединены межцу собой через общую магистраль.

1605221

Составитель В.Смирнов

Редактор В.Панко Техред Л.Сердюкова Корректор:Э.Лончакова

Заказ .2453 - Тираж 571 Подписное

ВОРЧИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина,,Oi