Цифровая интегрирующая машина

Цифровая интегрирующая машина

Реферат

 

ЦИФРОВАЯ ИНТЕГРИРУЮЩАЯ МАШИНА, содержащая n решающих блоков, каждый из которых содержит узел переменной и сумматор, первый вход которого соединен с выходом узла вычисления приращения интеграла, отличающаяся тем, что, с целью упрощения машины, в каждый из решающих блоков введено по два элемента И, причем первые входы первых элементов И всех n решающих блоков соединены с входом начальных условий, второй вход первого элемента И каждого i-го решающего блока, кроме первого, подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого подключен к соответствующей шине начальных условий, и к выходу сумматора (i - 1)-го решающего блока, а второй вход первого элемента И первого решающего блока соединен с шиной постоянных коэффициентов, выход первого элемента И i-го решающего блока подключен к второму входу сумматора этого блока, а выход второго элемента И каждого блока подключен к входу узла переменной этого же блока.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено для целей моделирования и управления. Известна цифровая интегрирующая машина, в которой с целью исключения дублирования оборудования, и, соответственно, сокращения его затрат для формирования приращения переменной путем суммирования нескольких приращений интегралов используется в пределах структуры всегда только один многовходовой сумматор приращений, для хранения ординаты и приращений этой переменной используется также только одна группа регистров, для экстраполяции используются те же приращения, которые хранятся в регистрах переменной. Из известных цифровых интегрирующих машин наиболее близкой по технической сущности является машина, содержащая n решающих блоков, каждый из которых содержит узел переменной и сумматор, первый вход которого соединен с выходом узла вычисления приращения интеграла. Однако в упомянутой машине неоднородна структура (два типа решающих блоков), сложен многовходовый сумматор, имеется зависимость максимального количества складываемых приращений интегралов от структуры блока переменной и большое количество межблочных соединений, приводящее к усложнению коммутации. Целью настоящего изобретения является упрощение машины. Для этого в цифровой интегрирующей машине в каждый из решающих блоков введено по два элемента И, причем первые входы первых элементов и всех n решающих блоков соединены с входом начальных условий, второй вход первого элемента И и каждого i-го решающего блока, кроме первого, подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого подключен к соответствующей шине начальных условий, и к выходу сумматора (i-1) решающего блока, а второй вход первого элемента И первого решающего блока соединен с шиной постоянных коэффициентов, выход первого элемента И i-го решающего блока подключен к второму входу сумматора этого блока, а выход второго элемента И каждого блока подключен к входу узла переменной этого же блока. На чертеже представлена структурная электрическая схема цифровой интегрирующей машины. Цифровая интегрирующая машина содержит решающие блоки 1, 2, 3, 4, каждый из которых включает в себя узел вычисления приращения интеграла 5, сумматор (приращений интегралов) 6, элементы И 7 и 8, узел переменной 9, входы переменной интегрирования 10 и подынтегральной функции 11, выходы ординаты и приращений переменной, используемых в качестве подынтегральной функции 12, 13 и в качестве переменной интегрирования 14, 15. В узле переменной 9 осуществляется формирование нового значения ординаты переменной и ее экстраполированного приращения, квантование приращения, хранение этой ординаты и ее приращений. В каждом цикле интегрирования на выход 14 решающего блока 2 поступают из узла 9 приращения переменной, которые по программе коммутации проходят на вход 10 переменной интегрирования решающего блока 3, а также по выходу 15 на входы переменной интегрирования других решающих блоков. На выход 12 из узла 9 поступают средняя ордината переменной, формируемая в узле 9 в момент выдачи, ее приращения, которые также по программе коммутации проходят на вход 11 подынтегральной функции решающего блока 4, а также по входу 13 на входы подынтегральной функции других решающих блоков. При использовании, например, формулы трапеций, на выход 14 поступает одно приращение переменной, а на 12 средняя ордината. В узле вычисления приращения интеграла выполняется вычисление приращения интеграла в соответствии с формулой численного интегрирования по Стилтьесу. Приращение интеграла с выхода узла 5 блока 1 поступает на первый вход сумматора (приращений) 6. В предлагаемой цифровой интегрирующей машине для упрощения многовходового сумматора путем уменьшения количества входов до двух, с одной стороны, и обеспечения возможности одновременного суммирования достаточно большого количества приращений интегралов, с другой, применяется принцип близкодействия решающих блоков, вытекающий их собственно записи системы уравнений Шеннона. Эта система может быть представлена в виде: где L количество переменных, используемых для решения системы, соответствующее количеству уравнений системы, A_rpg постоянные коэффициенты, равные 1 или 0. Суть этого принципа заключается в том, что суммируемые согласно записи в правой части каждого из уравнения системы приращения интегралов вычисляются в решающих блоках структуры, расположенных рядом в последовательной цепочке блоков. Выход каждого двухвходового сумматора (приращений) 6 связан не только с узлом переменной 9 данного блока 1 (через коммутируемый по программному признаку F элемент И 8), но и через элемент И 7 по программному признаку С с вторым входом сумматора 6 следующего решающего блока 2. Приращение переменной, соответствующее левой части одного из уравнений системы Шеннона, формируется в том решающем блоке, на сумматоре которого оказываются сложенными все приращения интегралов, входящие в правую часть этого же уравнения. Благодаря использованию такого принципа задействования решающих блоков и их соединения в предлагаемой машине максимальное количество одновременно суммируемых приращений интегралов не зависит от структуры блока и ограничивается частотными характеристиками используемых элементов. В связи с уменьшением количества входов решающего блока за счет сокращения входов многовходового сумматора существенно уменьшается количество межблочных соединений. В случае, если на выходе сумматора данного решающего блока получается еще не полная сума приращений, то узел переменной 9 этого блока может быть использован для хранения и выдачи постоянных величин, используемых в вычислениях. Поступление информации из сумматора в этот узел прерывается элементом И 8 по программному признаку F. Если неполная сумма приращений одновременно соответствует приращению одной из переменных системы Шеннона, то узел переменной 9 этого блока работает в обычном режиме и информация с выхода сумматора проходит через элемент И 8. В качестве некоторого недостатка предложенной цифровой интегрирующей машины можно отметить то, то в случае вычисления одинаковых приращений интегралов в разных уравнениях системы Шеннона необходимы отдельные решающие блоки. Однако в задачах моделирования в реальном масштабе времени и управления, как правило, процент одинаковых интегралов невысок (не превышает 15% ), поэтому проявление этого недостатка можно считать не столь существенным. Использование новых соединений в предлагаемой цифровой интегрирующей машине выгодно отличает ее от указанного прототипа, так как обеспечивается однородность структуры, упрощается многовходовой сумматор при одновременном обеспечении возможности суммирования приращений интегралов по количеству независимо от структуры решающего блока и уменьшается количество коммутируемых межблочных соединений.

Формула изобретения

ЦИФРОВАЯ ИНТЕГРИРУЮЩАЯ МАШИНА, содержащая n решающих блоков, каждый из которых содержит узел переменной и сумматор, первый вход которого соединен с выходом узла вычисления приращения интеграла, отличающаяся тем, что, с целью упрощения машины, в каждый из решающих блоков введено по два элемента И, причем первые входы первых элементов И всех n решающих блоков соединены с входом начальных условий, второй вход первого элемента И каждого i-го решающего блока, кроме первого, подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого подключен к соответствующей шине начальных условий, и к выходу сумматора (i - 1)-го решающего блока, а второй вход первого элемента И первого решающего блока соединен с шиной постоянных коэффициентов, выход первого элемента И i-го решающего блока подключен к второму входу сумматора этого блока, а выход второго элемента И каждого блока подключен к входу узла переменной этого же блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000