Формальный нейрон

 

ФОРМАЛЬНЫЙ НЕЙРОН, содержащий блок задания весовых коэффициентов , два сумматора и пороговый элемент, выход которого является выходом формального нейрона, отличающий Си тем, что, с целью повышения точности и упрощения процесса перестройки весовыхкоэффициентов , блок задания весовых коэффициентов состоит из источника плоскополяризованного света, непрозрачной маски с отверстиями, оптического фильтра плоскости поляризации света и магнитной пленки-носителя цилиндрических магнитных доменов с расположенными на ней идентичными участками, каждый из которых состоит из генератора цилиндрических магнитных доменов, магнитно связанного со сдвиговым регистром весовых коэффициентов, выполненного в виде цепочки примыкающих друг.к другу неимплантированных дисков, двух токовых шин управления, расположенных симметрично с разных сторон сдвигового регистрами линейки ячеек считывания , выполненной в виде изолированных неимплантированных дисков, расположенных симметрично неимплантированным дискам сдвигового регистра весовых коэффициентов относительно одной из токовой шины управления и магнитно связанных с ними, источник плоскополяризованного света .оптичес§ ки связан через непрозрачную маску с отверстиями с одной поверхностью изолированных неимплантированных дисков всех ячеек считывания, другая поверхность которых через оптический фильтр плоскости поляризации света оптически соединена с сумматорами, выполненными в виде пленочных фотоприемников и расположенных под соотСО со ветствующими участками магнитной пленкиносителе, подключенных к соответ00 ствующим входам порогового элеNU мента.

СОЮЗ С08ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU „„ I 01 3984

3с в 6 06 С 7/60

»

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3362228/18-24 .(22) 07. 12. 81 (46) 23.04.83. Бюл. М 1 5 (72) 8 .Г. Редько и И,A,ßíóøåâñêèé (53) 681.333(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 204729, кл. G 06 G 7/60, 1966.

2. Авторское свидетельство СССР и 64?699» кл. G 06 G 7/60, 1976 (прототип), (54) (57) ФОРМАЛЬНЫЙ НЕЙРОН, содержащий блок задания весовых коэффициентов, два сумматора и пороговый элемент, выход которого является выходом формального нейрона, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения процесса перестройки весовых. коэффициентов, блок задания весовых коэффициентов состоит из источника плоскополяризованного света, непрозрачной маски с отверстиями, оптического фильтра плоскости поляризации света и магнитной пленки-носиЮ теля цилиндрических магнитных доменов с расположенными на ней идентичными участками, каждый из которых состоит из генератора цилиндрических магнитных доменов, магнитно связанного со сдвиговым регистром весовых коэффициентов, выполненного в виде цепочки примыкающих друг,к другу неимплантированных дисков, двух токовых шин управления, расположенных симметрично с разных сторон сдвигового регистра,и линейки ячеек считывания, выполненной в виде изолированных неимплантированных дисков, расположенных симметрично неимнлантированным дискам сдвигового регистра весовых коэффициентов относительно одной из токовой шины управления и магнитно связанных с ними, источник плоскополяризованного света,оптически связан через непрозрачную маску с отверстиями с одной поверхностью изолированных неимплантированных дисков всех ячеек считывания, другая поверхность которых через оптический фильтр плоскости поляризации света оптически соединена с сумматорами, выполненными в виде пленочных фотоприемников и расположенных под соответствующими участками магнитной плен ки-носителв, подключенных к соответствующим входам порогового элемента.

10.1 3984

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах pac" познавания образов, а также при моделировании нейронов и нейронных се- . тей, Известен формальный нейрон, содержащий блок весовых коэффициен тов, сумматор и пороговый элемент f1 .1.

Блок весовых коэффициентов содер.жит источник плоскополяризованного света, непрозрачную масЙу с отверстиями, магнитную пленку-носитель цилиндрических магнитных доменов с

15 расположенными на ней идентичными входными каналами и анализатор плоскости поляризации света, причем магнитная пленка и маска расположены между источником света и анализатором, а каждый яз упомянутых входных

20 каналов содержит сдвиговый регистр с подключенным к нему генератором цилиндрических магнитных доменов (ЦМД) 1 расположенную параллельно сдвиговому

25 регистру линейку ячеек считывания, представляющих собой области с повышенной коэрцитивностью, и две токовые шины управления, расположенные симметрично с разных сторон сдвигового регистра, а каждая ячейка распо« ложена рядом с соответствующим этой ячейке разрядом сдвигового регистра и на одной оптической оси с соответствующим ей отверстием, Недостатками известного решения 35 являются малое число входов и трудность перестройки весовых коэффициентов.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устрой- 40 ство для моделирования нейрона, содержащее блок задания весовых коэффициентов, два сумматора и пороговый элемент, выход которого является выходом устройства (2 ). 45

Недостатком устройства является низкая точность из-за ограниченного числа видов, Цель изобретения - повышение точности и упрощение процесса перестрой-50 ки весовых коэффициентов.

Поставленная цель достигается тем, что в формальном нейроне, содержащем блок задания весовых коэффициентов, два сумматора и пороговый элемент, выход которого является выходом формального нейрона, блок задания весовых коэффициентов состоит из источника плоскополяризованного света, непрозрачной маски с отверстиями, оптического фильтра плоскости поляризации света и магнитной пленки-носителя цилиндрических магнитных доменов с расположенными на ней идентичными участками, каждый из которых состаит из генератора цилиндрических магнитных доменов, магнитно связанного со сдвиговым регистром весовых коэффициентов, выполненного в виде цепочки примыкающих друг к другу неимплантированных дисков, двух токовых шин управления, расположенных симметрично с разных сторон сдвигового регистра, и линейки ячеек считывания, выполненной в виде изолированных неимплантированных дисков, расположенных симметрично неимплантированным дискам сдвигового регистра весовых коэффициентов относительно одной из токовой шины управления и магйитно связанных с ними, источник плоскополяризованного света оптически связан через непрозрачную маску с отверсти" ями с одной поверхностью изолирован" ных неимплантированных дисков всех ячеек считывания, другая поверхность которых через оптический фильтр плос" кости поляризации света оптически соединена с сумматорами, выполненными в виде пленочных фотоприемников и расположенных под соответствующими участками магнитной пленки-носителя, подключенных к соответствующим входам порогового элемента.

Диаметр изолированных неимплантированных дисков ячеек считывания ра-. вен диаметру ЦМП, а ячейки считывания расположены в области с повышен ной коэрцитивностью.

На чертеже показана конструкция устройства, Формальный нейрон (ФН) состоит из магнитной пленки-носителя 1 с формированными на ней параллельными друг другу идентичными каналами (участками) 2. Каждый канал 2, соответству". ющий одному входу ФН, содержит сдвиговый регистр 3 весовых коэффициентов, подключенный к своему генератору ЦМД 4, линейку 5 ячеек считыва-. ния и две токовые шины 6 и 7 управления. Каждый элемент 8 регистра 3 раеположен рядом с одной ячейкой 9 линейки 5 ячеек считывания, Токовая шина 6 расположена между регистром 3 и линейкой 5, причем токовые шины 6 и 7 расположены симметрично с разных сторон относительно регистра 3. Чис3984 4 ковую шину 6-подается импульс тока положительной полярности, в резуль-. тате чего все ЦИД из регистра 3 весовых коэффициентов переводятся в з линейку 5.

На второй фазе этапа логической обработки включается источник 10 плоскополяоизованного света и форми" руется сигнал на фотоприемниках

40 14 и 14, причем в силу того, что

1 логическая обработка входных сигналов всеми каналами осуществляется па оаллельно, то на выходе фотоприемни,ка 14„ формируется сигнал, пропорциои нальнйй суммарном" световому потоку от всех каналов первой группы, а на выходе фотоприемника 14у формируется сигнал, пропорциональный суммарному световому потоку от всех каналов

20 второй группы, причем коэффициент пропорциональности для обоих фотоприемников одинаковый. Плоскость. пропускания фильтра 13 ориентирована так, что свет не проходит, если на его

О пути в линейке 5 ЦИД отсутствуют.

Таким образом, сигнал на выходе порогового элемента определяется формулой

3S ао

4$

3 101 ло элементов 8 в регистре 3 и число ячеек 9 в линейке 5 ра но положительному целому числу rn,,Над пленкой 1 расположен источник 10 плоскополяри" зованного света, создающий равномерный световой поток. Вся- поверхность пленки 1, за исключением ячеек 9 всех входных каналов, закрыта непрозрачной маской 11 с отверстиями 12. Под

;пленкой 1 расположен пленочный оптический фильтр 13 плоскости поляризации проходящего света, под которым расположены пленочные фотоприемники

141сумматора, если участок 2 относится к первой группе, т.е. работает с положительными весовыми коэффициентами, и пленочный фотоприемник 14 сумматора, если участок 2 относится к второй группе входных каналов. Выход фотоприемника 14„ подсоединен кпервому входу, а фотоприемника 142к второму входу порогового элемента15. Выход 16 порогового элемента 15 является общим выходом ФН, а элементы 10, 11, 1 и 13 составляют блок 17 задания весовых коэффицие нтов.

Устройство работает следующим образом, Имеется подготовительный этап, во время которого осуществляется заполнение регистра 3. Для заполнения регистра 3 весовых коэффициентов данного канала на вход гене" ратора ЦИД.4, управляющего процессом заполнения регистра 3 весовых коэффициентов, подается п-разрядная бийарная последовательность, суммарное число единиц которой равно модулю весового коэффициента ш.1, где

1 - Йомер данного канала, После заполнения регистра 3 весовых коэффициентов число ЦИД в нем равно числу единиц бинарной последовательности, поданной на генератор ЦМД 4, На этом подготовительный этап заканчивается, Затем следует этап логической обработки совокупности п бинарных входных сигналов Х., Х2...,,Х„, где

n n++n, и+ и и - число каналов первой и второй группы соответственно.

Если входной сигнал данного канала равен нулю, токовая шина 6 не воз-буждается и, следовательно, исходное состояние линейки 5 ячеек считывания, при котором ЦИД в ней отсутствуют, не изменяется, Если же- входной сигнал равен единице, то на. первой фазе логической обработки на то3= 5+A(X.1Ш;)-) Х )90,ô

На третьей фазе этапа логической обработки подается импульс тока отрицательной полярности на все токовые шины 6, в результате чего все

ЦИД из линеек 5 ячеек считывания возвращаются на свои прежние места в регистрах 3 весовых коэффициентов, После этого устройство готово к обработке нового набора входных сигналов. При необходимости изменения весовых коэффициентов подается стирающий импульс тока на токовые шины 6 и

7 одновременно, что приводит к уничтожению ЦИД в регистре 3 весовых коэффициентов. После этого осуществляется заполнение регистра 3 весо вых коэффициентов новым значением весового коэффициента описанным cno"

t:oáoì.

Положительный эФФект устройства saключается в том, что за счет использования в устройстве магнитно-оптической развязки входных цепей можно создавать ФН, имеющие до 1000 входов.

Применение многовходовых нейроподоб- ных элементов позволяет значительно расширить Функциональные возможности

1013984

Составитель A.Яицков

Редактор А,Шишкина Техред Ж.Кастелевич Корректор Г Решетник

«С

Заказ 3019/59 Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 устройств обработки информации, в которых применяются предлагаемые формальные нейроны в качестве основных структурных элементов. f

Другим достоинством предлагаемого

ФН является упрощение процесса перестройки весовых коэффициентов, достигаемое благодаря использованию в уст- te ройстве специальных регистров весовых коэффициентов. Процесс перестройки осуществляется автоматически за время порядка 10 с.

Положительный эффект предлагаемо" го ФН заключается также в увеличении количества типов нейронов и нейронных сетей, которые могут быть физически промоделированы с помощью ФН, а также в повышении точности моделирования, Максимальное количество ФН в физической модели нейронной структуры определяется максимальным количеством входов используемого ФН, таким образом, из предлагаемых нейронов можно строить сеть, содержащую 1000

ФН при точности установки весового коэффициента каждого входа 1000 градаций.