Вероятностный двоичный элемент

 

ВЕРОЯТНОСТНЫЙ ДВОИЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ , содержащий первый генератор пуассоновского потока импульсов, первьй и второй элементы И, счетчик, регистр кода, отличающийся тем, что, с целью повыщения быстродействия , он содержит второй генератор пуассоновского потока импульсов, элемент НЕ, блок выравнивания интенсивностей потоков импульсов, стробированный дешифратор, группу элементов И и элемент ИЛИ, при этом выходы первого и-второго генераторов пуассоновских потоков импульсов соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами блока вьфавнивания интенсивностей потоков импульсов , первый и второй выходы которого соединены соответственно со счетным входом и входом Сброс счетчика, выходы разрядов счетчика соединены с соответствующими разрядным11 входами стробированного дешифратора, уп-равляющий вход которого через элемент НЕ соединен со вторыми входами первого и второго элементов И и является входом Опрос вероятностного двоичного элемента, выходы дешифратора соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих разрядов регистра кода, а выходы элементов И группы соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого является выходом вероятностного двоичного элемента. Од 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(5р G 06 Г 7/58

ВСРич. q

И... „,,1З

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ММВБNNa р

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3593476/18-24 (22) 11.03.83 (46) 30.09.84. Вюл. и 36 (72) А.С.Анишин и С .А.Есельсон (53) 681,325(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф .304569, кл. G 06 F 7/58, 1969

2. Авторское свидетельство СССР

Р 450153, кл. G 06 F 7/58, 1972.

3. Авторское. свидетельство СССР

Ф 209046, кл. G 06 F 7/58, 1965.

4. Авторское свидетельство СССР

Р 1049905, кл. С 06 F 7/58, 1982. (54) (57) ВЕРОЯТНОСТНЫЙ ДВОИЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, содержащий первый генератор пуассоновского потока импульсов, первый и второй элементы И, счетчик, регистр кода, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, он содержит второй генератор пуассоновского потока импульсов, элемент НЕ, блок выравнивания интенсивностей потоков импульсов, стробированный дешифратор, группу элементов

И и элемент ИЛИ, при этом выходы

„„SU„„11 430 А первого и: второго генераторов пуассоновских потоков импульсов соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами блока выравнивания интенсивностей потоков импульсов, первый и второй выходы которого соединены соответственно со счетным входом и входом "Сброс" счетчика, выходы разрядов счетчика соединены с соответствующими разрядными входами стробированного дешифратора, уп-. равляющий вход которого через элемент

НЕ соединен со вторыми входами первого и второго элементов И и является входом "Опрос" .вероятностного двоич- 9 ного элемента, выходы дешифратора соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих разрядов регистра кода, Ф а выходы элементов И группы соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого является выходом вероятностного двоичного элемента.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь- зовано для построения вычислительных устройств с вероятностным представлением информации, для моделирова1ния случайных процессов и событий по заданной с помощью двоичного кода вероятности их наступления.

Известен вероятностный вентиль, выполняющий функцию вероятностного 10 двоичного элемента и содержащий два идентичных генератора с регулируемой средней частотой следования случайных импульсов, двоичный триггер и клапан (1 ).

Этот вероятностный вентиль не позволяет управлять вероятностью появления событий с помощью цифрового двоичного кода.

Известен также преобразователь код-щ вероятность, обеспечивающий формирование случайных событий, вероятность появления которых задана с помощью цифрового двоичного кода. Он содержит генератор псевдослучайных чисел, ре- 25 гистр преобразуемого числа, блок сравнения двоичных кодов, m †разрядный двоичный счетчик и m сумматоров по модулю два P2).

Однако этот преобразователь требу-З0 ет большого объема оборудования и является детерминированной логической схемой, работа которой характеризуется периодом конечной длины.

Применение в таком преобразователе физического датчика случайных чисел связано с дополнительным увеличением аппаратурных затрат.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к 40 данному изобретению является вероятностный двоичный элемент, содержащий генератор случайных импульсов, схему совпадения, управляемую кодом, характеризующим заданную вероятность, 45 выходной триггер и счетчик-делитель, вход которого подключен к выходу генератора случайных импульсов, выход— к единичному входу триггера, а промежуточные выходы делителя соединены 50 со схемой совпадения кодов, выход которой подключен к нулевому входу триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены с первыми входами соответственно первого и второго 55 элементов И, вторые входы которых объединены и образуют вход "Опрос устройства f3 ).

1116430 2

Известный вероятностный двоичный элемент характеризуется высокой точностью реализации случайных событий, так как скважность двоичного сигнала выходного триггера не зависит от интенсивности генератора случайных импульсов и определяется только значением управляющего кода.

Существенный недостаток известного вероятностного двоичного элемента малое быстродействие при формировании потока независимых случайных событий. Это обусловлено тем, что на выходах счетчика-делителя и схемы совт адения образуются потоки импульсов типа эрланга высоких порядков, которые с помощью триггера формируют двоичный сигнал с большим последействием.

По характеру такои двоичный сигнал близок к периодическому сигналу, что и определяет большой период опроса при формировании потока независимых событий.

Цель изобретения — повышение быстродействия.

Для достижения поставленной цели в вероятностный двоичный элемент, содержащий первый генератор пуассоновского потока импульсов, первый и второй элементы И, счетчик, регистр кода, введены второй генератор пуассоновского потока импульсов, элемент

НЕ, блок выравнивания интенсивностей потоков импульсов, стробированный де-. шифратор, группа элементов И и элемент ИЛИ, при этом выходы первого и второго генераторов пуассоновских потоков импульсов соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами блока выравнивания ин! тенсивностей потоков импульсов, первый и второй выходы которого соединены соответственно со счетным входом и входом "Сброс" счетчика, выходы разрядов счетчика соединены с соответствующими разрядными входами стробированного дешифратора, управляющий вход которого через элемент НЕ соединен со вторыми входами первого и второго элементов И и является входом "Опрос" вероятностного двоичного элемента, выходы дешифратора соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих разрядов регистра кода, а выходы элементов И группы соедине1116430 ны с входами элемента ИЛИ, выход которого является выходом вероятностного двоичного элемента.

В предложенном устройстве используются вероятностные свойства марковского процесса смены состояний счетчика, находящегося под воздействием двух независимых .пуассоновских потоков импульсов с равной интенсивностью. Суть этих свойств состоит в 10 том, что безусловные вероятности пребывания (в произвольные моменты времени) счетчика в различных состояниях распределены по закону геометрической прогрессии. 15

Это обеспечивает возможность моделировать элементарные случайные -события (появления импульсов опроса на выходе устройства) по заданной с помощью двоичного кода вероятности их наступления.

Повышение быстродействия при формировании независимых случайных событий достигается за счет использования вероятностной дискретной системы (счетчика), характеризующейся высокой интенсивностью смены состояний и отсутствием последействия. При этом независимости вероятностей от интенсивностей случайных потоков импульсов обеспечивает высокую точность работы двоичного элемента.

На фиг; 1 приведена структурная схема вероятностного двоичного элемента; на фиг. 2 — граф состояний счетчика импульсов.

Вероятностный двоичный элемент содержит первый 1 и второй 2 генераторы пуассоновского потока импульсов, первый 3 и второй 4 элементы И, эле- 40 мент НЕ 5, блок 6 выравнивания интенсивностей потоков импульсов, счетчик

7, стробированный дешифратор 8, группу 9 элементов И, элемент ИЛИ 10, регистр 11 кода. 45

Первый 1 и второй 2 генераторы вырабатывают пуассоновские потоки импульсов с интенсивностями в общем случае отличными друг от друга.

Через постоянно открытые первый

3 и второй 4 элементы И потоки импульсов поступают на входы блока 6 выравнивания интенсивностей. На выходах блока 6 входное пуассоновские потоки преобразуются в пуассоновские потоки импульсов с равными интенсивностями при сохранении,их первоначальной взаимной независимости.

В счетчике 7 реализуется процесс накопления импульсов первого потока на интервалах между импульсами второго потока. Каждый импульс второго. потока гасит содержимое счетчика 7 и тем самым срывает процесс накопления в нуль.

Процесс накопления отображается в стробированном дешифраторе 8 временем удержания в открытом состоянии только одного выхода для прохождения импульсов опроса, поступивших на управляющий вход дешифратора 8. С безусловными вероятностями Р„ возможных состояний счетчика 7 импульс опроса проходит на n — и выход дешифратора 8.

P„= (1/2), n = 0, 1, 2, Для повышения надежности работы вероятностного двоичного элемента с помощью элемента НЕ 5 и двух элементов

И 3 и 4 производится останов процесса на время действия импульса опроса.

В соответствии с установленным в регистре 11 двоичным кодом открыты те элементы И группы 9, которые соответствуют разрядам регистра 11, содержащим единицы. Элемент ИЛИ 10 путем дизъюнктивного суммирования вероятностей формирует вероятность выходного события, заключающегося в появлении импульса опроса на выходе элемента ИЛИ 10.

Блок 6 выравнивания может быть выполнен в виде логической схемы преобразования двух случайных. потоков ° импульсов в соответствии со следую- 50 щим алгоритмом: разделение каждого входного потока на два потока с равными интенсивностями, объединение (суммирование) новых пар полупото. ков. Известен пример конкретного 55 выполнения блока 6 выравнивания (43.

Вероятностный двоичный элемент работает следующим образом.

При необходимости получения событий с дополнительной вероятностью может быть использован второй блок элементов И-ИПИ, подключенный параллельно выходам дешифратора 8 к нулевым выходам соответствукзцих разрядов регистра 11. минимальный период опроса предложенного вероятностного двоичного элемента при формировании независимых случайных событий определяется величиной наибольшего интервала, в тече1116430

Составитель А.Карасов

Редактор С.Тимохина Техред Л.Коцюбняк Корректор М.Максимишинец

Заказ 6931/39 Тираж 698 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

9 ние которого счетчик 7 находится в состоянии покоя.

Вследствие этого быстродействие (производительность) предложенного вероятностного двоичного элемента на два порядка выше быстродействия уст.— ройства-прототипа при формировании потока независимых случайных событий.

Кроме того емкость счетчика 7 меньше емкости счетчика-делителя, 5 используемого в устройстве-прототипе.