Устройство для моделирования нейрона

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЙРОНА, содержащее генератор тактовых импульсов, блок моделирования обобщенного дендрита, выполненный в виде п моделей синапсов, в каждую из которых входят четыре элемента И и реверсивньй счетчик, суммирующий и вычитающий входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго элементов И модели синапса, первые входы которых подключены к выходам соответственно третьего и четвертого элементов И модели синапса, первьш вход третьего и вход четвертого элементов И.соединены с информационным входом устройства, j-ый (, 2, ... п) адресный вход которого подключен к второму входу третьего элемента И и к инверсному входу четвертого элемента И i-ой модели синапса, выходы реверсивного счетчика -ой модели синапса соединены с информационными входами реверсивного счетчика ( i - 1)-ой модели синапса, информационные входы реверсивного счетчика Л-ой модели синапса подключены к ши-не потенциала логического нуля, выходы реверсивного счетчика первой модели синапса соединена с одной группой входов схемы сравнения, другая группа входов которой подключена к соответствующим вьЕходам счетчика порога, вторые входы первых и вторых элементов И всех моделей синапсов соединены с первым выходом распределителя импульсов и с первым входом элемента И, выход которого через одновибратор подключен к выходу устройства, выход генератора тактовых импульсов соединен с входом распределителя импульсов, второй выход которого подключен к входам разрешения приема информации (Q реверсивных счетчиков всех моделей (Л синапсов, выход схемы сравнения соединен с вторым входом элемента И, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности моделирования , в него введены сумматор вычисления порога острой настройки и блок обучения, состоящий из двух элементов И, счетчика, реверсивного счетчика, элемента ИЛИ, регистра, 00 00 элемента равнозначности и схемы сравнения, выход которой соединен с о третьим входом элемента И, вход задания радиуса расфокусировки и вход разрешения записи порога острой настройки устройства подключены соответственно к вычитающему входу и к входу разрешения приема информации счетчика порога, информационные входы которого соединены с соответствую цими выходами сумматора вычисления порога острой настройки, входы которого подключены к адресным входам устройства, информационный вход которого соединен с входом элемента равно

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„11793 (5 )4 G 06 G 7/60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ABTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3751440/24-24 (22) 29.03.84 (46) 15.09.85. Бюп. Р 34 (72) А.А.Харламов и A,Х.Усманов (53) 681.333(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 512478, кл. G 06 G 7/60, 1974.

Радченко Р,Н. Моделирование основных механизмов мозга. М.: Наука, 1968, с. 13. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЙРОНА, содержащее генератор тактовых импульсов, блок моделирования обобщенного дендрита, выполненный,в виде П моделей синапсов, в каждую из которых входят четыре элемента И и реверсивный счетчик, суммирующий и вычитающий входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго элементов

И модели синапса, первые входы кото- рых подключены к выходам соответственно третьего и четвертого элементов И модели синапса, первый вход третьего и вход четвертого элементов

И соединены с информационным входом устройства, j-ый (j=1, 2, ... ) адресный вход которого подключен к второму входу третьего элемента И и к инверсному входу четвертого элемента И j-ой модели синапса, выходы реверсивного счетчика j-ой модели синапса соединены с информационными входами реверсивного счетчика (j — 1)-ой модели синапса, информационные входы реверсивного счетчика

П-ой модели синапса подключены к ши-. не потенциала логического нуля, выходы реверсивного счетчика первой модели синапса соединена с одной группой входов схемы сравнения, другая группа входов которой подключена к соответствующим выходам счетчика порога, вторые входы первых и вторых элементов И всех моделей синапсов соединены с первым выходом распределителя импульсов и с первым входом элемента И, выход которого через одновибратор подключен к выходу устройства, выход генератора тактовых импульсов соединен с входом распределителя импульсов, второй выход которого подключен к входам разрешения приема информации реверсивных счетчиков всех моделей синапсов, выход схемы сравнения соединен с вторым входом элемента

И, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования, в него введены сумматор вычисления порога острой настройки и блок обучения, состоящий из двух элементов И, счетчика, реверсивного счетчика, элемента ИЛИ, регистра, элемента равнозначности.и схемы сравнения, выход которой соединен с третьим входом элемента И, вход задания радиуса расфокусировки и вход разрешения записи порога острой настройки устройства подключены соответственно к вычитающему входу и к входу разрешения приема информации счетчика порога, информационные входы которого соединены с соответствующими выходами сумматора вычисления порога острой настройки, входы которого подключены к адресным входам устройства, информационный вход которого соединен с входом элемента равно1179389 ния. значности, управляющий вход которого является входом устройства, выход элемента равнозначности подключен к первому входу первого элемента И блока обучения, выход которого соединен с входом суммирования реверсивного счетчика блока обучения, выходы которого подключены к первой группе входов схемы сравнения блока обучения и к входам элемента ИЛИ блока обучения, выход которого соединен с первым входом второго элемента И блока обучения, выход которого подключен к счетному входу счетчика блока обучения, выход переполнения которо1

Изобретение относится к устройствам моделирования элементов нервной системы и может быть использовано в системах распознавания образов и управления, в частности в системах рас- 5 познавания и синтеза речи.

Целью изобретения является повышение точности .моделирования нейрона за счет разделения механизмов адресации и памяти, и улучшения качества выделения признаков распознаваемых классов путем увеличения возможной длины обучающих последовательностей.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства1 на фиг. 2 — временные .диаграммы работы устройства. .Устройство (фиг. 1) содержит блок

1 моделирования обобщенного дендрита, состоящий из и последовательно 20 соединенных блоков 2 моделирования синапсов (где n — - длина адресного слова), состоящих из блока 3 знака синапса, в состав которого входят третий, первый, четвертый и второй элементы И 4-7 и реверсивного счетчика 8, пороговый блок 9, состоящий из сумматора 10 вычисления порога острой настройки, счетчика 11 порога и схемы 12 сравнения двух чисел 3g блок 13 обучения, состоящий из элемента 14 равнозначности, первого элемента И 15, реверсивного счетчика

16, второго элемента И 17, счетчика

18, элемента ИЛИ 19, схемы 20 сравго соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика блока обучения, вход задания значения порога по обучению устройства подключен к входу регистра блока обучения, выходы которого соединены с второй группой входов схемы сравнения блока обучения, первый и второй выходы распределителя импульсов подключены к вторым входам соответственно второго и первого элементов И блока обучения, выход схемы сравнения соединен с третьим входом первого элемента И блока обуче2 нения и регистра 21 (хранения порога по обучению), блок 22 генерации, блок выходного импульса, состоящий из элемента И 23 и одновибратора 24, генератора 25 тактовых импульсов, и распределитель 26 импульсов.

Входами устройства для моделирования нейрона являются информационный вход 27, адресные входы 28, первый, второй, третий и четвертый управляющие входы 29-32, выход 33.

Устройство работает следующим образом.

На информационный вход 27 устройства поступает входной сигнал, представляющий собой псевдослучайную последовательность импульсов А =

= 1 а„: а,. g(0,1Я, (временная диаграмма которого представлена на фиг. 2), который проходит на входы блоков 3 знака синапса и в зависимости от состояния соответствующего адресного входа 28, в реверсивный счетчик 8 по положительному фронту последовательности Ф1 добавляется

"+1" или "-1". По положительному фронту тактовой последовательно сти

Ф происходит перезапись состояния г счетчика 8 j-ro блока 2 моделирования синапса в счетчик 8 (1 — 1)-ro блока 2 моделирования синапса. Счетчик 8 первого блока 2 моделирования синапса заполняется нулями на каждом такте последовательности Ф, .

Таким обра"-х, в блоке 1 моделиро389

3 1179 вания обобщенного дендрита происходит вычисление свертки т+"

a(t — п)Ь,„, где Ь т — весовые

1 т 5 коэффициенты связей, и-членного от резка входной последовательности А с адресным словом устройства, задаваемым распределением нулей и единиц на адресных входах 28 устройст- 1р ва для моделирования нейрона, которое является постоянным для данного устройства, причем нулевое состояние адресного входа моделирует отрицательную связь, а единичное — положи- 15 тельную. Максимальная величина отклика, равная числу единиц в адресном слове, достигается при совпадении текущего и -членного отрезка входной последовательности А с адресным сло- 2О вом устройства. На каждом такте Ф г сумма, накопленная в счетчике 8 последнего блока 2 моделирования синапса, поступает на вход схемы сравнения 12 порогового блока 9 и сравни-25 вается со значением порога h. На выходе схемы 12 сравнения появляется сигнал логической "1" в случае, если

7)jh. Устройство откликается строго на свой адрес, если порог h равен 30 ,числу единиц в адресе (так называемый порог острой настройки Ь я). При h =

h „ — r, где r — радиус расфокусировки, устройство откликается также на все и -членные отрезки входной

35 последовательности, отличающиеся от адреса устройства не более чем на

r единиц по Хеммингу. Значение порога острой настройки вычисляется в сумматоре 10, на входы которого пос- 4ц тупает информация с адресных входов

23 устройства. Значение порога острой настройки заносится в счетчик

11 по разрешающему импульсу с управляющего входа 30. Значение радиуса 45 расфокусировки вычитается из значения порога острой настройки при подаче на вычитаюший вход счетчика 11 (вход

29 устройства) серии из r импульсов.

Таким образом, блок 1 моделирования у» обобщенного дендрита совместно с пороговым блоком 9 позволяет осущест" вить ассоциативную адресацию устройства для моделирования нейрона ассоциацией по r-членному отрезку входной последовательности.

При наличии логической единиць1 на выходе схемы 12 сравнения и логической единицы на выходе элемента

14 равнозначности блока 13 обучения, которая появляется там при совпадении информации на входе ." . и информационном входе 27, импульс тактовой последовательности Ф, проходит на вход элемента И 15 и с выхода последнего поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 16. При наличии хотя бы одной единицы в реверсивном счетчике 16 на выходе элемента

ИЛИ 19 появляется логическая единица, позволяющая импульсам тактовой последовательности Ф пройти на вход

1 элемента И 17, причем счетчик 18 пропускает каждый К-й импульс на вычитающий вход реверсивного счетчика

16. На выходе схемы 20 сравнения появляется логическая единица при условии, что сумма, накопленная в счетчике 16, не меньше значения порога по обучению, содержащегося в регистре 21. Значение порога по обучению может быть записано в регистр

21 по входу 32. Таким образом, блок 13 обучения обладает способностью запоминать число переходов по последовательности из данного адреса по нулю или по единице (в зависимости от значения на .входе

32), забывать накопленную информа цию со скоростью, которая в К раз меньше скороСти поступления входной информации, определяемой тактовой частотой устройства.

При наличии сигналов логической единицы с выхода схемы 12 сравнения порогового блока 9 исхемы 20 сравнения блока 13 обучения на входах элемента И 23 импульс тактовой последовательности Ф1 поступает на вход одновибратора 24. По положительному фронту этого импульса на входе устройства формируется стандатрный импульс, длительность и форма которого представлены на временной диаграмме.

1179389

Юх, онФ.

CCZ

<ие 2

Составитель А.Яицков

Техред M.Êóçüìà Корректор О.Луговая

Редактор И.Ковальчук

Заказ 5679/53

Тираж 710 Подписное

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,