Вероятностный сумматор

 

Оп ИСАНИ Е

И3ОБР ЕТЕН И Я

Союз Советских

<»I590737

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 09.09.75 (21) 2170847/18-24 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 30.01.78. Бюллетень ¹ I4 (45) Дата опубликования описания 20.01.78 (51) М.Кл. G 06 F 7/50

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 681.3(088.8) (72) Авторы изобретения

Ю. А. Брюхомицкий и В. Е. Мельник (71) Заявитель

Таганрогский радиотехнический институт им. В. Д. Калмыкова (54) ВЕРОЯТНОСТНЫЙ СУММАТОР

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения арифметических узлов стохастических вычислительных машин и устройств при выполнении условия р(х)+р(у) =. 1, (где р (х), р (у) — вероятностные характеристики слагаемых) .

Известны вероятностные сумматоры, слу>кащие для суммирования двух вероятностных двоичных последовательностей в суммарную вероятностную двоичную последовательность (1).

Все известные устройства имеют свойство изменять масштаб и увеличивать погрешность представления суммы относительно масштаба и погрешности представления слагаемых и требуют введения вспомогательного источника случайной двоичной последовательности.

Наиболее близким по технической сущности к рассматриваемому является стохастичеакий су мматор, содержащий входной элемент ИЛИ, два элемента И и пнвертор. На первые входы элементов И подаются слагаемые случайные, последовательности, а на вторые — вспомогательная случайная последовательность с вероятностью появления единицы 0,5. С выходов элементов И масштабированные слагаемые случайные последовательности проходят на входы элемента ИЛИ, с выхода которого поступает суммарная случайная .последовательность (2).

Недостаток известного устройства состоит в ограниченной точности суммирования.

Цель изобретения — повышение точности за счет сохранения масштаба представления суммы относительно масштаба представления слагаемых.

Это достигается тем, что в вероятностный сумматор введены гг последовательно включенных суммирующих звеньев, содержащих каждое элемент И, первый и второй входы которого служат соответственно первым и вторым входами звена, элемент задержки, вход которого связан с выходом элемента И, и элемент ИЛИ. Первый вход каждого элемента

ИЛИ соединен с третьим входом и первым выходом соответствующего звена, второй вход

20 элемента ИЛИ является вторым выходом звена и соединен с выходом элемента задержки, а выход элемента ИЛИ являетая третьим выходом звена. Первый и второй входы первого звена подключены соответственно к первому

25 и второму входам сумматора и к входам входного элемента ИЛИ, выход которого подсоединен к третьему входу первого звена. Выходы каждо"o звена соединены с соответствующими входами последующего звена, а третий

Зо выхо.;г-го звена — это выход сумматора.

590737

Структурная схема вероятностного сумматора представлена на чертеже.

Устройство содержит входной элемент

ИЛИ 1, входы .которого являются входами сумматора, и последовательно включенных суммирующих звеньев. Каждое i-е звено содержит последовательно включенные элемент

И 2ь элемент 8; задержки и элемент ИЛИ

4;, выход элемента И 2; подключен к входу элемента 8; задержки, выход элемента 8; — 10 к второму входу элемента ИЛИ 4;. Входы элемента И 2, подключены к входам сумматора, первый вход элемента ИЛИ 4, — к выходу общего элемента ИЛИ 1. В каждом последующем суммирующем звене первый вход элемента И 2; подключен к выходу элемента

3„ t задержки предыдущего звена, второй вход элемента И 2; — к выходу элемента

ИЛИ 4; г звена, предшествующего предыдущему. Выход элемента ИЛИ 4„последнего звена является выходом сум матора.

Работает устройство следующим образом, Известно, что в результате пропускания вероятностных двоичных последовательностей через элемент ИЛИ, на его выходе образует- 25 ся неполная сумма этих последовательностей:

p (z,) = р (х) + р (у) — р (х) р (у). (12

Ошибку, вносимую произведением З0

Р (х) р (у), можно уменьшить, если полученную по выражению (12 частичную сумму

p(zp) повторно пропустить вместе с произведением Р(х) р(у) через элемент ИЛИ.

В этом случае на выходе образуетоя новая неполная сумма

Р(2 ==Р (о) + Р(- ) Р (у)— — р (z„) р (х) р (у) = р (х) + р (у)-— р (х) р (у) (p (х) + р (у) — р (х) р (у) ), (2) но уже с меньшей погрешностью, так как ,: р (х) р (у) (р(х) + р (у)— — р (х) р (у)) / (/ р (х) р (y) /.

45 р(-) = () +p(v) 65

Для обеспечения справедливости выражения (2) требуется соблюдение независимости появления импульсов на выходе первого эле- 50 мента ИЛИ и импульсов на выходе элемента И. Это,достигается тем, что выход элемента И подключен к входу второго элемента

ИЛИ через элемент задержки на один такт, представляющий собой элемент стохастиче- 55 ской развязки.

Последовательное включение суммирующих звеньев позволяет получить необходимую точность суммирования, т. е. при некотором количестве звеньев i = 1, 2,..., n можно при- 60 нять, что вероятность проявления импульса на выходе элемента ИЛИ и-го звена приближенно равна сумме слагаемых

Предлагаемый сумматор обеспечивает полное суммирование вероятностных последовательностей без изменения масштаба представления выходной последовательности по отношению к входным.

Это предотвращает вырождение вероятностных последовательностей при последовательном включении известных сумматоров.

Кроме этого, погрешность предложенного сумматора при сложении переменных

0-. Р(х) -.: 0,4, 0 р(у) -. 0,4 меньше погрешности известных сумматоров с масштабированием. Если в последних относительная погрешность возрастает с уменьшение|м р(х) и р(у), то в предложенном сумматоре она уменьшается.

Предложенный сумматор не требует источника вопомогательной случайной последовательности с вероятностью появления импульсов p(k) =0,5 и имеет однородную структуру, поэтому его легко изготовлять современными методами интегральной технологии. Количество суммирующих звеньев в сумматоре можно увеличить до 20 — 40, что снизит его погрешность .до:0,001 — 0,0001%. Это на два-три порядка меньше погрешности известных веуоятностных сумматоров.

Формула изобретения

Вероятностный сумматор, содержащий входной элемент ИЛИ, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности за счет сохранения масштаба представления суммы относительно масштаба представления слагаемых, он содержит и последовательно включен ных суммирующих звеньев, каждое из которых содержит элемент И, первый и второй входы которого являютая соответственно первым If вторым входами звена, элемент задержки, вход которого соединен с выходом элемента

И, и элемент ИЛИ, первый вход каждого элемента ИЛИ соединен с третьим входом и первым выходом соответствующего звена, второй вход элемента ИЛИ является вторым выходом звена и соединен с выхОдом элемента задержки, а выход элемента ИЛИ является третьим выходом звена, первый и второй входы первого звена .подключены соответственно к первому н второму входам сумматора и к входам входного элемента ИЛИ, выход которого .подключен к третьему входу первого звена, выходы каждого звена соединены с соответствующими входами последующего звена, а третий выход и-го звена является выходом сумматора.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе:

1. Гейне. Стохастическая вычислительная машина. «Электроника», 19б7, № 14.

2. Яковлсв В. В,, Федоров P. Ф., Стохастичеокие вычислительные машины. Л., «Машиностроение», 1974, с. 48, рис. 21.

590737

Подписное

Заказ 1011/2062 Изд. Мз 209 Тираж 818

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред, «Патент»

Составитель О. Майоров

Редактор И. Грузова Техред А, Камышникова Корректор И. Симкина