Усилитель вероятности

 

О П И С А Н И Е < 750498

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 20.03.78 (2! ) 25923QQ/18-24 с присоединением заявки,%— (23 ) П риоритет—

Опубликовано 23.07.80. Бюллетень № 27

Дата опубликования описания 28.07.80 (5I ) M. Кл.

Q 06 F 15/36

Гавудврстввнвмй комвтвт

СССР ав двлвм изабрвтвнвй и открытий (53) УЙК 681.3 (088.8) (72) Авторы изобретения

P. Ф. Федоров, В. В. Яковлев и Г. В. Добрис

Ленинградский ордена Ленина институт инженеров железнодорожного транспорта им. академика

В. Н. Образцова (7!) Заявитель (54) УСИЛИТЕЛЬ ВЕРОЯТНОСТИ!

Изобретение относится к области вы числительной техники и предназначено для использования в стохастических вычислительных устройствах.

Известны логические схемы, содержащие логический 1) и 21 или арифметический $3) сумматор (счетчик), используемые в стохастических вычислительных устройствах для выполнения линейного преобразования переменных, представленных вероятностью появления единицы в

Ю

io бинарных случайных последовательностях символов. Эти схемы обеспечивают коэффициент передачи вероятности больший единицы, и в одних работах $1j и 21

15 их называют восстанавливающими орга- . нами, в других З! - усилителями вероятности.

Иэ известных устройств такого типа наиболее близким по технической сущ ности являются усилитель вероятности, .содержащий реверсивный счетчик, разрядные -выходы которого подключены к входам элемента ИЛИ, причем выход элемен2 та ИЛИ соединен с информационным входом первого элемента Запрет", выход которого подключен к вычитающему вхо« ду счетчика, а его управляющий вход соединен с входом устройства и с информационным входом второго элемента

Запрет", выход которого подключен к суммирующему входу счетчика. Управляющий же вход второго элемента "Запрет соединен с выходом старшего разряда счетчика. Кроме того, устройство содержит генератор случайных чисел, выходы которого подключены к первой группе входов схемы сравнения цифровых кодов, вторая группа входов которой соединена с разрядными выходами счетчика, а выход схемы сравнения является выходом устройства, на котором единица" noseляется в том случае, когда случайное число, выработанное генератором, оказывается меньше содержимого счетчика(3).

B стационарном режиме выходная вероятность, т. е. вероятность появления з 7г; символа "единица" в выходной слу ийной последовательности, Р, связана с входной вероятностью Р следуюпгим соотношением

e + г

+4

à — 4 2(r- С ч

Р =- — > у, 1.

i"Ле

- разрядность генератора случайных чисел;

/(р) Приведенная формула показывает, чго статическая передаточная карактеристика усилителя зависит от величины Р и обладает максимальной крутизной

В к =(2 + 2)/3 прп Р„=0,5, причем крутизна тем больше, чем больше Ч ((еобкодимость использования в данном усилителе вероятности генератора случайнык чисел и схемы сравнения усложняет схему усилителя и повышает стоимость и объем оборудования.

LlenJ«изобретения — упрощение усилителя.

Эта цель достигается тем, что в усилитель вероятности, содержащий реверсивпый счетчик, разрядные выходы которого поцключены к вкоцам элемента ИЛИ, припричем выход элемента ИЛИ соединен с информаццонным входом первого элемента

"Запрет", выход которого подключен к вычитающему входу счетчика, а управляющий вход соединен с вкодом устройства и с информационпым входом второго элемента "Запрет", выкод которого подключен к суммируюшему входу счетчика, введен элемент И, входы которого подключены к разрядным выходам реверсивного счетчика, а выход соединен с управляющим

B кодом вт оро го зл е мента "За и рот, причем выходом усилителя вероятности является выкоц старшего разряда реверсивного счегчика.

На фиг. 1 представлена структурная скема усилителя вероятности. Она соцержиг реверсиИный счетчик 1, элемент 2

И, элемент 3 ИЛИ, первый 4 и второй 5 элементы Запрет", причем разрядные выходы счетчика 1 подключены к входам элемента 2 И и элемента 3 ИЛИ, выкоцы первого 4 и второго 5 элементов

"Запрет" соединены соответственно с вычитающим 6 и суммирующим 7 входами счетчика 1, выход 8 элемента 2 И соединен с управляющим входом 9 BT îðoão

5 элемента "Запрет", выход 10 элемента 3 ИЛИ - с информационным входом

11 первого 4 элемента «Запрет». Сое0- j! 18 ф

1О

55 циненные между собой информационный вход 12 второго 5 элемента Запрет" и управляющий вход 13 первого 4 элемента «Запрет«образуют вход 14 устройства, а его выкоцом 15 является выход старшего разряда реверсивного счетчика

1.

На фиг, 2 показаны статические передаточные характеристики 1 и 2 усилителя вероятности, полученные экспериментально при раэряцности $ счетчика, равной соответственно двум и трем, Для сравнения штриховыми линиями показаны кривые, характеризующие прототип и полученные путем расчета по формуле (1) при тех же значениях

Усилитель работает слецуюшим образом.

Вкоцная случайная послецовательность

"нулей" и "единиц, поступающая на вход

14 усилителя вероятности, инициирует появление несовместных случайных бинарных последовательностей на вхоцак 6 и 7 реверсивного счетчика 1. При этом, если соцержимое счетчика 1 отлично от

000... 0 и 1 1 1... 1, то «единица" на входе 14 вызывает появление "ециницы" на входе 7 счетчика 1, в результате чего происходит прибавление ециницы к содержимому счетчика, а "нуль" во входной последовательности вызывает появление "единицы" на вхоце 6 счетчика 1, вслецствие чего его соцержимое на единицу уменьшается, Если вероятность появления во входной послецовательности единиц" точно равна вероятности появления в ней "нулей", то содержимое счетчика случайно и симметрично колеблется во времени около значения, равного половине емкости счетчика, а вероятность появления «ециницы" в старшем разряде, т. е, на выходе 15 устройства, равна

0,5. Если во входной последовательности имеется котя бы незначительное преобладание «единиц" нац "нулями", оно вызывает смещение случайного содержимого счетчика 1 в сторону больших чисел, имеющих в старшем разряде единицу, что, в свою очерець, вызывает увеличение выходной вероятности. Это смещение стабилизируется на опрецеленном уровне за счет отрицательной обратной связи, эамыкаюшейся через элемент 2 И на управляющий вкоц 9 второго элемента 5

"Запрет и блокирующей прибавление еаиницы к содержимому счетчика 1, ес« ли это содержимое равно 111... 1.

5 7

Аналогично, преобладание во входной последоватрльности "нулей" над "единицами вызывает смещение содержимого счетчика 1 в область меньших чисел, имеющих в старшем разряде нуль. При этом стабилизация уровня смещения достигается за счет обратной связи, замыкающейся через элемент 3 ИЛИ на ин« формационный вход 11 первого элемента 4 "Запрет" и блокирующей вычитание единицы из содержимого счетчика 1, если это содержимое равно 000 ... О.

Экспериментально установлено (фиг. 2) что вызванное смещением содержимого счетчика 1 отклонение выходной вероятности or уровня 0,56ольше,,чем отклонение входной вероятности от того же уровня, причем отношение этих отклонений больше единицы и тем больше, чем больше разрядность счетчика 1.

Таким образом, предлагаемое устройство так же, как и известное, выполняет функцию усиления вероятности при малых отклонениях последней от уровня 0,5.

Однако требуемый объем оборудования при этом меньше. Если эквивалентное количество триггеров, необходимое для реализации предлагаемого и известного усилителей вероятности, составляет соответственно N и Йg то н, — =2+

1 бъ 3 °

М 1,1 -; 1,15

Таким образом, технико-экономический эффект данного усилителя заключается в значительном (почти в три раза) сокращении оборудования, необходимого для его изготовления.

50498 6

Формула изобретения

Усилитель вероятности, содержащий реверсивный счетчик, разрядные выходы которого подключены к входам элемента ИЛИ, причем выход элемента ИЛИ соединен с информационным входом первого элемента "Запрет", выход которого подключен к вычитающему входу счетчи10 ка, а управляющий вход соединен с входом устройства и с информационным входом второго элемента "Запрет", выход которого подключен к суммирующему входу счетчика, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения усилителя, в него введен элемент И, входы которого подключены к разрядным выходам реверсивного счетчика, а выход соединен с управляющим входом второго уо элемента Запрет", причем выходом усилителя вероятности является выход старшего разряда реверсивного счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2s 1. Нейман Q. Вероятностная логика и синтез надежных организмов из ненадежных компонентов. - Автоматы", "Мир", 1956, с. 68-139.

2. Кирий В. Г. Частотно-импульсные

30 способы стохастического представления информации и анализ некоторых структур вероятностных элементов. Сб. трудов Нркутского ПТИ АСУП, 1972, с. 72-88.

3, Федоров P. Ф. Стохастпческий интегратор в режиме суммирующего операционного усилителя. -"Известия вузов.

Приборостроение", 1976, N. 8 с. 63-67 (прототип).

750498

6,5 о,6

4мгЛ

Составитель Э. Сечина

Редактор В. Зчрванская Текред Л. Теслюк Корректор Г. Решетняк

Заказ 4468/19 Тираж 751 Под писное

ИНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Фнлвал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4