Стохастический вычитатель

 

<1>970363

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. сеид-ву. (22) Заявлено 03.02.81 (21) 3273227/18-24

Р ) М. Кл. с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

G 06 F 7/70

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (33) УДК681. 3 (088. 8) Опубликовано 3010.82. Бюллетень № 40

Дата опубликования описания 39. 19. 82 (72) Авторы изобретения

В.В.Яковлев, A B.ßêoâëåâ, Р.Ф.Федоров и Г.

Ленинградский ордена Ленина институт инже железнодорожного транспорта им. акад.В,Н. (71) Заявитель (54) СТОХАСТИЧЕСКИЙ BbPiHTATEJlb

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначается для выполнения вычитания е -раз-. ,А-р рядных чисел A и В (С = — + — ) в стохастических вычислительных маши нах.

Известны стохастические вычитатели, содержащие генераторы случайных равномерно распределенных чисел, блоки с .равнения, двоичные счетчики, логические элементы И, ИЛИ, НЕ (1), (21 и (3).

Недостатком известных вычитателей является низкая точность вычислений при декодировании результата операции вычитания, что вызвано применением независимых генераторов -разрядных случайных чисел в каналах преобразования операндов A и В и результата операции вычитания С.

Наиболее близким к предлагаемому является стохастический вычитатель (4 1, .содержащий первый, второй и третий блоки сравнения, генератор псевдослучайных чисел, первый и второй элементы ЗАПРЕТ, элемент ИЛИ, элемент И-HE реверсивный счетчик, pasрядные выходы которого соединейы с первой группой входов третьего блока сравнения, выход третьего блока срав нения подключей ко второму входу элемента И-НЕ, второр выход которого

5 подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика, суммирующий вход реверсивного счетчика соединен с первым выходом элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, первый вход элемента ИЛИ соединен с выходом первого элемента

ЗАПРЕТ, разрешающий вход которого подключен к .выходу первого блока сравнения, первая группа входов первого блока сравнения соединена с к -разрядными шинами кода числа A а вторая группа входов — с е -выходами генератора псевдослучайных чисел, Р+1-й выход которого соединен с запрещающим входом первого элемента ЗАПРЕТ, выход первого элемента ЗАПРЕТ соединен со вторым входом элемента ИЛИ, а запрещающий вход — с выходом второго блока сравнения, первая группа входов которого соединена с 3 -разрядными шинами кода числа В.

f.. +1-й разряд генератора псевдослучайных чисел, как и остальные его разряды, выдает случайную равновероятностную двоичную последовательность, .т.е. такую, в которой р(0) = р(1) = g

970363

Поэтому результат на выходе реверсивного счетчика

1 А — В

С = + - Недостатком этого устройства яв- 5 ляется также низкая точность выполнения операции вычитания.

Цель изобретения - повышение точности, Поставленная цель достигается тем,1p что стохастический вычитатель, содержащий первый блок сравнения, первая группа входов которого является входами уменьшаемого вычитателя, генератор псевдослучайных чисел, группа выходов которого соединена со второй группой входов первого блока сравнения, второй блок сравнения, первая группа входов которого является входом вычитаемого вычитателя, первый элемент ЗАПРЕТ, разрешающий вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, второй элемент ЗАПРЕТ, запрещающий вход которого соединен с выходом второго блока сравнения, запрещающий вход первого и разреша- ющий вход второго элементов ЗАПРЕТ подключены к выходу генератора псевдослучайных чисел, элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами первого и второго элементов ЗАПРЕТ, ЗО . элемент И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ,. ре,версивный счетчик, суммирующий и вычитающий входы которого соединены с выходами элемента И-НЕ, третий блок 35 сравнения, первая группа входов которого соединена с разрядными выходами реверсивного счетчика, а выход соединен со вторым входом элемента

И-НЕ,дополнительно содержит блок эле- 4Q ментов НЕ, группа выходов которого соединена со второй группой входов второго блока сравнения, группа входов блока элемента НЕ и вторая. группа входов третьего блока сравнения подключены к, 45 группе выходов генератора псевдослучайных чисел.

На чертеже представлена блок-схема вычитателя

Устройство содержит первый блок 1 сравнения, генератор 2 псевдослучайных, чисел, второй блок 3 сравнения, блок элементов HE 4, первый 5 и второй 6 элементы .ЗАПРЕТ, элемент ИЛИ 7, реверсивный счетчик 8, третий блок 9 сравнения, элемент И-НЕ 10. 55

А, Группа выходов генератора 2 псевдослучайных чисел соединена со вторыми группами выходов первого 1 и третьего

9 блоков сравнения и группой входов блока элементов НЕ 4, группа выходов 60 которого соединена со второй группой входов второго блока 3 сравнения. Bblходы первого 1 и второго. 3 блоков сравнения соединены соответственно с разрешающим входом первого элемента 65

ЗАПРЕТ 5 и запрещающим входом второго элемента ЗАПРЕТ 6. Запрещающий вход первого 5 и разрешающий вход второго

6 элементов ЗАПРЕТ подключены к выходу генератора 2 псевдослучайных чисел.

Выходы первого 5 и второго 6 элементов

ЗАПРЕТ соединены со входами элемента

ИЛИ 7, выход которого соединен с первым входом элемента И-НЕ 10. Выходы элемента И-HE 10 соединены с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 8, разрядные выходы которого соединены с первой группой входов третьего блока 9 сравнения.

Выход третьего блока 9 сравнения соединен со вторым входом элемента

И-НЕ 10, Вычитатель работает следующим образом.

Работа устройства управляется последовательностью синхроимпульсов, подаваемых на соответствующие входы первого 1, второго 3 и третьего 9 блоков сравнения (на чертеже эти входы не показаны). По каждому синхроимпульсу на выходах первого 1, второго 3, третьего 9 блоков сравнения и 1 +1-м выходе генератора 2 псевдослучайных чисел вырабатывается бинарный символ (О или 1) соответственно

at bt у ikt (t - дискретное время), причем вероятности появления единичного символа соответственно равны: р(at) = А,р(Ь ) = В,р(yt) = z (z<случайная величина — содержимое реверсивного счетчика в момент времени

t) p(kg) =Я .

Вероятность появления "1" в случайной последовательности d на вы1 ходе элемента ИЛИ 7 равна

1 А-В

p(d<) =p(k а v k

Последовательности d и у далее поступают соответственно на первый и второй входы элемента И-НЕ 10. его назначение состоит в том, чтобы предотвратить возможность одновременного появления единичных сигналов (+1 и -1) на суммирующем и вычитающем входах реверсивного счетчика 8.

Результат вычитания накапливается в реверсивном счетчике 8

М(г) =2 (Z + — ), 8 1 А В где 0 — разрядность реверсивного счетчика.

Таким образом, в схеме прототипа и в предлагаемом устройстве реализуется одинаковая функциональная зависимость.

Мерой погрешности устройства является дисперсия содержимого реверсивного счетчика 8, т.е. дисперсия случайной величины

Благодаря включенйю в стохастический вычитатель блока элементов НЕ

970363

4 и укаэанному соединению его входов и выходов со входами блоков сравнения, в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом достигается значительное уменьшение погрешности вычисления С = ф + ф, так как

5 между случайными последовательностями на суммирующем и вычитающем входах реверсивного счетчика в этом случае устанавливается положительная взаимная корреляционная связь, стаби--10 лизирующая процесс накопления содержимого счетчика.

Коэффициент, D (z) (1+A-В) (1-А+В)

Б г) A В(где D (.z) и D(z) — дисперсии соответственно для прототипа и предлагаемого устройства) выражае относительное изменение статистической погреш- 20 ности выполнения операции вычитания

С = — + в предлагаемом устрой1 A-я

2 9 стве по сравнению с устройством прототипа.

Например, если A = 0,6; В = 0,6, 25 то Ы = 5. Причем выигрыш в точности тем выше, чем ближе друг к другу значения A и 1-В.

Формула изобретения

Стохастический вычитатель, содержащий первый блок сравнения, первая группа входов которого является входами уменьшаемого вычитателя,, генератор псевдослучайных чисел, группа

° выходов которого соединена с второй группой входов первого блока сравнения, второй блок сравнения, первая группа входов которого является вхо- 4 дом вычитаемого вычитателя, первый

О элемент ЗАПРЕТ, разрешающий вход которого соединен с выходом первого . блока сравнения, второй элемент ЗАП=

РЕТ, запрещающий вход которого соеди45 нен с выходом второго блока сравнения, запрещающий вход первого и разрешающий вход второго элементов ЗАПРЕТ подключены к выходу генератора псевдослучайных чисел, элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами первого и второго элементов ЗАПРЕТ,. элемент

И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, реверсивный счетчик, суммирующий и вычитающий входы которого соединены с выходами элемента И-НЕ, третий блок сравнения, первая группа входов которого соединена с разрядными выходами реверсивного счетчика, а выход соединен со ворым входом элемента И-.НЕ, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, он содержит блок" элементов НЕ, группа выходов которого соединена с второй группой входов второго блока сравнения, группа входов блока элементов НЕ и "ВТорая группа входов третьего блока сравнения подключены к группе выходов генератора псевдослучайных чисел.

I.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Яковлев В.В. Случайно-импульсные вычислительные устройства. Учебное пособие. Ленинградский институт железнодорожного транспорта, 1973, с. 31, рис. 15.

2. Яковлев В.В., Федоров P.Ô. Элементы вычислительной техники с вероятностным представлением информации.

Автоматика и вычислительная техника, Рига, 1972; Р 5, рис.. 6.

3. Федоров P.Ô, Яковлев В.В., Добрис Г.В. Стохастические преобразователи информации. Л., "Машиностроение", 1978, с. 64..

4. Яковлев В.В., Федоров P.Ô. Стохастические вычислительные машины.

Л., "Машиностроение", 1974, с. 48, рис. 22 (прототип) °

9703б3

Составитель О. Майоров

Редактор Ю. Середа Техред Л.Пекарь Корректор Н. Буряк

Заказ 8389/60 Тираж 731 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, 4