Стохастическое вычислительное устройство

Авторы патента:

G06F7/70 - с помощью стохастической последовательности импульсов, т.е. случайно возникающих импульсов, средняя частота повторения которых представляет числа

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик рн982004 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 29. 04. 81 (21) 3283147/18-24 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано151282, Бюллетень ¹ 46

Дата опубликования описания 15.12.82

Р Ц К з

G 06 F 7/70

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 681, 3 (088. 8) У

В.В.Яковлев, О.С.Иальченкова и Р.Ф.Федоров (72) Автрры изобретения

; Ленинградский ордена Ленин а институт и нженеров железнодорожного транспорта им. акад. В. Н . Образцова (71) Заявитель

Ю (54) СТОХАСТИЧЕСКОЕ И!ЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОИСТВО

Изобретение относится к вычисли- тельной технике и может быть использовано для построения устройства, выполняющих операции функционального преобразования входной переменной х(2-е x 1-2е, где (вЂ” количество двоичных разрядов представления величины x).

Известны вероятностные устройства, выполняющие операции функционального преобразования и содержащие регистры исходного числа, логические преобразователи, генераторы случайных чисел, блоки ключей и счетчики 11) вЂ” 3 ).

Недостатком таких устройств являет- 15 ся ограниченная функциональная возможность, связанная с тем, что в устройствах обеспечивается интегрирование только по временному параметру (аргументу).

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является стохастический функциональный преобразователь, содержащий последовательно соединенные первый блок ключей, первый счетчик, преобразователь код-вероятность, входы которого соединены с выходами генератора случайных чисел, а выход соединен со входом второго счетчика, выходы второго счетчика соединены со входами второго блока ключей, управляктций вход которого подключен к выходу третьего счетчика, вход третьего счетчика соединен с управляющим входом генератора случайных чисел и выходом генератора тактовых импульсов, управляющий вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, второй выход синхронизатора подключен к управляющему входу первого блока ключей (4 ).

Недостатком этого устройства является невозможность осуществления операции интегрирования по невременному аргументу х, так как третий счетчик реализует операцию сложения приращений входной переменной во времени.

Цель изобретения вЂ” расширение функциональных возможностей путем осуществления операции интегрирования по невременному аргументу.

Поставленная цель достигается тем, что стохастическое вычислительное устройство, содержащее первый блок ключей, группа входов которого является входами устройства, первый счетчик, группа входов которого соединена с группой выходов первого блока ключей, преобразователь код вЂ” ве982004 роятность, первая группа входов кото. рого соединена с группой выходов первого счетчика, генератор случайных ,чисел, группа выходов которого соединена со второй группой входов преобразователя код-вероятность, второй счетчик, счетный вход которого соединен с выходом преобразователя кодвероятность, второй блок ключей, группа входов которого соединена с группой выходов второго счетчика, а 10 группа выходов вЂ” является выходами устройства, третий счетчик„ выход которого соединен с управляющим входом второго блока ключей, генератор тактовых импульсов, выход кото- 15 рого соединен со входами генератора случайных чисел и третьего счетчика, синхронизатор, первый выход которого соединен .со входом генератора тактовых импульсов, а второй выход вЂ” соединен с управляющим входом первого блока ключей, дополнительно содержит триггер, элемент И, элемент ИЛИ, группа входов которого соединена с группой выходов первого блока ключей, а выход25 соединен с единичным входом триггера, нулевой выход триггера соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом генера тора тактовых импульсов, а выходвЂ” соединен со счетным входом первого счетчика.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит генератор так- 35 товых импульсов 1, элемент ИЛИ 2, триггер 3, элемент И 4, первый блок ключей 5, первый счетчик 6, преобразователь код-вероятность 7, генератор случайных чисел 8, третий счет- 40 чик 9, синхронизатор 10, второй счетчик 11, второй блок. ключей 12.

Группа выходов первого блока ключей 5 соединена с группами входов элемента ИЛИ 2 и первого счетчика 6, 4 группа выходов которого соединена с первой группой входов преобразователя код-вероятность 7. Вторая группа входов преобразователя код-вероятность 7 соединена с группой выходов генератора случайных чисел 8, а выход соединен со счетным входом второго счетчика 11, группа выходов которого соединена с группой входов второго блока ключей 12. Выход генератора тактовых импульсов 1 соединен со вторым входом элемента И 4 и входами генератора случайных чисел 8 и третьего счетчика 9, выход которого соединен с управляющим входом второго блока ключей 12. Выход элемента ИЛИ 2 сое- 60 динен с единичным входом триггера 3, нулевой выход которого соединен с первым входом элемента И 4. Выход элемента И 4 соединен со счетным входом первого счетчика б. Первый 65 выход синхронизатора 10 соединен со входом генератора тактовых импульсов

1, а второй выход соединен с управляющим входом первого блока ключей 5.

Стохастическое вычислительное устройство работает следующим образом.

Перед началом р аботы си нхрони з атор 10 устанавливает в нулевое состояние все счетчики устройства и триггер (цепи обнуления счетчиков и триггера на чертеже не указаны) . По сигналу из синхронизатора 10 двоичный код числа х через первый блок ключей

5 передается в -разрядный первый счетчик б.

Если х = О, состояние триггера 3 остается неизменным и по сигналу от синхронизатора 10 генератор тактовых импульсов 1 через элемент И 4 передает импульсы на счетный вход первого счетчика б. Таким образом, в каждом такте значение аргумента х увеличивается на 2 (где -разрядность

P. первого счетчика) и на вход преобразователя код-вероятность 7 поступает линейно изменяющееся во времени значение х.

На вторые входы преобразователя код-вероятность 7 подается одновременно случайное двоичное число от генератора случайных чисел 8. Генератор случайных чисел 8 имеет 0 выходов, по каждому из которых передается случайная последовательность импульсов с вероятностью появления импульса в каждом такте, равной 1/2. Следовательно, вероятность появления случайного -разрядного двоичного числа на выходах генератора случайных чисел 8 равна 2

Получаемая в результате преобразования нестационарная случайная последовательность импульсов с вероятностью появления импульса в каждом такте, равной р (у+) = Ч (x+), поступает на вход второго счетчика 11, который производит оценку нестационарной случайной последовательности у по математическому ожиданию. ъ

Процесс оценивания последовательности, как и в схеме прототипа, ограничен по времени в 2 тактов. Конец этого временного интервала определен импульсом переполнения третьего счетчика 9. Таким образом, математическое ожидание содержимого счетчика 11 за время 1 = 2 8 тактов равно т8

М(Сг)/+ е = 2;С f(x.), 1-л т.е. в данном режиме устройство воспроизводит операцию интегрирования по невременному аргументу х,линейно изменяющемуся в нормированном интервале 0-1.

Полученный результат передается на выход устройства через второй

982004 блок ключей 12 в момент переполнения третьего счетчика 9.

Если х ф О, то импульс, появляющийся в момент передачи на выходе элемента ИЛИ 2, устанавливает в единицу триггер 3 и в течение цикла работы устройства Т = 2В тактов .в первом счетчике 6 сохраняется неизменное значение величины х.

Следовательно, на выходе преобразователя код-вероятность 7 имеем ста30 ционарный случайный процесс, для которого р(у, ) =p(yq) = ... ф(Я) и

М(Ст)+, Р =2 у(х), т.е. в этом режиме устройство воспроизводит функцию, аналогичную устройству прототипа.

Таким образом, технико-экономический эффект устройства заключается в расширении его функциональных воэможностей по сравнению с прототипом, так как в нем обеспечивается помимо 20 операции временного интегрирования и интегрирование по невременному аргументу.

Формула изобретения

Стохастическое вычислительное устройство, содержащее первый блок ключей, группа входов которого является входами устройства, первый счетчик, группа входов которого соедине- 30 на с группой выходов первого блока ключей, преобразователь код вЂ” вероятность, первая группа входов которого соединена с групгой выходов первого счетчика, генератор случайных чисел, группа выходов которого соединена с второй группой входов преобразователя код-вероятность, второй счетчик, счетный вход которого соединен с выходом преобразователя код вЂ” вероят- 40 ность, второй блок ключей, группа входов которого соединена с группой выходов второго счетчика, а группа выходов является выходами устройства, третий счетчик, выход которого соединен с управляющим входом второго блока ключей, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входами генератора случайных чисел и третьего счетчика, синхронизатор, первый выход которого соединен с входом генератора тактовых импульсов, а второй выход соединен с управляющим входом первого блока ключей, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем осуществления операции интегрирования по невременному аргументу, оно содержит триггер, элемент И, элемент ИЛИ, группа входов которого соединена с группой выходов первого блока ключей, а выход cîåäèíåí с единичным входом триггера, нулевой выход триггера соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход соединен со счет ным входом первого счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Федоров Р.Ф., Яковлев В.В., Добрис Г.В. "Стохастические преобразователи информации", Л., "Машиностроение", 1978, рис. 69, с. 45, 107.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 744602, кл. G 06 F 15/34, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 690495, кл. G 06 F 15/36, 1976 °

4. Яковлев В.В., Федоров P.Ô.

"Стохастические вычислительные машины", Л., "Машиностроение", 1974, рис. 41 (прототип).

982004

Составитель O. Майоров

Техред К.Мыцьо Корректор С. Шекмар

Редактор М. Товтин