Устройство для моделирования нейрона

(19) (1) 06 6 7/6 ИЯ РЕТ ВИДЕТЕЛ ЬСТВ(2 1) 4766393/1 нии ль- о б познаия инГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕК АВТОРСКОМУ С(71) Научно-исследовательский институтмикропроцессорных. вычислительных систем при Таганрогском радиотехническоминституте им. В;Д.Калмыкова(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯНЕЙРОНА(57) Изобретение относится к бионике и вычислительной технике. и может быть использовано в качестве элемента нейроподобныхсетей для моделирования нейрофизиологических процессов в нервной системе, в устройствахобработки,анализа и вания образов, в системах управ Изобретение относится к бионике и вычислительной технике и может быть использовано в качестве элемента нейроподобных сетей для моделирования нейрофизиологических процессов в нервной системе, в устройствах обработки, анализа и распознавания образов, в системах управления ин-теллектуальными роботами, в параллельных нейрокомпьютерах.Известно устройство, содержащее блоки формирования входных сигналов, генератор импульсов, усилитель, сумматоры, пороговый,блок, блоки согласования, дифференциальный усилитель и токоразрядный блок.Недостатком указанного устройства является низкая стабильность параметров и,теллектуальными роботами, в параллельных нейрокомпьютерах. Цель изобретения - повышение достоверности моделирования путем представления переменных стохастическими последовательностями. Для этого в устройство, содержащее блоки изменения сйнаптических весов, первые входы которых являются входами устройства, пространственный сумматор, Й входов которого подключены к выходам И блоков из,менения синаптических весов, введены первый и второй стохастические вычитатели, стохастический преобразователь, регистр, компаратор, логический блок, генератор стохастических констант и генератор случайных чисел. При существенном упроще . устройство сохраняет все функциона ные возможности прототипа, обладает олее высокой надежностью, не содержит еханизм накопления ошибок округления.ил. как следствие, низкая точность моделирования, что обусловлено реализацией устройства на элементах аналоговой техники.Известна также модель нейрона, содержащая й блоков изменения синаптических весов, сумматор, схемы управления величиной порогаблок сравнения уровня ритмической активности и блок усиления.Недостатком данной модели является ее сложность,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для моделирования нейрона, содержащее й блоков изменения синаптических весов, первые входы которых являются входами устройства, а выходы соединены с входами. первого сумматора, второй сумматор и пять1709356 актор А н аказ 428 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 водственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Составитель А ТР Техред М.Моргент ий l Корректор,А, Осауленко5 10 15 20 30 35 40 50 55 интеграторов, выход первого сумматора подключен к первому входу первого интегратора, выход котоРого соединен с первым входом второго сумматора, выход которого подключен к первому входу второго интегратора, выход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого интеграторов, выход третьего интегратора является выходом устройства, выход четвертого интегратора подключен к второму входу второго сумматора, к третьему входу которого подключен выход пятого интегратора, первый вход которого и второй вход второго интегратора подключены к одному управляющему входу устройства, вторые входы Й блоков изменения синаптических весов и вторые входы первого, третьего, четвертого и пятого интеграторов соединены с другими управляющими входами устройства соответственно. Недостатком известного устройства является его высокая аппаратурная сложность, обусловленная использованием цифровых интеграторов. Каждый цифровой интегратор всвоей минимальной конфигурации (работающий по формуле прямоугольников) содержит два сумматора, два регистра сдвига (подынтегральной функции и остатка), множительное устройство и квантователь. В результате аппаратурные затраты составят: 2+2(п+5) сумматоров, 2(п+5) регистров сдвига, (и+5) множительных устройств, (и+5) квантователей, Такой уровень сложности не позволяет при современном состоянии микроэлектронной технологии реализовать устройство в видеодной большой интегральной схемы, а следовательно, делает невозможным построение моделирующей нейроподобной сети, достаточной здля практических целей размерности (10 -10 элементов).Целью изобретения является повышение достоверности моделирования путем представления переменных стохастическими последовательностями. 45 Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее М блоков изменения синаптических весов, где й - количество синапсов в моделируемом нейроне, первые входы которых являются входами устройства, пространственный сумматор, входы. которого подключены к выходам блоков изменения синаптических весов, введены первый и второй стохастические вычитатели, стохастический умножитель, стохастический преобразователь, регистр, компаратор, логический блок, генератор стохастических констант и генератор случайных чисел, причем вход уменьшаемого первого стохастического вычитателя подклюяен к выходу пространственного сумматора, а выход подключен к первому входу стохастического умножителя, первый вход стохастического преобразователя подключен к выходу стохастического умножителя, второй вход, подключен к первому выходу генератора случайных чисел, числовой выход стохастического преобразователя подключен к первому входу компаратора, а стохастический выход - к входу вычитаемого первого стохастического вычитателя и входу уменьшаемого второго стохастического вычитателя, второй вход компаратора подключен к выходу регистра, а выход компаратора подключен к первому входу логического блока, второй вход которого подключен к выходу второго стохастического вычитателя, а выход логического блока является выходом устройства, И+2 выходов генератора стохастических констант подключены соответственно к вторым входам К блоков изменения синаптических весов, второму входу стохастического умножителя и входу вычитаемого второго стохастического вычитателя, а вход генератора стохасти- . ческих констант подключен к второму выходу генератора случайных чисел, третий и четвертый выходы которого подключены к стохастическим входам первого и второго стохастических вычитателей.Для реализации предлагаемого устройства требуется 3 сумматора (из них 2 вычитателя), (И+1) умножителей (в том числе й блоков изменения синаптических весов, представляющих собой стохастические умножители), стохастический преобразователь, регистр, компаратор, логический блок, генератор стохастических констант и генератор случайных чисел, что в значительной степени упрощает его в сравнении с прототипом,Кроме того, стохастический принцип организации вычислений в предлагаемом устройстве повышает его устойчивость к случайным сбоям (повышение надежности) и предотвращает тенденцию к накоплению ошибок округления, характерную для прототипа, как детерминированного устройстваНа фиг. 1 приведена структурная схема устройства для моделирования нейрона; на фиг. 2 - структурно-функциональная схема блоков изменения синаптических весов и пространственного сумматора; на фиг, 3 - функциональная схема стохастического вь- читателя; на фиг. 4- функциональная схема стохастического умножителя; на фиг. 5 - функциональная схема стохастического преобразователя; на фиг, 6 - функциональная схема компаратора; на фиг, 7-.фнукциональная схема логического блока; на фиг. 8- функциональная схема генератора стохастических констант; на фиг. 9 - функциональная схема генератора случайных чисел,Устройство для моделирования нейрона (фиг. 1) содержит М информационных входов 11, , 1 и, которые подключены к первым входам соответствующих й блоков Изменения синаптических весов 21, , 2 ы.Выходы последних подключены к й входам пространственного сумматора 3, выход которого подключен к входу уменьшаемого первого стохастического вычитателя 4. Выход первого стохастического вычитателя 4 подключен к первому входу стохастического умножителя 5, выход которого подключен к первому входу стохастического преобразователя 6, Числовой выход этого преобразователя подключен к первому входу компаратора 7, а стохастический выход - к входу вычитаемого первого стохастического вычитателя 4 и входу уменьшаемого второго стохастического вычитателя 8. Выход регистра 9 подключен к второму входу компаратора 7, выход которого подключен к первому входу логического блока 10, второй вход которого подключен к выходу второго стохастического вычитателя 8, а выход 11 логического блока 10 является выходом устройства. В устройство входит также генератор 12 стохастических кон.стант, М выходов 131, 13213 и которого подключены к вторым входам соответственно й блоков изменения синаптических весов 21, 22; 2 ы, выход 14 подключен к второму входу стохастического умножителя,5, а выход 15 - к входу вычитаемого второго стохастического вычитателя 8. Устройство содержит также генератор 16 случайных чисел, имеющий четыре выхода. Первый выход генератора 16 подключен к второму входу стохастического преобразователя 6, второй выход - к входу генератора 12 стохастических констант, третий и четвертый выходы - к стохастическим входам первого и второго стохастических вычитателей 4 и 8,Каждый из й блоков изменения синаптических весов 21,22, ,2 м(фиг.2) представ. ляет собой стохастический умножитель (фиг. 4), в котором каждый из сомножителей представлен двумя линиями положительной и отрицательной полярности. Первые , пары входов 111, 11 г, 1 г 1, 1 гь , 1 и 1, 1 иг блоков изменения синаптических весов 21, 22, ,2 и (фиг. 2) являются информационными входами устройства. Вторые пары входов этих блоков являются входами синаптических весов и подключены соот 10 ветственно к выходам 1311, 1312, 13 о, 1322,,.13 ю, 13 кг генератора 12 стохастических констант 1. Вцходы блоков 21, 22, , 2 и положительной полярности собраны на элементе ИЛИ 31, а выходы отрицательной полярности - на элементе ИЛИ 32. Элементы ИЛИ 31 и 32 выполняют роль пространственного сумматора для стохастических переменных, Выходы 171 и 172 являются соответственно положительный и отрицательным выходами пространственного сумматора 3.Стохастические вцчитатели 4 и 8 (фиг. 3) содержат вход 18 умен ьшаемого(1 81 - положительной и 182 - отрицательной полярностей), вход 19 вычитаемого (191отрицательной и 192 - положительной полярностей), стохастический вход 20, который подключен к входу элемента НЕ 21,20 элементы И 221, 222, 22 з, 224, элементы ИЛИ 231 и 232, выходы 241 и 242 которых являются соответственно положительными и отрицательными выходами стохастического вычитателя;25 Стохастический умножитель 5 (фиг, 4) содержит вход .25 первого сомножителя (251 - положительной и 252 - отрицательной полярностей), вход 26 второго сомножителя (261 - положительной, 262 - отрицатель 30 ной полярностей),.элементы И 271, 272, 27 з, 27, элементы ИЛИ 281 и 282,выходы 291 и 292 которых являются соответственно положительным и отрицательным выходами стохастического умножителя 5,35 Стохастический преобразователь 6 (фиг. 5) содержит первый вход 30 (301 - положительной и 302 - отрицательной полярностей, которые подключены соответственно к суммирующему и вычитающему40 входам реверсивного счетчика 31), второйвход 32, являющийся входом случайных двоичнь 1 х символов, который подключен к входу сдвигающего регистра 33, тактирующий вход 34, который подключен к тактирующим вхо дам реверсивного счетчика 31 и сдвигающего регистра 33; элементы И 351, 352, , 35 по числу разрядовреверсивного счетчика 31 и сдвигающего регистра 33, элемент ИЛИ 36, 1 входов которого подключены к 50 выходам элементов И 351, 352, , 351, элементы И 371 и 372, выходы 381 и 382,которых являются соответственно положительным и отрицательным стохастическими выходамистохастического преобразователя 6, элемент 55 НЕ 39, разрядные выходы 401,402, ., 401 изнаковый выход 41 счетчика 31, в совокупности представляющие собой числовой выход стохастического преобразователя 6Компаратор 7, может быть реализованмногими способами. Один из вариантовсхе 1709356мы компаратора 7 для четырехразрядных чисел приведен на фиг, 6, Он содержит разрядные входы - прямые 421, 42 г, 42 з, 424 и инверсные 421, 42 г, 42 з первого сравниваемого числа; разрядные входы - прямое 431, 43 г, 43 з и инверсные 431, 43 г, 43 з, 434 второго сравниваемого числа, входы знакового разряда - прямой 44, и инверсный 44 первого сравниваемого числа, первую группу элементов И 451, 45 г, 45 з, вторую группу элементов И 461, 46 г, 46 з; 464, элемент ИЛИ 47; третью группу элементов И 481 и 48 г, выходы 491 и 49 г которых являются соответственно положительным и отрицательным выходами компаратора 7.Логический блок 10 (фиг. 7) в простейшем случае содержит стохастические входы 501 - положительной и 50 г - отрицательной полярностей, разрешающие входы 511 для положительной и 51 г для отрицательной полярностей, два элемента И 521 и 52 г для коммутации соответственно положительной и отрицательной полярностей, выходы 531 - положительной и 53 г - отрицательной полярностей.Генератор 12 стохастических констант, (фиг, 8), вырабатывающий, например, семь стохастических констант (пять констант, со-.ответствующих пяти синаптическим весам обеих полярностей; и две константы, соответствующие параметру инерционности а и порогу О также обеих полярностей), содержит разрядные входы 541, 54 г, 54 з, 544 случайных чисел тактирующий вход 55, дешифратор 56, элементы ИЛИ 571, 57 г, 57 з, элементы задержки 581, 58 г, 58 з, 584, коммутатор 59, который имеет входы 601, 60 г, , 60 в стохастических констант, управляющие входы 611, 61 г, 61 з для подачи кода номера входа коммутатора 59, управляющие входы 621, 62 г, 623, 624 для подачи кода номера выхода коммутатора 59 и выходы 631, 63 г положительной и отрицательной полярностей константы, соответствующей первому синаптическому весу, выходы 63 з, . 634 положительной и отрицательной полярностей константы, соответствующей второму синаптическому весу и т.д. выходы 635, 636;, 6314 соответственно положительной и,отрицательной полярностей констант трех оставшихся синаптических весов, параметра инерционности а и порога О,Генератор 16 случайных чисел на разрядов (фиг. 9) содержит триггеров Т-типа 641, 64 г, , 641, (в-) триггеров Д-типа 651+1, 651+г, , 65 в, тактирующий вход 66, к которому подключены синхронизирующие входы всех гп триггеров, выходы первых триггеров 641, 64 г, ., 64 являются разряд 45 50 55 входуменьшаемого первого стохэстиче-.ского вычитателя 4. На вход вычитаемого блока 4 с выхода стохастического преобразователя 6 поступает стохастическая последовательность щ, которая несет ин 5 10 15 20 25 30 35 40 ными выходами 671, 67 г, , 67 генератора 16 случайных чисел.Функционирование предлагаемого устройства основано на принципе стохастических ,вычислений, при котором все переменные и константы, участвующие в вычислениях, представляются в виде соответствующих стохастических последовательностей, в которых вероятность появления единичного символа в каждой тактовой позиции отражает текущий уровень соответствующей переменной или константы, масштабируемых в фиксированном диапазоне (О, 1), Кодирование знака стохастических последовательностей в предлагаемом устройстве осуществляется путем использования двух линий, Одна линия предназначена для передачи стохастических последовательностей положительной полярности, другая - для отрицательной полярности (на фиг. 1 - 9 они помечены знаками "+" и ф )Устройство работает следующим образом.В фиксированные моменты времени .11=то+ Л 1,1=0, 1, 2, , синхронизируемые серией тактовых импульсов, на информационные входы 11, 1 г, .1 м устройства (фиг. 1) поступают входные двуполярные стохастические последовательности-цх 1 ь хг 1 " хп с выходов 11 других аналогичных устройств, входящих в общую моделирующую нейронную сеть, Эти последовательности поступают на первые входы соответствующих й блоков изменения синаптических весов 21, 2 г, , 2 в, в качестве которых используются стохастические умножители (фиг. 2 и 4). Вблоках 21, 2 г, , 2 и осуществляется умножение входных последовательностей дх 1 ь хгь ", хм на соответствующие стохастические константы,щт, ф,-щю, которые играют роль синаптических весов нейрона и также представлены в виде стохастических последовательностей, поступающих на вторые входы блоков 21, 2 г, , 2 и с выходов 131, 13 г, , 13 и генератора 12 стохастических констант. Образованные в результате умножения взвешенные последовательности поступают далее на й входов (каждый представлен двумя линиями) пространственного сумматора 3, где они суммируются с образованием суммарной стохастической последовательности ц . Эта последовательность по двум линиям поступает наформацию о мембранном потенциале 01 моделируемой нервной клетки. Для функционирования стохастического вычитателя ему необходима опорная стохастическая последовательность с равномерным в диапазоне (О, 1) законом распределения единичных символов. Такая последовательность вырабатывается генератором 16 случайных чисел и с его третьего выхода поступает на стохастический вход вычитателя 4. Последний формирует стохастическую последовательность разности д; - ды, которая далее в стохастическом умножителе 5 умножается на стохастическую константу щ, поступающую с выхода 14 генератора 12 стохастических констант и несущую информацию об инерционных свойствах нервной клетки. Полученная таким образом стохастическая последовательность с выхода умножителя 5 поступает на первый вход стохастического преобразователя 6, который путем накопления (интегрирования) . выполняет функцию преобразования ее в цифровую величину мембранного потенциала 01. Эта величина 01 затем снова преобразуется в блоке 6 в стохастическую последовательность ю и поступает на стохастический выход блока 6, Как и стохастический вычитатель, преобразователь 6 требует. для своего функционировайия опорную стохастическую последователь.ность с равномерным в диапазоне (О, 1) законом распределения единичных символов.Последняя вырабатывается также в генераторе 16 случайных чиСел и с первого его выхода поступает на второй вход преобразователя 6. Для моделирования порогового эффекта нервной клетки иэ последовательностиво втором стохастическом вычитателе 8 вычитается стохастическая последовательность щ, несущая информацию об уровне порога Оданного нейрона.Величина порога 0 является константой для данного нейрона и поэтому в предлагаемом устройстве вырабатывается генератором 12 стохастических констант на его выходе 15. На стохастический вход вычитателя 8 с четвертого выхода генератора 16 случайных чисел постуйает опорная стохастическая последовательность с равномерным в диапазоне (О, 1) законом распределения единичных символов, С выхода стохастического вычитателя 8 последовательность разности цш - в поступает навыход 11 устройства только в том случае, если уровень мембранного потенциала 01 нейрона превышает величину порога О нейрона. Для этого в устройство введены блоки 7, 9 и 10, При,подготовке начальных условий в регистр 9 в цифровой форме заносится величина порога О, равная цифровому эквиваленту стохастической константы щ вводимой в генератор 12 стохастических 5 констант, Компаратор 7 осуществляетсравнения уровней мембранного потенциала 01, поступающего на его первый вход с числового выхода стохастического преобразователя 6, и порога В, поступающего .10 на второй вход компаратора 7 с разрядныхвыходов регистра 9. При превышении уровня мембранного потенциала 01 над уровнем порога В на выходе компаратора 7 появляется единичный сигнал, который 15 поступает на первый вход логического блока 10, разрешая выдачу на выход 11 устройства стохастической последовательности ды - ;, поступающей на второй вход логического блока.10.20 Блоки изменения синаптических весов21, 22, , 2 и и пространственный сумматор 3 (фиг, 2) работают следующим образом.На каждый из Й входов 11, 121 иустройства, каждый из. которых представлен 25 двумя линиями положительной и отрицательной полярностей 111, 112, 121, 122, , 1 и 1, 1 щ, на первые пары входов блоков изменения синаптических весов 21, 22, . 2 и поступают входные стохастические по следовательноати ф 1 ь цх 2 ь , дхв На вторые пары входов блоков 21, 22, , 2 н с парных выходов 1311, 1312, 1321, 1322, , 13 ю, 13 ю генератора стохастических констант поступают стохастические константы 35 у, щ 4 ус, соответствующие синаптическим весам у 1, , , й. Блоки 21, 22, , 2 и, функционирующие как стохастические умножители, осуществляют перемножениесоответствующих пар последовательной стей х 1 ь р, фэ, уз, "., ухм 1 цм.Положительные составляющие последовательностей произведений собираются затем элементом ИЛИ 31, а отрицательные - элементом ИЛИ 32. В соответствии с пра вилами стохастических вычислений элементы ИЛИ 31 и 32 выполняют неполное сложение стохастических последовательностей, Методическая погрешность, возникающая при такой организации 50 суммирования, компенсируется соответствующей корректировкой величин констант р, у 2, , ум. на этапе подготовки устройства к работе, На выходах 17 и 172 элементов ИЛИ 31 и 32 формируются. поло 55, жительная и отрицательная составляющиесуммарной последовательности р.Работа стохастического сумматора (вычитателя) (фиг. 3) основана на случайном (с вероятностью р=0,5) выборе одной из вход 1709356 12ных линий одной полярности в каждый такт . времени. Элементы И 221 и 222 выбирают одну из линий 181 и 191 положительной полярности и сигналы с их выходов собираются элементом ИЛИ 231, выход 241 которого 5 является выходом положительной состав-. ляющейй стохастической последовател ьности суммы. элементы И 22 з и 224 выбирают одну из линий 182 и 192 отрицательной полярности и сигналы с их выходов соби раются элементом ИЛИ 222, выход 242 которого является выходом отрицательной составляющей стохастической последовательности суммы. Элемент НЕ 21 инвертирует опорную случайную с равномерным 15 законом распределения последовательность,и 1, поступающую на вход 20 сумматора с выхода генератора 16 случайных чисел, Отличие в организации стохастического вычитателя от сумматора заключает ся в перемене местами положительной и отрицательной линий уменьшаемого.Работа стохастического умножителя 5 (Фиг. 4) основана на свойстве элемента И осуществлять перемножение вероятностей. 25 Элементы И 271 и 272 служат для получения произведения однополярных сомножителей, элементы И 27 з и 274- для получения произведения разнополярных сомножителей, Произведения последовательностей 30 положительной полярности собираются элементом ИЛИ 281, на выходе 291 которого формируется положительная составляющая последовательности произведения, Произведения последовательностей отрицатель ной полярности собираются элементом ИЛИ 282, на выходе 292 которого формируется отрицательная составляющая последовательыости произведения.Стохастический преобразователь 6 40 (фиг. 5) работает следующим образом.Стохастическая последовательность с выхода умножителя 5 по положительной и отрицательной линиям поступает соответственно на счетные входы 301 и 302 реверсив ного .счетчика 31, который осуществляет накопление (интегрирование) двоичных символов и тем самым преобразует вход-. ную последовательность в цифровую величину. мембранного потенциала 01, По 50 входу 32 в сдвигающий генератор 33 с первого выхода генератора 16 случайных чисел поступает случайная с равномерным законом распределения последовательность двоичных символов, которая, сдвигаясь в ре гистре 331 образует на его разрядных выходах 2, 2, , 2 набор из 1 случайных равномерно распределенных последовательностей. Работа преобразователя 6 синхронизируется тактовыми импульсами,поступающими на.его вход 34. В каждом временном такте ц=1 о+ Ь О (1=О, 1, 2, ) двоичные переменные с разрядных выходов счетчика 31 поступают на первые входы элементов И 351, 352, , 35 ь На вторые входы этих элементов поступают двоичные переменные с разрядных выходов регистра 33 сдвига. Кроме того, элемент И 351 имеет (1-1) запрещающих входов, на которые поступают двоичные переменные с разрядных выходов 21, 22, ,2 регистра 33 сдвига, элемент И 352 имеет (1-2) запрещающих входа, на которые поступают двоичные переменнце с разрядных выходов 2, 22, , 2 + регистра сдвига 33 и так далее, элемент И 351-1 имеет только один запрещающий вход, на который поступает двоичная переменная с разряда 2 регистра 33 сдвига. Такое распределение запрещающих входов элементов И 35 позволяет обеспечить пропорциональность частоты опроса разрядов счетчика их весу, а также несовместимость появления единичных сигналов на выходах элементов И 35. Последнее обстоятельство дает возможность выполнять сложение последовательностей, снимаемых с выходов элементов И 35, с помощью элемента ИЛИ 36. В результате функционирования схемы цифровая величина мембранного потенциала 01, формируемая в счетчике 31, вновь преобразуется в стохастическую последовательность ь снимаемую с выхода элемента ИЛИ 36. Кодирование знака этой последовательности (разделение на две линии) осуществляется с помощью элементов И 371 и 372 и элемента НЕ 39 при условии, что число 01 в счетчике 31 представлено в дополнительном коде.Работа компаратора 7 (фиг, 6) основана на цифровом сравнении величин 01 и Ов течение одного временного такта с помощью комбинационной логической схемы, реализующей логическую формулу (в качестве примера использованы четырех- разрядные числа О 1 и В)с=4221431 К 42 431422432Ч 421431422432423432l/421431422432423433424434,Двоичный сигнал с формируется на выходе элемента ИЛИ 47, Кодирование знака сигнала с осуществляется на элементах И 481 и 482 в соответствии с логическим выражениемс =сх 44;, с=сх 44,где 44 и 44 - соответственно прямой и инверсный входы знакового разряда числа 01.1709356 13Генератор 12 стохастических констант (фиг. 6) работает следующим образом,9 фиксированные моменты времени И, .задаваемые серией тактовых импульсов на входе 55, из генератора 16 случайных чи сел на разрядные входы 54, 542, 54 з, 544 дешифратора 56 поступают случайные числа р 1 (для примера четырехрэзрядные), Возбуждение любого входа дешифратора 56 разрядом равномерно распределенного 10 случайного числа являтся независимым событием, происходящим с вероятностью 0,5, При этом случайные события, заключающиеся в.возбуждении того или иного выхода дешифратора 56, будут происходить с веро ятностью (0,5) (где гп - число входов деш ифратора 56). Случай н ые события, состоящие в возбуждении различных выходов дешифратора 56, являются несовместимыми и образуют полную группу, 20 поэтому вероятности появления этих событий можно суммировать с помощью эле.- . ментов ИЛИ 571, 572, 57 з. В приведенном примере реализации генератора стохастических констант в=4, поэтому вероятность 25 появления единичного сигнала на любом-4выходе дешифратора 56 равна 2 . Из двоичных переменных, снимаемых с первого выхода дешифратора 56 (вход 601. коммутатора 59), с выходов элементов ИЛИ 571, 30 572, 57 з, и с входа 55 тактовых импульсов, .можно сформировать следующий набор констант, отличающихся между собой сепенью двойки:2- на первом выходе дешифрэтора 56 35 (вход 01 коммутатора);2 - на выходе элемента ИЛИ 571;2 - на выходе элемента ИЛИ 572;2- на выходе элемента ИЛИ 57 з;2 - на входе 55 тактовых импульсов, 40 В описываемом примере генератор 12 должен выдавать семь стохастических констант (желательно статистически. независимых), поэтому в его схему введены 45 элементы задержки 581, 582, 58 з, 58 кото, рые выполняют роль стохастической развязки и позволяют по крайней мере дважды (в различных точках схемы устройства) использовать одну величину константы на 50 разных выходах 63 коммутатора 59 (генерэтороу 4 12).Таким образом, на входы 601, 6 В, , 68 в коммутатора 59, а также по входу 55 генератора 12. поступают стохастические 55 последовательности, соответствующие сто-З .2 - + хэстическим константам 2, 2, 2, 2, с Коммутатор 59 должен обеспечить подключение необходимых констант из указанного набора к своим выходам Зф,32, , Зм(подвеполярности на каждый выход), Для этого укоммутатора 59 имеются адресные входыномера входа 611, 61 ь 61 з и номера выхода621, 622, 62 з, 624. Число адресных входовопределяется ближайшим большим целымчислом 1, удовлетворяющим неравенству1 й 1 одз К (где К - количество входов (выходов) коммутатора 59). Программирова-ние коммутатора 59 осуществляетсязаранее путем установления соответствиямежду его входами 60 и выходами 63 спомощью адресных входов 61 и 62. В качестве коммутатора 59 можно использовать,например, серийную отечественную микросхему 1509 КП 1, позволяющую скоммутировать в произвольном порядке 16 входов на16 выходов по заданной программе,Работа генератора 16 случайных чисел=1а+1 ш + 2 Ь( д(я- ыВэти =Оуцю-юя) Фф: где символом С 1(У 1) обозначена операция преобразоэания некоторой цифровой величины Уизменяющейся в диапазоне -1 5 У1, в соответствующую ей стохастичеакую последовательность . з 19 п Уесли й У 1,ф О, . если р -У 1 где р - случайные числа, равномерно распределенные в диапазоне (О, 1); 1, если щ Й(ф 6 О, если щ- 0 Использование изобретения позволяет значительно (не менее, чем в.6 раз) упростить устройство при сохранении его функ-. циональных возможностей. Кроме .того, применение стохэстического принципа об 1709386 16работки информации делает предлагаемое устройство более адекватным моделируемому обьекту - нейрону, повышает его нэдежность зэ счет большей устойчивости к случайным сбоям, предотвращает тенден цию к накоплению ошибок округления, харэктерной для детерминированных устройств, к которым принадлежит, в чэстности, и прототип.10Формула изобретенияУстройство для моделирования нейрона, содержащее й блоков изменения синэптических весов (где й - количество входных сигналов. в моделируэмом нейроне), пер вые входй которых являются входэми уст- . ройства, пространственный сумматор, й входов которого подключены к выходам й блоков изменения синэптических весов, отличающееся тем,что,сцельюповыше ния достоверности моделирования путем представления переменных стохэстическими последовательностями, оно содержит первый и второй стохэстические вычитэтели, стохэстический умножитель, стохэстиче ский преобразователь; регистр, компарэтор, :логический блок, генератор стохэстических констант и генератор случайных чисел, причем вход уменьшаемого первого стохастического вычитэтеля подключен к выходу 30 прострэнственного сумматора, а выход подключен к первому входу стохастического умножителя, первый вход стохзстического преобрэзовэтеля подключен к выходу стохастйческого умножителя, второй вход подключен к первому выходу генератора случайных чисел, числовой вход стохастического преобразователя подключен к первому входу компарэтора, а стохэстический выход - к входу вычитаемого первого стохастического вычитэтеля и входу уменьшаемого второго стохастического вычитателя, второй вход компэраторэ подключен к выходу регистра, э выход компаратора подключен к первому входу логического блока, второй вход которого подключен к выходу второго стохэстического вычитателя, а выход логического блока является выходом устройства, И+2 выходов генератора стохэстических констант подключены соответственно к.вторым входам й блоков изменения синаптических весов, второму входу стохастического умножителя и входу вычитэемого второго стохастического вычитэтеля, а вход генератора стохастических . констант подключен к второму выходу генератора случэйных чисел, третий и четвертый выходы которого подключены к стохастическим входам первого и второго стохэстических вычитэтелей.