Вероятностное множительное устройство

Союз Советских Социалистических РеспубликОП ИКАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 230479 (21) 2757030/18-24 с присоединением заявки М 9 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Автор изобретения В. В. ЯковлевЛенинградский ордена Ленина институт инженеров железнодорожного транспорта им. академика В. Н. Образцова(54 ) ВЕРОЯТНОСТНОЕ ИНОЖИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Изобретение относится к вычислительной технике и предназначаетсядля выполнения операции умножениячисел йВ в стохастических вычислительных машинах.Известны вероятностные множительные устройства, содержащие генераторы случайных равномерно распределенных чисел, блоки сравнения, двоич ные счетчики, логические элементы И1-53,Общим недостатком этих устройствявляется низкая точность вычисленийпри декодировании результата операции 5умножейия, что вызвано применениемнезависимых генераторов случайныхчисел в каналах преобразования операндов й и В и результата операцииумфжения йв. 20Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсявероятностное множительное устройство,содержащее логический элемент И, первый, второй и третий блоки сравнения, 25выходы первого и второго блоков сравнения соединены со входами логического .элемента И, первый и второй генераторы случайных чисел, выходы которых соединены с первыми группами входов соответственно первого и второго блоков сравнения, вторые группы входов первого и второго блоков сравнения соединены с разрядными шинами чисел сомножителей, ренерсивный счетчик, суммирующий вход которого соединен с выходом логического элемента И, вычитающий вход - с выходом третьего блока сравнения, а разрядные выходы - с первой группой входов третьего блока сравнения, третий генератор случайных чисел, выходы которого соединены со второй группой входов третьего блоха сравнения (б,Недостатком этого устройства является также низкая точность выполнения операции умножения.Цель изобретения - повышение точностиПоставленная цель достигается тем, что в вероятностном множительном устройстве, содержащем элемент И, первый, второй и третий блоки сравнения, выходы перного и второго блоков сравнения соединены со входами элемента И, перный и второй генераторы случайных чисел, выходы которых соединены с первыми группами входов соответстненно первого ивторого блоков сравнения, вторые группы входов первого и второго блоков сравнения соединены с разрядными шинами чисел сомножителей, реверсивный счетчик, суммирующий вход которого соединен с выходом элемента И, вычитающий вход - с выходом третьего блока сравнения, а разрядные выходы - с первой группой входов третьего блока сравнения, вторая группа входов третьего блока сравнения соединена с выходами второго генератора случайных чисел.На чертеже приведена схема устройства.Устройство содержит первый блок 1 сравнения, первый генератор 2 случай ных чисел, второй блок 3 сравнения, второй генератор 4 случайных чисел, элемент И 5, реверсивный счетчик 6, третий блок 7 сравнения.Разрядные шины кода числа А подклю О чены ко второй группе входов блока 1 сравнения, первая группа входов которого соединена.с выходами первого генератора 2 случайных чисел, а выходс первым входом логического элемента И 5, второй вход которого соединен с выходом второго блока 3 сравнения, вторая группа входов которого соединена с разрядными шинами кода числа В, а первая группа входов - с.выходами второго генератора 4 случайных чисел и ЗО со второй группой входов третьего блока 7 сравнения, выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика 6, разрядные выходы которого соединены с первой группой 35 входов третьего блока 7 сравнения, а суммирующий вход - с выходом логического элемента 5.Устройство работает следующим об О разом.Оно управляется последовательностью синхроимпульсов, подаваемых на соответствующие входы первого, второго и третьего блоков сравнения (на чертеже эти входы не показаны),По каждому синхроимпульсу на вы-ходах первого, второго и третьего блоков сравнения вырабатывается бинарный символ(0 или 1) соответственно а, Ь,у , ( -дискретное время), 50 причем вероятности появления единичного, символа соответственно равны Р( а )А, Р (Ь ) В,Р (уь) Е (Е - случайная величина - содер.жимбереверсивного счетчика в мо мент времени с).Известно, что вероятность появления 1 в случайной последовательности на выходе элемента И равна Р(аЬ ) АВ. Эта последовательность далее поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 6.В предлагаемом устройстве, как и .в схеме известного справедливо сле 65 дующее соотношение между случайнымивеличинами 2, а, Ь, у+1ф+1 ф+1 ф+1Математическое ожидание случайной величины находится какМ(г ):М(2,) М(а, Р, 1)-И(Ч, ) ЮТак как М (у ) =- (Е - РазМ 2.+)ь 2 фрядность реверсивного счетчика 6),то с учетом (2)И(2 ): АВ (1-)МД )Решение этого конечноразностногоуравнения при нулевых начальных условиях имеет вид1и(2,)="Ав(1 е-" ) (3)или при фиксации запятой перед старшим разрядомМ( - -) АВ(1.- Е " )2Таким образом, очевидно, что и всхеме известного и в предлагаемомустройстве процесс накопления бинарных символов устанавливается, причемм.о. И(, - -) АВ (Ъ - +),7.т. е. действительно реализуется заданная функциональная зависимость.Мерой погрешности устройства является дисперсия содержимого реверсивного счетчика 6, т. е. дисперсияслучайной величины йдля прототипа она имеет вид-Р -й0 =2 яВ(1-е1-яв 1-е(4В предлагаемом устройстве за счет объединения групп входов второго и ,третьего блоков сравнения, между символами в, и у, вводится жесткая корреляционная связь. При этомИ(Е УМ ) -1Следовательно, дисперсия случайной величиныв предлагаемом устройстве равнаЭ 1 АЬ(1- Е )(1-А(1 - Е(5)Иэ уравйения (4) и (5) видно, что для любого р ур 1 коэффициент равенУ, 2.-йЭ 1-ДВ(1-Е 2 )еХ -2 Е1-а(1-Е )Он выражает относительное уменьшение статистической погрешности выполнения операции умножения АВ в предлагаемом устройстве по сравнению с известным.Видно, что К1. Например, если А= - е В щ, то в установившемся7релЬме (С с ) М7, Выигрыш в точодписн тета СССРкрытойая наб., д 4 осударс лам изо Москва,Филиал ППП "Патентф, г. ужгород, ул. Проект ности вычислений тем больше, чем больше абсолютные значения А и меньше В.Таким образом, объуинением групп входов второго и третьего блоков сравнения, в предлагаемом устройстве достигается значительное уменьшение погрешности вычислений АВ, так как между последовательностями на суммирующем и вычитающем входах реверсивного счетчика в этом случае устанавливается положительная взаимная корреляционная связь, стабилизирующая процесс накопления содержимого счетчика..Вероятностное множительное устройство, содержащее элемент И, первый, второй и третий блоки сравнения, выходы первого и второго блоков сравнения соединены со входами элемента И, первый и второй генераторы случайных чисел, Мяходы которых соединены с первьаки группами входов соответственно первого и второго блоков сравнения, вторые группы входов первого и второго блоков сравнения соединены с разрядными шинами чисел сомножителей, реверсивный счетчик, суммирующийвход которого соединен с выходом элемента И, вычитающий вход - с выходомтретьего, блока сравнения, а разрядные выходы - с первой группой входовтретьего блока сравнения, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности, вторая группавходов третьего блока сравнения соеди-,нена с выходами второго генератораслучайных чисел.0Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Гейнс Б. Стохастическая вычислительная машина, "Электроника", 1967,В 14.2. Авторское свидетельство СССРР 571810, кл. 9 06 Р 15/36, 1977.3. Авторское свидетельство СССРВ 590734, кл. 9 06 Р 15/36, 1978.4. Яковлев В. В. Федоров Р. ф. Стохастические вычислительные машины, Л