Стохастический сумматор

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СфветскнкСфв(иалистичесникРеспублик лц 947859(22) Заявлено 23. 12. 80 (21) 3221529/18-24 ф 1 М Кп 3 0 Об Г 7/70 с присоединением заявки Йо Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(72) Авторизобретения В.В.Яковлев женерое;,.т(-.вбразцрва нинградск леэнодоро ордена Ленина институтго транспорта нм. ак.д.(54) СТОХАСТИЧЕСКИЙ ТОР чис ается ировах числ И рык рави блок элемтельных. машинах.вестны стохастические сумматоодержащие генераторы случайных мерно распределенных чисел, сравнения, двоичные счетчики, нты И, ИЛИ, НЕ Г 1, 2) и 3) е достатком данных устройств тся низкая точность вычислений екодировании результата операложения, что вызвано примененезависимых генераторов-разх случайных чисел в каналах разования операндов А и В и реА+В ата операции сложения Неявляепри д циинием пр уль Наиболее близким к предлагаемому является стохастический. сумматор, содержащий первый, второй и третий блоки сравнения, генератор псевдослучайных чисел, элементы И, Запрет, ИЛИ, элемент И-ЙЕ, реверсивный счетчик, разрядные выходы которого соединены с первой группой входов третьего блока сравнения, выход ко" Изобретение относится ктельной технике и предназнадля выполнения операции суммния В-разрядных чисел (с=1,А и В (С=) в стохастичесА+В2 торого подключен к второму входуэлемента И-НЕ, второй выход которогоподключен к вычитающему входу реверсивного счетчика, суммирующийвход которого соединен с первым выходом элемента И-НВ, первый вход котрого соединен с выходом элементаИЛИ, первый вход которого соединенс выходом элемента И, первый входкоторого подключен к выходу первого блока сравнения, первая группавходов которого соединена с б-разрядными шинами кода числа А, а вторая группа входов -.с 6 выходамигенератора псевдбслучайных чисел,+1-й выход которого соединен свторым входом элемента И и с запрещающим входом элемента ИЛИ, аразрешающий вход - с выходом второго блока сравнения, первая группавходов которого соединена с с -разрядными шинами кода числа В. 6+1-йразряд генератора псевдослучайныхчисел, как и остальные его разряды, 25 представляют случайную равновероятностную двоичную последовательность,щй1т.е. р(0)(1) - . Поэтому результат2на выходе реверсивного счетчика30С -(А+В). Е 43 еНедостатком известного устройстваявляется также низкая точность выполнения операции сложении.Цель изобретения - повышение точ"ностиПоставленная цель достигается темчто в стохастическом сумматоре, содержащем первый и второй блоки сравнения,. первые группы входов которых являются входами слагаемых сумматора, генератор псевдослучайных чисел, группа выходов которого соединена с второй группой входов первого блока сравнения, элемент И, первый вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, элемент Запрет, запрещающий вход которого соединен с вторым входом элемента И и подключен к выходу генератора псевдослу чайных чисел а разрешающий вход сое динен с выходом второго блока сравнения, элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом элемента И а второй в . с выходом элемента Запрет элемент И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, реверсивный счетчик, суммирующий и вычитающий входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами элемента И-НЕ, третий блок сравнения, первая группа входов которого соединена с выходами реверсивного счетчика, а выход соединен с вторым входом элемента И-НЕ, вторые группы входов второго и третьего блоков сравнения подключены к группе выходов генератора псевдослучайных чисел.На чертеже приведена блок-схема стохастического сумматора.Стохастический сумматор содержит первый блок 1 сравнения, второй блок 2 сравнения, генератор 3 псев. дослучайных чисел, элемент И 4, элемент Запрет 5, элемент ИЛИ б, элемент И-НЕ 7, реверсивный счетчик 8, третий блок 9 сравнения.Разрядные шины кода числа А подключены к первой группе входов блока 1 сравнения, вторая группа входов которого соединенас выходами генератора 3 псевдослучайных чисел и с вторыми группами входов второго 2 и третьего 9 блоков сравнения,. а выход - с первым входом элемента И 4, Выход элемента И 4 соединен с первым входом элемента ИЛИ( б, выход которого соединен с первым входом элемента И-НЕ 7. Первый выход элемента И-НЕ 7 подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика 8, вычитающий вход которого соединен с вторым выходом элемента И-НЕ 7, Второй вход элемента И-НЕ 7 подключен к выходу третьего. блока 9 сравнения, первая группа входов которого соединена с5 30 разрядными выходами реверсивногосчетчика 8. Разрядные шины кодачисла В подключены к первой группевходов второго блока 2 сравнения,выход которого соединен с разрешающимвходом элемента Запрет 5. Выход.элемента Запрет 5 соединен с вторымвходом элемента ИЛИ б, а запрещающий вход - с вторым входом элементаИ 4 и с 8+1-м выходом генератора 310 псевдослучайных чисел.Работа сумматора управляется последовательностью синхроимпульсов,подаваемых насоответствующие входыпервого, второго и третьего блоков15 сравнения (входы не показаны)По каждому синхроимпульсу на выходах первого, второго, третьегоблоков сравнения и 8+1-м выходегенератора 3 псевдослучайных чисел20 вырабатывается бинарный символ(О или 1):соответственноа, Ь, уь, )с.(1 - дискретное время)причем вероятности появления единичного символа соответственно25 РавныР (а) =А, Р(Ь) =В Р(у ) =2,где Е - случайная величина (содержимое реверсивного счетчика в момент времени 1);1Р Ф),= у.Известно, что вероятность появления 1 в случайной последовательности д на выходе элемента ИЛИ бравнаА+В. Р(,д)=Рса+а )сЬ ) = в ,Последовательности Й и у далеепоступают соответственно на йервыйи второй входы элемента И-НЕ 7. Егоназначение состоит в том, чтобыпредотвратить воэможность одновременного появления единичных сигналов (+1 и -1) на суммирующем и вычитающем входах реверсивного счет 45 чика 8. Таким образом, в схемеизвестного и предлагаемого устройствреализуется одинаковая функциональная зависимость суммированиядвух чисел.50 Мерой погрешности устройства является дисперсия, содержимого реверсивного счетчика,8, т.е. дисперсия случайной величины 2 .Для предлагаемого устройства2Р (2) = - (А-В,)4В то же время для известногоР(Е) =2 С(1-С), где А)СВ,Из этих уравнений видно, чтоР(Е)7 Р(Е) . Коэффициент68 р ДЦ 2- )Р(Е) СА-В)выражает относительное уменьшениестатистической погрешности выполА+Внения операции сложения 2 в656 947859 формула изобретения ВНИИПИ Заказ 5653/73 Тираж 731 Подписно филиал ППП "Патент", г.ужгород,ул.Проектная,4 предлагаемом устройстве по сравнению с устройством с известным,Например, если А=0,6, В=0,4, то а=5. Причем, выигрыш в точности тем вьые, чем ближе друг к другу значения А и В. Действительно, при А=В П(г)=0.Таким образом, применение предлагаемого устройства позволяет повысить точность Стохастический сумматор, содержащий первый и второй блоки сравнения, первые группы входов которых являются входами слагаемых сумматора, генератор псевдослучайных чисел, группа выходов которого соединена с второй группой входов первого блока сравнения, элемент И, первый вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, элемент ЗАПРЕТ, запрещающий вход которого соединен с вторым входомэлемента И н подключен к выходу генератора псевдослучайных чисел, а разрешающий вход соединен с выходом второго блока сравнения, элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом элемента И, а второй - свыходом элемента ЗАПРЕТ, элементИ-НЕ, первый вход которого соединенс выходом элемента ИЛИ, реверсивныйсчетчик, суммирующий и вычитающийвходы которого соединены.соответственно с первым и вторым выходамиэлемента И-НЕ, третий блок сравнения, первая группа входов которогосоединена с выходами реверсивного 10 счетчика, а выход соединен с вторымвходом элемента И-НЕ, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности, вторые группы вхо"дов второго и третьего блоков срав нения подключены к группе выходовгенератора псевдослучайных чисел Источники информации,принятые во вниманиепри экспертизе20 1. федоров Р,ф. и др. Стохастические преобразователи информации. Л.,Машиностроениеф. 1978, с. 152.Гладкий В.С.Вероятностные вычйслительные модели.М., фИаука", 1973,с. 104,3, Авторское свидетельство СССР9 613322, кл. С Об Р 15/36, 1978.4. Гейнс Б, Стохастическая вычислительная машина, - ффЭлектроникаф3 О 1967, 9 14 (прототип).