Стохастический вычитатель

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик оц 970364(6) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 22.04. 81 (2) 3276575/18-24 Р 1 М. Кл. с присоединением заявки Мо С 06 Р 7/70 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(088. 8) Опубликовано 3010,82. Бюллетень М 40 Дата опубликования описания 30.10.82(72) Авторы изобретения В.В,Яковлев, Р.ф.федоров, О.С.иальчйнкова,и А.В.Яковлев енинградский ордена Ленина институт инж елезнодорожного транспорта им.акад.В.Н.О(5 ХАСТИЧЕСКИЙ ВЫЧИТА О1, р-т вероятности появимвола на выходевого и второго) и р(Ь)ничного сственно персравнения.я форма предычитания неазуются со где р(аления едисоответблоковТакататов вони обр езулькакоэтому ниятакем. ставлдобнмеще одклюАПРЕТт о элеИзобретение относится к вычислительной технике и предназначается ля выполнения операции вычитания, -разрядных чисел А и В в стохастических вычислительных машинах.Известны стохастические вычитатели, содержащие генераторы случайных чисел, блоки сравнения, стохастические интеграторы, логические элементы И, ИЛИ, НЕ Г 1 )и 2).Недостатки таких устройств - значительные затраты оборудования, связанные с необходимостью генерирования дополнительных стохастических констант, а также включения двух не зависимых генераторов случайных чисел для преобразования двоичного код каждого из операндов в случайную бинарную последовательность символов.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является стохастический вычитательт содержащий генератор случайных чисел, первый и второй блоки сравнения, первый и, второй элементы ЗАПРЕТ, элемент ИЛИ и стохастический интегратор, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, первый вход элемента ИЛИ п чен к выходу первого элемента 3 а второй вход - к выходу второг мента ЗАПРЕТ, разрешающий вход которого соединен с выходом второго блока сравнения, первая группа входов второго блока сравнения подключена к -разрядным шинам кода числа В, а вторая группа входов - к 0 -выходам генератора случайных чисел; разрешающий вход первого элемента ЗАПРЕТ соединен с выходом первого блока сравнения, первая группа входов которого подключена к е -разрядным шинам кода числа А (33.В этом вычитателе при параллельной работе обоих блоков сравнения на выходе элемента ИЛИ вырабатывается случайная бинарная последовательность символов С с вероятностью появления единичного символа в каждый й-й момент времени (С-дискретное время), равнойна этапе декодирования величиныр(с =1) в устройстве стохастическогоинтегратора осуществляется преобразование вида(2) 5 2 р (с = 1) - 1 Таким образом, математическое ожидание содержимого-стохастического интегратора М с учетом (1) и (2) будет 10 Ми = .р(а) - р(Ь) Недостатком такого вычитателя является также большая аппаратурная 15 ,сложность вследствие необходимости ,использования двух независимых генераторов случайных чисел и генератора дополнительной случайной последовательности с вероятностью щ р(1) =1Цель изобертения - упрощение стохастического вычитателя.Поставленная цель достигается тем, что стохастический вычитатель, содержащий первый и второй блоки сравнения, первые группы входов которых являются входными разрядными шинами кодов чисел вычитателя,. генератор случайных чисел, выходы . которого соединены с второй группой входов второго блока сравнения, пер,вый и второй элементы ЗАПРЕТ, разрешающие входы которых соединены с выходами соответственно первого и35 второго, блоков, сравнения, элемент ИЛИ, первый й второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго элементов ЗАПРЕТ, стохастический интегратор, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, дополнительно. содержит триггер знака, единичный и нулевой входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго элементов ЗАПРЕТ, 45 запрещающие входы первого и второго элементов ЗАПРЕТ, соединены с выходами соответственно второго и первого блоков сравнения, вторая группа входов первого блока сравнения соединена с выходами генератора случайных чисел.На чертеже представлена блок-схема вычитателя.Устройство содержит генератор 1 случайных чисел, первый 2 и второй 3оки сравнения, первый 4 и второй 5ементы ЗАПРЕТ, триггер б знака, элемент. ИЛИ 7 и стохастический интегратор 8. Выходы генератора 1 случайных чисел соединены с вторыми группами входов первого 2 и второго 3 бло ков сравнения. Выход первого блока 2 сравнения соединен с разрешающим входом первого элемента ЗАПРЕТ 4 и запрещающих входом второго элемента . ЗАПРЕТ 5. Выход второго блока 3 срав- А 5нения соединен с разрешающим входом второго элемента ЗАПРЕТ 5 и запрещающим входом первого элемента ЗАПРЕТ 4. Выход первого элемента ЗАПРЕТ 4 соединен с единичным входом триггера б знака и первым входом элемента ИЛИ 7. Выход второго элемента ЗАПРЕТ 5 соединен с нулевым входом триггера б знака и вторым входом элемента ИЛИ 7, выход которого соединен с входом стохастического интегратора 8,Вычитатель работает следующим образом.По каждому извыходов генератора 1 случайных чисел вырабатывается случайная двоичная последовательность, в которой р(0) =р(1)=Другимн словами, с вероятностью 2 на выходы генератора в каждом такте передается случайное 1 -разрядное двоичное число х. При этом на выходах первого 2 и второго 3 блоков сравне-. ния формируются соответственно последовательности бинарных символов а и Ъ (1 = 1, 2,), причем вероятности появления единичного символа равны р(а) = А и р(Ь) = В.Пусть А ) В. Тогда на выходе первого элемента ЗАПРЕТ 4 форьыруется случайная последовательность г =а Ь с математическим ожиданием р(г)=р(а Ъ )=р(а )-р(а Ъ )=А-АВ-Ы;Корреляционный момент КЬ в случае использования общего генератора случайных чисел для формирования последовательностей (а и ЬА(1-В) при А ( В бЬВ (1-А) при А ) В (3)Таким образом,. для рассматривае)мого случая с учетом (3) получаем р(г ) = А-АВ-В(1-А) : А В . При этом математическое ожидание1 последовательности г, формируемой на выходе второго элемента ЗАПРЕТ 5 р(г)=р(аЬ)=р(Ь )-р(аЪ ) =В-АВс Ь=В-АВ-В(1-А) = О.Аналогичным путем для случая А ( В можно показать, что р(г) = О, а р(ге) = В-А.Таким образом, функциональные возможности известного устройства и предлагаемого вычитателя идентичны,В предлагаемом вычитателе поодному из каналов г или г передается последовательность нулевых символов, следовательно единичными символами другого канала производится установка триггера б знака по нулевому входу, если В ) А, и по970364 Формула изобрет:.ия ВБИИПИ Заказ 8389/60 Ти 731 Подписное ъ Ъъд, ул. Проектная,4 Филйал ППП "Патент", г. Ужгоро единичному, если А ) В. Так вырабатывается знак результата вычитания, Последовательность г или г передается далее на вход стохастического интегратора 8, который производит оценку входного случайного процесса 5 по математическому ожиданию.Таким образом, требуемая функцио" нальная зависимость А - В в предлагаемом вычитателе реализуется без использования вспомогательной случай ной последовательности с р(1) = ф , а также с испопьзованием только одного генератора случайных чисел,Поэтому технико-экономический эффект предлагаемого вычитателя заключается 15 в его упрощении. 20Стохастический вычитатель, содержащий первый и второй блоки сравнения, первые группы входов которых являются входными разрядными шинами кодов чисел вычитателя, генератор случайных чисел, выходы которого соединены с второй группой входов второго блока сравнения, первый и второй элементы ЗАПРЕТ, разрешающие входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго блоков сравнения, элемент ИЛИ, первый и второйвходы которого соединены с выходамисоответственно первого и второго элементов ЗАПРЕТ, стохастический интегратор, вход которого соединеч с выходом элемента ИЛИ, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью упрощения, он содержит триггер знака, единичный и нулевой входы которого.соединены с выходами соответственно первого и второго элементов ЗАПРЕТ,запрещающие входы первого и второгоэлементов ЗАПРЕТ соединены с выходами соответственно второго и первогоблоков сравнения, вторая группа входов первого блока сравнения соединенас выходами генератора случайныхчисел.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Яковлев В.В, Федоров Р.Ф,Элементы вычислительной техники свероятностным представлением информации. - "Автоматика и вычислительная техника", Рига, 1972, Ф 5, рис.б,2Яковлев В.В., Случайно-импульсные вычислительные устройства. Учебное пособие ЛИИЖТ, 1973, с. 31,рис.15.3. Яковлев В.В., Федоров Р.Ф. Стохастические вычислительные машины.Л., "Машиностроением, 1974, с. 48,.рис. 22 прототип).