Формальный нейрон

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 4 091 С 06 С 7/60 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56). 1. Авторское свидетельство ССй 204729, кл. 6 06 6 7/60, 1966.2. Авторское свидетельство СССРй 647699, кл. С 06 С 7/60, 1976(прототип),(54) (57) ФОРМАЛЬНЫЙ НЕЙРОН, содержащий блок задания весовых коэффициентов, два сумматора и пороговый элемент, выход которого является выходом формального нейрона, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и упрощения процесса перестройки весовых коэффициентов, блок задания весовых коэффициентов состоит из источника плоскополяризованного света, непрозрачной маски с отверстиями, оптического фильтра плоскости поляризации света и магнитной пленки-носителя цилиндрических магнитных доменов с расположенными на ней идентичными участками, каждый из которых состоит из генератора цилиндрических магнитных доменов, магнитно связанного со сдвиговым регистром весовых коэффициентов, выполненного в виде цепочки примыкающих друг,к другу неимплантированных дисков, двух токовых шин управления, расположенных симметрично с разных сторон сдвигового регистра,и линейки ячеек считывания, выполненной в виде изолированных неимплантированных дисков, расположенных симметрично неимнлантированным дискам сдвигового регистра весовых коэффициентов относительно одной из токовой шины управления и магнитно связанных с ними, источник плоскополяризованного света,оптичес- а ки связан через непрозрачную маску с отверстиями с одной поверхностью изолированных неимплантированных дисков всех ячеек считывания, другая поверхность которых через оптический фильтр плоскости поляризации света оптически соединена с сумматорами, выполненными в виде пленочных фото- ее) приемников и расположенных под соот- ффф ветствующими участками магнитной плен- СО ки-носителв, подключенных к соответ- Я) ствующим входам порогового эле- (;ф мента. ВьИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах рас"познавания образов, а также при моделировании нейронов и нейронных се- .тей,Известен Формальный нейрон,содержащий блок весовых коэффициентов, сумматор и пороговый элемент 1,1.10Блок весовых коэффициентов содер.жит источник плоскополяризованногосвета, непрозрачную маску с отверстиями, магнитную пленку-носительцилиндрических магнитных доменов с15расположенными на ней идентичнымивходными каналами и анализатор плоскости поляризации света, причем маг"нитная пленка и маска расположенымежду источником света и анализатором, а каждый яз упомянутых входных20каналов содержит сдвиговый регистрс подключенным к нему генератором цилиндрических магнитных доменов (ЦМД) 1расположенную параллельно сдвиговому25регистру линейку ячеек считывания,представляющих собой области с повыщенной коэрцитивностью, и две токовые шины управления, расположенныесимметрично с разных сторон сдвигового регистра, а каждая ячейка расположена рядом с соответствующим этойячейке разрядом сдвигового регистраи на одной оптической оси с соответствующим ей отверстием,Недостатками известного решения 35являются малое число входов и трудность перестройки весовых коэффициентов.Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для моделирования нейрона, содержащее блок задания весовых коэффициентов, два сумматора и пороговыйэлемент, выход которого является выходом устройства 1 2 1. 45Недостатком устройства являетсянизкая точность из-за ограниченногочисла видов,Цель изобретения - повышение точности и упрощение процесса перестрой ки весовых коэффициентов.Поставленная цель достигается тем,что в формальном нейроне, содержащемблок задания весовых коэффициентов,два сумматора и пороговцйфэлемент, 55выход которого является выходом формального нейрона, блок задания весовых коэффициентов состоит из источника плоскополяризованного света,непрозрачной маски с отверстиями, оптического фильтра плоскости поляризации света и магнитной пленки-но-. сителя цилиндрических магнитных доменов с расположенными на ней идентич"ными участками, каждый из которых состаит из генератора цилиндрических магнитных доменов, магнитно связанного со сдвиговым регистром весовых коэффициентов, выполненного в виде цепочки примыкающих друг к другу неимплантированных дисков, двух токовых шин управления, расположенных симметрично с разных сторон сдвигового регистра, и линейки ячеек считывания, выполненной в виде изолированных неимплантированных дисков, расположенных симметрично неимплантированнцм дискам сдвигового регистра весо" вых коэффициентов относительно однойиз токовой шины управления и магйитносвязанных с ними, источник плоскополяризованного света оптически связанчерез непрозрачную маску с отверсти"ями с одной поверхностью изолирован"ных неимплантированных дисков всехячеек считывания, другая поверхностькоторых через оптический фильтр плос"кости поляризации света оптическисоединена с сумматорами, выполненными в виде пленочных фотоприемникови расположенных под соответствующимиучастками магнитной пленки-носителя,подключенных к соответствующим входам порогового элемента.Диаметр изолированных неимплантированных дисков ячеек считывания ра-.вен диаметру ЦМП, а ячейки считывания расположены в области с повышенной коэрцитивностью.На чертеже показана конструкцияустройства,Формальный нейрон (ФН) состоит измагнитной пленки-носителя 1 с формированными на ней параллельными другдругу идентичными каналами (участками) 2, Каждый канал 2, соответству",ющий одному входу ФН, содержит сдвиговый регистр 3 весовых коэффициентов, подключенный к своему генератору ЦМД 4, линейку 5 ячеек считыва-.ния и две токовые шины 6 и 7 управления. Каждый элемент 8 регистра 3 раеположен рядом с одной ячейкой 9 линейки 5 ячеек считывания, Токовая шина 6 расположена между регистром 3 илинейкой 5, причем токовые шины 6и 7 расположены симметрично с разныхсторон относительно регистра 3, Чис"3984 4ковую шину 6.подается импульс токаположительной полярности, в резуль"тате чего все ЦИД из регистра 3 ве"совых коэффициентов переводятся в 5 линейку 5.На второй фазе этапа логическойобработки включается источник 10плоскополяоизованного света и форми"руется сигнал на фотоприемниках 0 1 4 и 1 42 причем в силу тОГОр чтО1логическая обработка входных сигна"ров всеми каналами осуществляется паоаллельно, то на выходе фотоприемни,ка 14 формируется сигнал, пропорцио нальнйй суммарном световому потокуот всех каналов первой группы, а навыходе фотоприемника 14 у формируетсясигнал, пропорциональный суммарномусветовому потоку от всех каналов 20 второй группы, причем коэффициентпропорциональности для обоих фотоприемников одинаковый. Плоскость. пропус"кания фильтра 13 ориентирована так,что свет не проходит, если на его 25 пути в линейке 5 ЦИД отсутствуют.Таким образом, сигнал на выходе порогового элемента определяется форму- лой 30 35 ао 45 50 55 3 1 0.1ло элементов 8 в регистре 3 и числоячеек 9 в линейке 5 рано положительному целому числу т, Над пленкой 1расположен источник 10 плоскополяри"зованного света, создающий равномерный световой поток. Вся поверхностьпленки 1, за исключением ячеек 9 всехвходных каналов, закрыта непрозрачной маской 11 с отверстиями 12. Под;пленкой 1 расположен пленочный опти"ческий Фильтр 13 плоскости поляризации проходящего света, под которымрасположены пленочные фотоприемники14 сумматора, если участок 2 относится к первой группе, т.е. работает сположительными весовыми коэффициентами, и пленочный фотоприемник 14сумматора, если участок 2 относитсяк второй группе входньх каналов, Выход фотоприемника 14 подсоединен кпервому входу, а фотоприемника 142 к второму входу порогового элемента15. Выход 16 порогового элемента 15является общим выходом ФН, а элементы 10, 11, 1 и 13 составляютблок 17 задания весовых коэффициентов.Устройство работает следующимобразом,Имеется подготовительный этап,во время которого осуществляетсязаполнение регистра 3. Для заполнения регистра 3 весовых коэффициентов данного канала на вход гене"ратора ЦИД.4, управляющего процессом заполнения регистра 3 весовыхкоэффициентов, подаетсяв-разряднаябинарная последовательность, суммарное число единиц которой равно модулю весового коэФфициента 1 ш 1, где1 - Йомер данного канала, После заполнения регистра 3 весовых коэффициентов число ЦИД в нем равно числуединиц бинарной последовательности,поданной на генератор ЖД 4, На этомподготовительный этап заканчивается, Затем следует этап логическойобработки совокупности и бинарныхвходных сигналов Х., Х 2 Хп, гдеппи , п 4 и и - число каналов первой и второй группы соответственно,Если входной сигнал данного каналаравен нулю, токовая шина 6 не воз"буждается и, следовательно, исходное состояние линейки 5 ячеек считывания, при Котором ЦИД в ней Отсутствуют, не изменяется, Если же входной сигнал равен единице, то на. пер"вой фазе логической обработки на тоНа третьей фазе этапа логической обработки подается импульс тока отрицательной полярности на все токовые шины 6, в результате чего все ЦИД из линеек 5 ячеек считывания возвращаются на свои прежние места в регистрах 3 весовых коэФфициентов, После этого устройство готово к обработке нового набора входных сигналов. При необходимости изменения ве" совых коэффициентов подается стираю" щий импульс тока на токовые шины 6 и 7 одновременно, что приводит к унич" тожению ЦИД в регистре 3 весовых коэффициентов. После этого осуществляется заполнение регистра 3 весо вцх коэффициентов новым значением весового коэффициента описанным спо" собом.Положительный эффект устройства за" ключается в том, что за счет исполь" зования в устройстве магнитно-Оптической развязки входных цепей можно создавать ФН, имеющие до 1000 входов. Применение многовходовых нейроподоб" ных элементов позволяет значительно расширить функциональные возможности101398 Ц 5устройств обработки информации, в которых применяются предлагаемые формальные нейроны в качестве основных структурных элементов. 5 Другим достоинством предлагаемого ФН является упрощение процесса перестройки весовых коэффициентов, достигаемое благодаря использованию в уст- о ройстве специальных регистров весовых коэффициентов. Процесс перестройки осуществляется автоматически за время порядка 10 с. ставитель Р.Яицковхред.Ж Яастелевиче аиает орректор Г,Решетн Редактор А,Шишкина 704 Подп твенного комитета ССС ретений и открытийЖРаушская наб.,но атент", г. Ужг иал П ул. Проектная,Заказ 3019/59 Тираж ВНИИПИ Государ по делам изо 113035, Москва, ЬПоложительный эффект предлагаемо" го ФН за ключа ет ся та кже в увели чени и количества типов нейронов и нейронных сетей, которые могут быть физически промоделированы с помощью ФН, а также в повышении точности модели" рования, Максимальное количество ФН в физической модели нейронной структуры определяется максимальным количеством входов используемого ФН, та" ким образом, из предлагаемых нейронов можно строить сеть, содержащую 1000 ФН при точности установки весового коэффициента каждого входа 1000 градаций.