Стохастический интегратор

Союз Советских Социалистических РеспубликОЛ ИКАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТВЛЬСТВУ 111744607(22) Заявлено 09.01,78 (21) 2567888/18-24с присоединением заявки Мо(51) М. Кл.2 С 06 Г 15/36 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Таганрогский радиотехнический институт им. В.Д. Калмыкова( 5 4 ) СТО ХАС ТИЧЕСКИЙ ИНТЕГРАТОР Изобретение относится к вычиСлительной технике и может быть использовано при построении стохастических вычислительных устройств,Известны стохастические интегра,торы, содержащие последовательно щразрядный накопитель подинтегральной функции, входы которого подключены ко входам интегратора и блок стохастического кодирования; состоит из1 О пт-разрядной схемы сравнения чисел в параллельных кодах и генератора случайных чисел, представляющего собой в датчиков равновероятных случайных двоичных последовательностей 1) и 15 2) . Недостатком этих йнтеграторов являются большие аппаратурные затраты, необходимые для построения параллельной схемы сравнения и многоразрядного генератора случайных чисел.Наиболее близок к предлагаемоМу стохастический интегратор, содержащий реверсивный счетчик,суммирующий 25 счетчик, одноразрядный датчик случайных чисел, группу элементов И и элемент ИЛИ, выход которого является вы" ходом интегратора, входами интегратора являются входы реверсивного счетчи 30 ка, выходы элементов И подключены ко входам элемента .ИЛИ, выход однораз- . рядного датчика случайных чисел соединен со входом суммирующего счетчика, выходы которого подключены к импульсным входам соответствующих элементов И, выход переполнения реверсивного счетчика через инвертор и выходной вентиль подключен к выходу интегратора 3) .Однако такой интегратор имеет существенный недостаток - интеграл, текущее значение у которого находится в реверсивном счетчике, преобразуется в выходную стохастическую последовательность 2 с масштабом Р(х), т.е.Р(7) = Р (Х)ЭР(г) - вероятность появленияединицы в выходнойпоследовательности2Р(Х)-0,5 - вероятность появленияединицы в последовательности Х.Умножение на масштаб Р(х) =0,5 при интегрировании приводит к увеличению веса последовательности 2, что в бсльшинстве применений весьма нежелательно, так как приводит к снижению точности интегрирования.(положительных и отрицательных) подключен ко входу младшего в-го разряда реверсивного счетчика 2, Выходы числовых разрядон реверсивногосчетчика 2 подключены к потенциальным входам в зпементов И 3;(1=1,гп),причем выход 1-го разряда (отсчетведется со старшего разряда) подклю.ен ко входу 1-го элемента 3;,Импульсные входы элементов И подключены к выходу элемента 4 запрета и к выходам счетчика 5, Причемвход элемента 3 подключен к выходуэлемента 4 запрета, а вход каждогоэлемента 3;(1=: 2,в) подключен квыходу (в+1) -ого разряда счетчика5. Прямой вход элемента 4 запретаподключен к шине б синхронизирующихимпульсов СИ. Выход датчика 7 случайной двоичной последовательностих подключен к запрещающему входуэлемента 4 и к счетному входу счетчика 5. Выходы всех элементов 3;(1=1,в) подключены ко входам элемента ИЛИ 8, выход которого подключен к выходу 9 интегратора,устройство работает следующимобразом. 50 Цель изобретения - повышение точности и упроп;ение интегратора.Постанленная цель достигается тем,что в стохастический интегратор содержащий ренерсинный счетчик, суммирующий счетчик, одноразрядный датчик случайных чисел, группу элемен 5тов И и элемент ИЛИ, выход которогоявляется выходом интегратора входами интегратора являются входы реверсивного "четчика, выходы элементовИ подключены ко входам элемента ИЛИ,выход одноразрядного датчика случайныхчисел соединен со входом суммирующего счетчика, выходы которого подключены к импульсным входам соответствующих элементов И, соединенных 15своими потенциальными входами свыходами (гп - 1) младших разрядонреверсивного счетчика, дополнительновведен элемент запрета, выход которого подключен к импульсному входу щ 0элемента И, соединенного своимпотенциальным входом с выходомстаршего разряда реверсивного счетчика, запрещающий вход элемента запрета соединен с выходом одноразрядного датчика случайных чисел, а прямойвход элемента запрета является входом синхронизации интегратора;На чертеже представлена блок-схема интегратора,Стохастический интегратор содер- З 0жит входы 1 интегратора, ренерсивныйсчетчик 2, группу элементов И 3, элемент 4 запрета, суммирующий счетчик5, вход б синхронизации интегратора;одноразрядный датчик 7 случайных чисел 35элемент ИЛИ 8, выход 9 интегратора,После включения питания датчик7 формирует случайную последовательность х с вероятностью появления двоичных символов 0 и 1н каждом такте Р(х)=(х)=0,5, Последовательность х поступает на запрещающий вход элемента 4 и на счетный вход счетчика 5,Нуль последовательности хразрешает прохождение импульса синхронизации СИ с шины б на выход элемента 4 - формируется единичный символ последовательности х . Посколькув счетчике 5 при х=О не переключается ни один разряд, то остальныепоследовательности х, х, , хформируемые на выходах счетчика 5,имеют нулевые значения,Таким образом, единичные значенияпоследовательности с вероятностьюР(х)=Р(х)= 1:Р(х)=0,5=2 поступаютна вход элемента Зг.Единица послеДовательности х запрещает прохождение синхроимпульсана выход элемента 4 - формируетсянулевой символ последовательности хлПри этомединицами , поступающаяна счетный вход счетчика 5 вызываетв последнем переключении в единичноесостояние лишь одного из разрядов,например, (гп в . 1 + 1)-ого (1=1,в).Переключение (в+1)-ого разряда изнуля н единицу воспринимается импульсным входом элемента 3;как единица последовательностих, Таким образом, последовательности х х х на импульсныхвходах элементов И образуют последовательности несовместимых событий,т,е, в данном такте единица появляется только лишь в одной изпоследовательностей. Вероятностьпоявления единицы в последовательностях х , х , х,с учетомР(х) =2;" равной соответственноР(х, )=Р(х г ":то(х :р(х) г :2-р(х )= р(х). т-г .л)Перед началом процесса интегрирования н реверсивный счетчик 2 заносится начальное значение интеграла Уо (в частном случае равное нулю).В пРоцессе интегрирования на вход 1 реверсивного счетчика 2 поступают стохастические последовательности положительных или отрицательных приращений интеграла+ЬУ , Поступающие приращения интеграла фиксируются реверсивным счетчиком 2, преобразующим интегральные стохастические по- следовательности+дУ в дноичный код текущего значения интеграла У,которое в процессе интегрирования преобразуется в стохастическую последовательность приращений 6 Е с помощью датчика 7, элемента 4, счетчика .5, элементов И 3 и элемента 8, Выходная последовательность приращений д Е представляе10 с бой интеграл от вхбдной последовательности ьУ .Преобразование интеграла У в стохастическую последовательность приращений осуществляется следующим образом.Последовательности х хх, с вероятностями Р(х )2", Р(х )=2 ,-ГТ 4 2Р (х,) =2 опрашивают соответственно разряды у , у , , у,счетчика 2, На выходах элементов И 31, 3, 3, формируются стохастические последовательности 2= ух, Е, = у х Е = у хе вероятностямиР(Е)= У 2Р(Е. )= у 2 Р( ):У . 1Указанное формирование последовательности Е; (=1,в) заключается впропускании на выход элемента 3;символов последовательности х, втактах, в которых У; = 1. В тактах,когда У; = О, символы последовательности х; на выход элемента 3; непропускаются, т,е. в последовательности 2; в эти такты формируются нули.Поскольку последовательностих,х.х являются несовместными,то несовместными являются последовательности Е, 2 2 и, следовательно, на элементе ИЛИ 8 осуществляется сложение указанных последовательностей с полным суммированием вероятностей,:лт, е, выходная последовательностьимеет математическое ожидание (вероятность) появления единицыв каждом такте, в точности равноетекущему значению интеграла без дополнительных масштабных множителей,В предлагаемом стохастическоминтеграторе математическое ожидание(вероятность) появления единицыв выходной стохастической последовательности равно текущему значениюинтеграла, Это означает равенствовесов входной и выходной стохастических последовательностей, что приреализации сложных математическихзависимостей позволяет исключитьблоки выравнивания весов стохастических последовательностей и приводитк уменьшению аппаратурных затратпри решении сложных математическихзависимостей, систем уравненийи т.п. Дополнительное уменьшение 20 25 30 35 40 45 50 55 оборудования в предлагаемом интеграторе происходит от замены д)ста -точно сложного счетного триггерасуммирующего счетчика более прсстымэлементом запрета. Кроме того, отсутствие эффекта увеличения веса импульса выходной последовательности(отсутствие эффекта прореживания)в предлагаемом интеграторе обеспечивает снижение дисперсии этойпоследовательности в два раза, апогрешности случайного отклонениястохастического представления - в/2 раз по сравнению с дисперсией ипогрешностью известного интегратора. Формула изобретения Стохастический интегратор, содержащий реверсивный счетчик, суммирующий счетчик, одноразрядный датчикслучайных чисел, группу элементов Ии элемент ИЛИ,выход которого является выходом интегратора, входами интегратора являются входы реверсивного счетчика, выходы элементов Иподключены ко входам элемента ИЛИ,выход одноразрядного датчика случайных чисел соединен со входомсуммирующего счетчика, выходы которого подключены к импульсным входамсоответствующих элементов И, соединенных своими потенциальными входами с выходами (ш - 1) младшихразрядов реверсивного счетчика, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности и упрощения интегратора, он дополнительносОдержит элемент запрета, выходкоторого подключен к импульсномувходу элемента И, соединенногосвоим потенциальным входом с выходом старшего разряда реверсивногосчетчика, запрещающий вход элемен-,та запрета соединен с выходом одноразрядного датчика случайных чисел, а прямой вход элемента запрета является входом синхронизацииинтегратора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Яковлев В,В, Федоров Р.Ф,Стохастические вычислительные машины, Л., 1974 с. 148 - 150.2. Авторское свидетельство СССРР 491139, кл. С Об Т 1/02, 1975.3. Авторское свидетельство СССР9 344458, кл. С Об Г 15/36, 1972,д. 4 тент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Филиал ППП Заказ 3795/14 ЦНИИ ПО 11 303Тираж Государственно лам изобретени Москва, Ж,51о комитетаи открытийаушская наб