Стохастический вычитатель

оо 970363 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик. (22) Заявлено 03,02,81 (21) 3273227/18-24 Р 1 М К 3 с присоединением заявки Мо(23) Приоритет 6 06 Р 7/70 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(088. 8) Опубликовано 301082, Бюллетень Мо 40 Дата опубликования описания 30,1).82(72 Авторыизобретения В,В.Яковлев, А.В.Яковлев, Р.ф.федоров и Г,Ленинградский ордена Ленина институт инже железнодорожного транспорта им. акад,В,Н.(71) Заявитель ТОХАСТИЧЕСКИЙ ВЫЧИТАТЕЛЬ ычис- ачаетР - аз-.а ) 5 ных маказ итаучайчисел,чики,13,Изобретение относится влительной технике и предн нся для выполнения вычитаниярядных чисел А и В (С = - +в стохастических вычислительшинах,Известны стохастические вычтели, содержащие генераторы слных равномерно распределенныхблоки с.равнения, двоичные счелогические элементы И, ИЛИ, НГ 21 и 3). Недостатком известных вычитателей является низкая точность вычислений при декодировании результата операции вычитания, что вызвано применением независимых генераторов В -разрядных случайных чисел в каналах преобразования операндов А и В и результата2 операции вычитания С.Наиболее близким к предлагаемому является стохастический вычитатель (4 3, .содержащий первый, второй и третий блоки сравнения, генератор псевдо случайных чисел, первый и второй элементы ЗАПРЕТ, элемент ИЛИ, элемент И-НЕ, реверсивный счетчик, разрядные выходы которого соединейы с первой группой входов третьего блока 30 сравнения, выход третьего блока сравнения подключен ко второму входу элемента И-НЕ, второр выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика, суммирующий вход реверсивного счетчика соединен с первым выходом элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, первый вход элемента ИЛИ соединен с выходом первого элемента ЗАПРЕТ, разрешающий вход которого подключен к .выходу первого блока сравнения, первая группа входов первого блока сравнения соединена с к -разрядными шинами кода числа А, а вторая группа входов - с е -выходами генератора псевдослучайных чисел, 0 +1-й выход которого соединен с запрещающим входом первого элемента ЗАПРЕТ, выход первого элемента ЗАПРЕТ соединен со вторым входом элемента ИЛИ, а запрещающий вход - с выходом второго блока сравнения, первая группа входов которого соединена с 3 -разрядными шинами кода числа В.К. +1-й разряд генератора псевдослучайных чисел, как и остальные его разряды, выдает случайную равновероятностную двоичную последовательность,т.е. такую, в которой р(0)= р(1)= тПоэтому результат на выходе реверсивного счетчика1 А - В С =+ -Недостатком этого устройства является также низкая точность выполнения операции вычитания,Цель изобретения - повышение точности,Поставленная цель достигается тем,10что стохастический вычитатель, содержащий первый блок сравнения, перваягруппа входов которого является входами уменьшаемого вычитателя, генератор псевдослучайных чисел, группавыходов которого соединена со второйгруппой входов первого блока сравнения, второй блок сравнения, перваягруппа входов которого является входом вычитаемого вычитателя, первыйэлемент ЗАПРЕТ, разрешающий вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, второй элемент ЗАПРЕТ,запрещающий вход которого соединенс выходом второго блока сравнения,запрещающий вход первого и разреша-ющий вход второго элементов ЗАПРЕТподключены к выходу генераторапсевдослучайных чисел, элемент ИЛИ,входы которого соединены с выходамипервого и второго элементов ЗАПРЕТ, ЗО, элемент И-НЕ, первый вход которогосоединен с выходом элемента ИЛИ,. ре,версивный счетчик, суммирующий и вычитающий входы которого соединены свыходами элемента И-НЕ, третий блок 35сравнения, первая группа входовкоторого соединена с разрядными выходами реверсивного счетчика, а выходсоединен со вторым входом элементаИ- НЕ, дополнительно содержит блок элементов НЕ, группа выходов которого соединена со второй группой входов второгоблока сравнения, группа входов блока элемента НЕ и вторая. группа входовтретьего блока сравнения подключены к, 45группе выходов генератора псевдослучайных чисел,На чертеже представлена блок-схемавычитателяУстройство содержит первый блок 1сравнения, генератор 2 псевдослучайных,чисел, второй блок 3 сравнения, блокэлементов НЕ 4, первый 5 и второй 6элементы .ЗАПРЕТ, элемент ИЛИ 7, реверсивный счетчик 8, третий блок 9 сравнения, элемент И-НЕ 10. 554Группа выходов генератора 2 псевдослучайных чисел соединена со вторымигруппами выходов первого 1 и третьего9 блоков сравнения и группой входовблока элементов НЕ 4, группа выходов 60которого соединена со второй группойвходов второгоблока 3 сравнения. Выходы первого 1 и второго. 3 блоковсравнения соединены соответственно сразрешающим входом первого элемента 65 ЗАПРЕТ 5 и запрещающим входом второгоэлемента ЗАПРЕТ 6. Запрещающий входпервого 5 и разрешающий вход второго6 элементов ЗАПРЕТ подключены к выходу генератора 2 псевдослучайных чисел.Выходы первого 5 и второго 6 элементовЗАПРЕТ соединены со входами элементаИЛИ 7, выход которого соединен с первым входом элемента И-НЕ 10. Выходыэлемента И-НЕ 10 соединены с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 8, разрядные выходыкоторого соединены с первой группойвходов третьего блока 9 сравнения.Выход третьего блока 9 сравнениясоединен со вторым входом элементаИ-НЕ 10,Вычитатель работает следующим образом.Работа устройства управляется последовательностью синхроимпульсов,подаваемых на соответствующие входыпервого 1, второго 3 и третьего 9блоков сравнения (на чертеже эти входы не показаны). По каждому синхроимпульсу на выходах первого 1, второго 3, третьего 9 блоков сравненияи 1 +1-м выходе генератора 2 псевдослучайных чисел вырабатывается бинарный символ (О или 1) соответственноа, Ь, у,1 с (й - дискретное время),причем вероятности появления единичного символа соответственно равны:р (ай) = А,р (Ь) = В,р (у+) = г(гслучайная величина - содержимое реверсивного счетчика в момент времений), рДс) =Я .Вероятность появления "1" в случайной последовательности Й на выходе элемента ИЛИ 7 равна1 А-Вр(й ) =р 0 с а у 1 сЪ ) =+ -Последовательности Й и у далее поступают соответственно на первый и второй входы элемента И-НЕ 10. Его назначение состоит в том, чтобы предотвратить возможность одновременного появления единичных сигналов (+1 и -1) на суммирующем и вычитающем входах реверсивного счетчика 8.Результат вычитания накапливается в реверсивном счетчике 8М(г) =2 ( + - ),8 1 А"Вгде 8 - разрядность реверсивногосчетчика.Таким образом, в схеме прототипа и в предлагаемом устройствереализуется одинаковая функциональная зависимость,Мерой погрешности устройства является дисперсия содержимого реверсивного счетчика 8, т,е. дисперсияслучайной величиныБлагодаря включенйю в стохастический вычитатель блока элементов НЕ4 и укаэанному соединению его входов и выходов со входами блоков сравнения, в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом достигается значительное уменьшение погрешности вычисления С = ф + ф, так как5 между случайными последовательностями на суммирующем и вычитающем входах реверсивного счетчика в этом случае устанавливается положительная взаимная корреляционная связь, стаби лизирующая процесс накопления содержимого счетчика,Коэффициент(где Р (.к) и Р(г) - дисперсии соответственно для прототипа и предлагаемого устройства) выражае относительное изменение статистической погреш ности выполнения операции вычитания С = - + : в предлагаемом устрой 1 А-д2стве по сравнению с устройством прототипа.Например, если А = 0,6; В = 0,6, 25 то Ы = 5. Причем выигрыш в точности тем выше, чем ближе друг к другу значения А и 1-В.Формула изобретенияСтохастический вычитатель, содержащий первый блок сравнения, первая группа входов которого является входами уменьшаемого вычитателя генератор псевдослучайных чисел, группа выходов которого соединена с второй группой входов первого блока сравнения, второй блок сравнения, первая группа входов которого является вхо дом вычитаемого вычитателя, первый0 элемент ЗАПРЕТ, разрешающий вход которого соединен с выходом первого, блока сравнения, второй элемент ЗАП- РЕТ, запрещающий вход которого соеди 45 нен с выходом второго блока сравнения, запрещающий вход первого и разрешающий вход второго элементов ЗАПРЕТподключены к выходу генератора псевдослучайных чисел, элемент ИЛИ, входыкоторого соединены с выходами первогои второго элементов ЗАПРЕТ,. элементИ-НЕ, первый вход которого соединенс выходом элемента ИЛИ, реверсивныйсчетчик, суммирующий и вычитающий входы которого соединены с выходамиэлемента И-НЕ, третий блок сравнения,первая группа входов которого соединена с разрядными выходами реверсивного счетчика, а выход соединен соворым входом элемента И-.НЕ, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности, он содержит блок"элементов НЙ, группа выходов которого соединена с второй группой входов второго блока сравнения, группавходов блока элементов НЕ и "ВТораягруппа входов третьего блока сравнения подключены к группе выходовгенератора псевдослучайных чисел. 3.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Яковлев В.В. Случайно-импульсные вычислительные устройства. Учебное пособие, Ленинградский институтжелезнодорожного транспорта, 1973,с. 31, рис. 15,2. Яковлев В.В федоров Р,ф. Элементы вычислительной техники с вероятностным представлением информации.Автоматика и вычислительная техника,Рига, 1972; Р 5, рис, 6,3. Федоров Р.ф, Яковлев В.В.,Добрис Г.В. Стохастические преобразователи информации, Л., "Машиностроение", 1978, с. 64.4. Яковлев В.В., федоров Р.ф. Стохастические вычислительные машины.Л "Машиностроение", 1974, с. 48,рис. 22 (прототип)9703 бЗ Составитель О. Майоровктор Ю. Середа Техред Л.Пекарь Коррект Буря к Зак е ПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,или 8389/60 Тираж ВНИИПИ Государст по делам иэобр 113035, Москва, МГ 1нногенийРа Подпикомитета СССоткрытийокая наб., д