Стохастическое вычислительное устройство

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик р 11982004(22) Заявлено 29. 04. 81 (21) 3283147/18-24с присоединением заявки Мо(23) ПриоритетОпубликовано 15,12,82, Бюллетень Мо 46Дата опубликования описания 15.12.82 11 М К 3 С 06 Р 7/70 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий; Ленинградский ордена Ленина институт инженеров : желез ыодорожного транспорта им. акад, В. Н, Образцова(54) СТОХАСТИЧЕСКОЕ ИЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОИСТВО Изобретение относится к вычисли-тельной технике и может быть использовано для построения устройства, выполняющих операции Функционального преобразования входной переменной х(2-ех1-2 е, где - количество двоичных разрядов представления величины х).Известны вероятностные устройства, выполняющие операции функционального преобразования и содержащие регистры исходного числа, логические преобразователи, генераторы случайных чисел, блоки ключей и счетчики 11) - 3 ),Недостатком таких устройств являет ся ограниченная функциональная возможность, связанная с тем, что в устройствах обеспечивается интегрирование только по временному параметру (аргументу).Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является стохастический функциональный преобразователь, содержащий последовательно соединенные первый блок ключей, первый счетчик, преобразователь код-вероятность, входы которого соединены с выходами генератора случайных чисел, а выход соединен со входом второго счетчика, выходы второго счетчика соединены со входами второго блока ключей, управляктций вход которого подключен к выходу третьего счетчика, вход третьего счетчика соединен с управляющим входом генератора случайных чисел и выходом генератора тактовых импульсов, управляющий вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, второй выход синхронизатора подключен к управляющему входу первого блока ключей 41.Недостатком этого устройства является невозможность осуществления операции интегрирования по невременному аргументу х, так как третий счетчик реализует операцию сложения приращений входной переменной во времени.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем осуществления операции интегрирования по невременному аргументу.Поставленная цель достигается тем, что стохастическое вычислительное устройство, содержащее первый блок ключей, группа входов которого является входами устройства, первый счетчик, группа входов которого соединена с группой выходов первого блока ключей, преобразователь код - ве 982004роятность, первая группа входов которого соединена с группой выходов первого счетчика, генератор случайных,чисел, группа выходов которого соединена со второй группой входов преобразователя код-вероятность, второйсчетчик, счетный вход которого соединен с выходом преобразователя кодвероятность, второй блок ключей,группа входов которого соединена сгруппой выходов второго счетчика, а 10группа выходов - является выходамиустройства, третий счетчик выходкоторого соединен с управляющимвходом второго блока ключей, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со входами генератораслучайных чисел и третьего счетчика,синхронизатор, первый выход которогосоединен .со входом генератора тактовых импульсов, а второй выход - соединен с управляющим входом первогоблока ключей, дополнительно содержиттриггер, элемент И, элемент ИЛИ, группа входов которого соединена с группойвыходов первого блока ключей, а выход 25соединен с единичным входом триггера,нулевой выход триггера соединен с первым входом элемента И, второй входкоторого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход - 30соединен со счетным входом первогосчетчика,На чертеже представлена блок-схема устройства.Устройство содержит генератор тактовых импульсов 1, элемент ИЛИ 2,триггер 3, элемент И 4, первый блокключей 5, первый счетчик б, преобразователь код-вероятность 7, генератор случайных чисел 8, третий счетчик 9, синхронизатор 10, второй счетчик 11, второй блок. ключей 12,Группа выходов первого блока ключей 5 соединена с группами входовэлемента ИЛИ 2 и первого счетчика б, 45группа выходов которого соединена спервой группой входов преобразователя код-вероятность 7. Вторая группа входов преобразователя код-вероятность 7 соединена с группой выходовгенератора случайных чисел 8, а выходсоединен со счетным входом второгосчетчика 11, группа выходов которогосоединена с группой входов второгоблока ключей 12. Выход генератора тактовых импульсов 1 соединен со вторымвходом элемента И 4 и входами генератора случайных чисел 8 и третьегосчетчика 9, выход которого соединенс управляющим входом второго блокаключей 12. Выход элемента ИЛИ 2 соединен с единичным входом триггера 3,нулевой выход которого соединен спервым входом элемента И 4. Выходэлемента И 4 соединен со счетнымвходом первого счетчика б. Первый 65 выход синхронизатора 10 соединен со входом генератора тактовых импульсов 1, а второй выход соединен с управляющим входом первого блока ключей 5.Стохастическое вычислительное устройство работает следующим образом.Перед началом работы синхронизатор 10 устанавливает в нулевое состояние все счетчики устройства и триггер (цепи обнуления счетчиков и триггера на чертеже не указаны), По сигналу из синхронизатора 10 двоичный код числа х через первый блок ключей 5 передается в 0 -разрядный первый счетчик б.Если х = О, состояние триггера 3 остается неизменным и по сигналу от синхронизатора 10 генератор тактовых импульсов 1 через элемент И 4 передает импульсы на счетный вход первого счетчика б, Таким образом, в каждом такте значение аргумента х увеличивается на 2 (где Г-разрядность8.первого счетчика) и на вход преобразователя код-вероятность 7 поступает линейно изменяющееся во времени значение х.На вторые входы преобразователя код-вероятность 7 подается одновременно случайное двоичное число от генератора случайных чисел 8, Генератор случайных чисел 8 имеет 0 выходов, по каждому из которых передается случайная последовательность импульсов с вероятностью появления импульса в каждом такте, равной 1/2. Следовательно, вероятность появления случайного Г -разрядного двоичного числа на выходах генератора случайных чисел 8 равна 2Получаемая в результате преобразования нестационарная случайная последовательность импульсов с вероятностью появления импульса в каждомтакте, равной р (у) = Ч (х), поступает на вход второго счетчика 11,который производит оценку нестацио"нарной случайной последовательностиу по математическому ожиданию.Процесс оценивания последовательности, как и в схеме прототипа, ограничен по времени в 2 тактов. Конецэтого временного интервала определенимпульсом переполнения третьего счетчика 9. Таким образом, математическое ожидание содержимого счетчика 11за время 1 = 2тактов равноМ(Сг)/+ Е = 2;С (х.),1-лт,е. в данном режиме устройство воспроизводит операцию интегрированияпо невременному аргументу х,линейноизменяющемуся в нормированном интервале 0-1.Полученный результат передаетсяна выход устройства через второйблок ключей 12 в момент переполнения третьего счетчика 9.Если хО, то импульс, появляющийся в момент передачи на выходе элемента ИЛИ 2, устанавливает в единицу триггер 3 и в течение цикла работы устройства Т = 26 тактов .в первом счетчике б сохраняется неизменное значение величины х.Следовательно, на выходе преобразователя код-вероятность 7 имеем ста 30 ционарный случайный процесс, для которого р(у, )=ру) =Ф(М) и М(Сг)+, Р =2 у(х), т,е, в этом режиме устройство воспроизводит функцию, аналогичную устройству прототипа. 15Таким образом, технико-экономический эффект устройства заключается в расширении его функциональных воэможностей по сравнению с прототипом, так как в нем обеспечивается помимо 20 операции временного интегрирования и интегрирование по невременному аргументу.Формула изобретения25Стохастическое вычислительное устройство, содержащее первый блок ключей, группа входов которого является входами устройства, первый счетчик, группа входов которого соедине- З 0 на с группой выходов первого блока ключей, преобразователь код - вероятность, первая группа входов которого соединена с групгой выходов первого счетчика, генератор случайных чисел, группа выходов которого соединена с второй группой входов преобразователя код-вероятность, второй счетчик, счетный вход которого соединен с выходом преобразователя код - вероят ность, второй блок ключей, группа входов которого соединена с группой выходов второго счетчика, а группа выходов является выходами устройства, третий счетчик, выход которого соединен с управляющим входом второго блока ключей, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входами генератора случайных чисел и третьего счетчика, синхронизатор, первый выход которого соединен с входом генератора тактовых импульсов, а второй выход соединен с управляющим входом первого блока ключей, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем осуществления операции интегрирования по невременному аргументу, оно содержит триггер, элемент И, элемент ИЛИ, группа входов которого соединена с группой выходов первого блока ключей, а выход соединен с единичным входом триггера, нулевой выход триггера соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход соединен со счет" ным входом первого счетчика.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Федоров Р.Ф., Яковлев В.В.,Добрис Г.В. "Стохастические преобразователи информации", Л "Машиностроение 1, 1978, рис, 69, с. 45, 107.2, Авторское свидетельство СССРР 744602, кл. 6 06 Р 15/34, 1978.3. Авторское свидетельство СССРР 690495, кл. 6 06 Р 15/36, 1976.4, Яковлев В.В Федоров Р.Ф,982004Майорооставитеехред К.Редакторовтиектор С. ШекмаоЗаказ 9713 6ПодписнТираж 731ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, х, Раушская наб., д. 4/5ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4и