Стохастический интегратор

СО 03 СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 606 Г 15/36 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУЪГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНйиТ 19(54) СТОХАСТИЧЕСКИЙ ИНТЕГРАТОР 57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении интегрирующих машин, вероятностных вычислительных и моделирующих устройств, Цель изобретения - расширение функциональных возможностей интегратора за счетФинтегрирования знакопеременных функций н увеличения числа его выходов до двух. Интегратор содержит реверЯО 1215120 А сивныи счетчик 1 входы которого явл.ются входами, устройства, элементЗАПРЕТ, суммирующий счетчик, группуэлементов И, выходы которых соединены с входами элемента ИЛИ н входсинхронизации. Новым является введение группы элементов НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ, группы каналов формированияпотоков импульсов, каждый из которыхсодержит элемент И и элемент ЗАПРЕТ,источник случайного потока импульсов. Изобретение позволяет реализовать стохастическнй интегратор длязнакопеременных функций (в том числе и для функций одного знака)эффективно его использование в стохастических вычислительных и моделирующих устройствах, в которых в ходеработы требуется оперативно изменятьпараметры и структуру моделей в соответствии с заданной системой диффе-ренциальных уравнений. 3 ил.Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении интегрирующихмашин с последовательныгл переносом,стохастическях вычислительных и моде.лирующих устройств,Целью изобретения является расширение функциональных возможностейинтегратора за счет интегрированиязнакопеременных функций и образования выходов положительных и отрицательных приращений интеграла.Сущность изобретения состоит вреализации с помощью группы элементов НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ и старшегоразряда реверсивного счетчика двоично-кодового представления значенийзнакопеременной подынтегральнойфункции. В результате у предлагаемого интегратора. появляется свойство системы с двухлинейным стохастическим кодированием текущих значений подынтегральной функции в видеслучайной беряуллневской последовательности импульсов на одномиэ двух выходов, положительных либоотрицательных приращений интеграла.На фиг. 1 приведена структурнаясхема предлагаемого интегратора;на фиг. 2 - структурная схема элемента НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ; на фиг,З -временные диаграммы, поясняющие работу интегратора.Стохастический интегратор содержит входы положительных 1 и отрицательных 2 приращений подынтегральной функции, реверсивный (н +1) -разрядный двоичный счетчик 3, элементЗАПРЕТ 4, Суммирующий 11 -разрядныйсчетчик 5, группу Г элементов НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ 6, ( г+1) блоков 7формирования потоков импульсов, каждый из которых содержит элемент И 8и элемент ЗАПРЕТ 9, группу 10 элементов И, элемент ИЛИ 11, источник12 случайного потока импульсов,вход 13 синхронизации, выходы положительных 14 и отрицательных 15 приращений интеграла.Входы 1 и 2 интегратора соединены соответственно с сумирующим ивычитающим входами (п + 1) -го разрядного реверсивного счетчика 3.Выход (ь + 1 -и 1-го разряда реверсивного счетчика 3 через соответствующий элемент НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ 6группы соединен с первым входомМ -го элемента И группы 10 (гп = 1,10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 2,11). Вторые входы элементов НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ 6 группы объединены между собой и соединены с выходом старшего (И +1) -го разряда реверсивного счетчика 3 и с управляющими входами элементов И 8 и ЗАПРЕТ9 (И + 1)-го блока 7 формирования. Выход источника 12 случайного потока импульсов через элемент ЗАПРЕТ 4 соединен со счетным входом счетчика 5, выход каждого из разрядов счетчика 5 соединен с объединенными управляющими входами элементов И 8 и ЗАПРЕТ 9 соответствующего блока 7 формирования. Выходы элементов И 8 первых Ь блоков 7 формирования соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы 10, выходы которых соединены с входами элемента ИЛИ 11, выход которого соединен с объединенными информационными входами элементов И 8 и ЗАПРЕТ 9 (г + 1) -го блока 7 формирования. Выход элемента ЗАПРЕТ 9 М -го блока 7 формирования соединен с объединенными информационными входами элементов И 8 и ЗАПРЕТ 90+ 1) -го блока 7 формирования(гт = 1, 2,1), Вход 13 синхронизации соединен с управляющим входом элемента ЗАПРЕТ 4 и с объединенными информационными входами элементов И 8 и ЗАПРЕТ 9 первого блока 7 формирования.Каждый элемент НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ 6 группы реализует логическую функцию вида Х = Х Хг Ч Хл Х с помощью типовых элементов И, ИЛИ, НЕ дискретной техники ( фиг.2) и представляет собой последовательно соединенные элемент ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ и элемент НЕ.Интегратор работает следующим образом.Импульсы синхронизации с частотой Гг, (фнг.36)с входа 3 поступают на информационные входы элементов И 8 и ЗАПРЕТ 9 первого блока 7 формирования. На управляющие входы этих же элементов И 8 и ЗАПРЕТ 9 поступает двоичный сигнал,(фиг. ЗЦ первого разряда счетчика 5, который работает в режиме пересчета случайного потока импульсов ( фиг.За) источника 12 с интенсивностью До . При этом для надежного прохождения импульсов синхронизации через блоки 7 формирования вход счетчика 5 на время действия импульсов синхронизации с помощьюэлемента ЗАПРЕТ 4 отключается от источника 12;Поскольку среднее время пребывания элементов И 8 - 1 и ЗАПРЕТ 9-1 в открытом состоянии одинаково, то вероятности Р (.1), Р,(0) событий, заключающихся в том, что импульс синхронизации появится на выходах элементов И 8-1 и ЗАПРЕТ 9-1 соответственно равны между собой и сос О тавляют полную группу событий Р(1)+ Р(0)= 1. Осюда следует, что Р, 1) = Р,(0) = 0,5. Кроме того, при выполнении условия Яр ) 10 си обеспечивается независимость состояния 15 первого разряда счетчика 5 в тактовые моменты: О, 1, 2 20 Последовательность импульсов свероятностью Р ( 1)= 0,5 их появле-,ния в тактовые моменты 1 И(фиг.31)поступает на вход первого элементаИ группы 10. Идентичная случайнаяпоследовательность импульсов (фиг.3)поступает на информационные входыЭэлементов И 8 и ЗАПРЕТ 9 второгоблока 7 формирования.Работа второго блока 7 формирования аналогична работе первогоблока 7,Управляющим сигналом второго блока 7 является двоичный сигнал(фиг,3 е) с выхода второго разрядасчетчика 5. Вероятности появлениясинхроимпульса на выходах элементов И 8-2 (фиг.3) и ЗАПРЕТ 9-2(фиг.3 к) также равны между собой исоставляют соответственно: 30 Э 5 40 Р 1 (1) = Р, (0) р (1) = 0,5 0,5 2. Р(,1)= 2; и= 1,В процессе интегрирования навходы реверсивного счетчика 3 вунитарном коде поступают положитель(О) = Р, (0) р (0) = 0,50,52 ,45 .где р (1) = р (0)- вероятности состояний второго разряда счетчика 5.С учетом того, что вероятностиРи,(1) = Р,( О) = 0,5 одинаковы длявсех (т = 1, 2И) блоков 7 формирования, вероятность появления синхроимпульса на входе элемента И 8-пгруппы 10 составит ные и отрицательные приращения подын тегральной функции. При этом подынте ральная функция может принимать какположительные, так и отрицательные значения, Знак ( +), ( - ) значений функции отображается состояниями старшего разряда реверсивного сче 1- чика 3 а+1 . 0 либосоответственноПоложительные значения подынтегральной функции в реверсивном счетчике 3 представлены прямым двоич" ным кодом Х , отрицательные - допол" нительным двоичным кодом Х 1)рд .Преобразование дополнительного двоичного кода Х в прямой Хр вы-л полняет группа элементов НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ 6. В зависимости от состояния старшего (и + 1) -го разряда реверсивного счетчика За+, = О либо 1 каждый элемент НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ 6 группы передает состояние соответствующего разряда реверсивного счетчика 3 на первые входы И элементов И группы 10 без инверсии либо с инверсией соответственно. Приближенное равенство Хор Хпр справедливо с точностью до 2 и при больших значениях= 10-12 может рассматриваться как точное.Таким образом, при любых значениях (положительных и отрицательных) подынтегральной функции на управляющих входах группы 10 элементов И действует двоичный код, который соотвествует абсолютным значениям ординат подынте гральной функции.Преобразование абсолютных значений ординат подынтегральной функции в стохастическую последовательность импульсов (приращений интеграла) происходит следующим образом.С выходов элементов И 8 первых ь блоков 7 формирования последователь" ности Х, несовместных событий ( сиихроимпульсов) с вероятностями их появления Р = 2 , о 1,ь поступают на элементы И группы 10, где выполняются операции умножения: Рд.,либо Р Он 4-ь,где а(а)- прямое (инверсное) состояние разрядов реверсивного счетчика 3.Элемент ИЛИ И объединяет события (синхроимпульсы), появляющиеся на выходах Л элементов И группы 10.ИР(,): а 1:х,1Из (2 ) следует, что вероятность появления синхроимпульса на входе элемента ИЛИ 1 равна абсолютному значению ординаты подынтегральной функции, представленному в виде пра вильной двоичной дроби 1 Хр = О аа ,о. .с,= 0,1 , м = 1,пС выхода старшего п+1)-го разряда реверсивного счетчика 3 информация о знаке подынтегральной функция .-поступает на управляющие входы элементов И 8 и ЗАПРЕТ 9 (, + 1) - го блока 7 формирования и используется для подключения выхода элемента ИЛИ .11 к каналу положительных 14 либо отрицательных 15 приращений интеграла. 1 О 20Формула изобретенияСтохастический интегратор, содержащий реверсивный (Ь + 1)-разрядный двоичный счетчик, суммирующий и вычитающий входы которого являются 25 соответственно входами положительных и отрицательных подынтегральных приращений интегратора, элемент ЗАПРЕТ, суммирующий Ь -разрядный двоичный счетчик, группу элементов И, вы ходы которых подключены соответственно к входам элемента ИЛИ, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет интегрирования знакопеременных функций, он содержит источник случайного потока импульсов, группу из Н элементов НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ, (Н+ 1) блоков формирования потоков импульсов, каждый из кото рых состоит из элемента ЗАПРЕТ и элемента И, при этом Н выходов реверсивного двоичного счетчика подключены соответственно к первым входам элементов НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ 45 группы, вторые входы которых объединены с первыми входами элемента И и элемента ЗАПРЕТ Н + 1) -го блока формирования потоков импульсов и подключены к (И+ 11 -разрядному выходу реверсивного двоичного счетчика, вторые входы элементов И и ЗАПРЕТ (Н + 1) -го блока формирования потоков импульсов объединены и подключены к выходу элемента ИЛИ, а выходы элементов И и ЗАПРЕТ блока формирования потоков импульсов являются соответственно выходами отрицательных и положительных приращений интеграла интегратора, выход источника случайного потока импульсов соединен с первым входом элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен со счетным входом суммирующего и -разрядного двоичного счетчика, а второй вход объединен с первыми входами элементов И и ЗАПРЕТ первого блока формирования потоков импульсов и подключен к входу синхронизации интегратора, выход элемента И каждого из Н блоков формирования потоков импульсов соединен с первым входом соответствующего элемента И группы, а вторые входы элементов И и ЗАПРЕТ в каждом блоке формирования потоков импульсов объединены и подключены к соответствующему из и выходов суммирующего п-разрядного двоичного счетчика, выход элемента ЗАПРЕТ каждого предыдущего из Н блока формирования потоков импульсов, кроме последнего, подключен к объединенным первым входам элементов И и ЗАПРЕТ последующего блока формирования потоков импульсов, выход элемента ЗАПРЕТ последнего Н -го блока формирования потоков импульсов является выходом значения вероятности данного разряда, выходы Н элементов НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ группы с первого по И -й подключены к вторым входамэлементов И группы с Н -го по первый соответственно.