Стохастическое вычислительное устройство

СОЮЗ СОВЕТСКИХоемлсээесиикРЕСПУБЛИК ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ленинградский ордена Ленинаинститут инженеров железнодорожноготранспорта им. акад ВэИеОбразцова. 2, Авторское свидетельство СССР 9 982004, кл, С 06 Е 7/70, 1981 (прототип) .(54)(57) СТОХАСТИЧЕСКОЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬИОЕ уСТРОйСТВО, содержащее первыйблок ключей, группа входов которогоявляется входами устройства, первыйсчетчик, группа входов которого соединена с группой выходов первогоблока ключей, преобразователь кодвероятность, первая группа входовкоторого соединена с группой выходовпервого счетчика, генератор случайных чисел, группа выходов которогосоединена с второй группой входовпреобразователя код - вероятностьвторой счетчик, счетный вход которо-. ав ар А го соединен с выходом преобразователя код - вероятность, 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, ге" нератортактовых импульсов, выход которого соединен с входом генератора случайных чисел, синхронизатор, первый выход которого соединен с входом генератора тактовых импульсов, а второй выход соединен с управляющим входом первого блока ключей, триггер, элемент И, элемент ИЛИ, группа входов которого соединена с ц,р. группой выходов первого блока ключей, а выход соединен с единичным входом триггера, нулевой выход которого соединен с дернем входом элемента И, второй вход которого соединен с входом третьего счетчика, а р выход - со счетным входом первого счетчика, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности оно содержит четвертый счетчик, вход которого соединен с выходом генера тора тактовых импульсов, а выход подключен к второму входу элемента И, выход третьего счетчика подключен к входу синхронизатора.Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для вычисления интеграла по невременному параметру.Известно вероятностное устройство, выполняющее операции функциональ ного преобразования, содержащее регистры, логический преобразователь, генератор случайных чисел и счетчики 1 .Недостатком такого устройства яв О ляется невысокая точность, связанная . с высоким уровнем дисперсии выходного процесса.Наиболее близким техническим решением к изобретению является стохасти 15 ческий функциональный преобразователь, выполняющий операцию интегрирования по невременному аргументу, содержащий последовательно соединенныепервый блок ключей, первый счетчик, ло О гический преобразователь число - ве-, роятность, другие входы которого сое динены с выходами генератора случайных чисел, а выход - с входом второго счетчика, выходы которого соединены с входами второго блока ключей, управляющий вход которого подключен к выходу третьего счетчика, вход которого соединен с вторым входом элемента И, выход которого подключен к входу первого счетчика, а первый вход соединен с инверсным выходом триггера, единичный вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами первого блока ключей, управляющий вход которого подключен к первому. выходу блока управления, второй вход которого соединен с управляющим входом генератора тактовых импульсов, выход которого подключен к входу генерато ра случайных чисел 2 .Недостатком устройства является невысокая точность результата интегрирования в режиме интегрирования по невременному аргументу. 45Цель изобретения - повышение точности вычислений эа счет уменьшения дисперсии.С этой целью в стохастическое вычислительное устройство, содержащее первый блок ключей, группа входовкоторого является входами устройства, первый счетчик, группа входов которого соединена с группой выходов первого блока ключей, преобразователь код - вероятность, первая группа входов которого соединена с группой выходов первого счетчика, генератор случайных чисел, группа выходов которого соединена с второй 60 группой входоЮ преобразователя код - вероятность, второй счетчик, счетный вход которого соединен с выходомпреобразователя код - вероятность,второй блок ключей, группа входов 65 которого соединена с группой выходоввторого счетчика, а группа выходовявляется выходами устройства, третий счетчик, выход которого соединенс управляющим входом второго блокаключей, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входами генератора случайных чисел,1 синхрониэатор, первый выход которого соединен с входом генератора тактовых импульсов, а второй выход сое"динен с управляющим входом первогоблока ключей, триггер, элемент И,элемент ИЛИ, группа входов которого соединена с группой выходов первого блока ключей, а выход соединенс единичным входом триггера, нулевой выход которого соединен с первымвходом элемента И, второй вход которого соединен с входом третьего счетчика, а выход - со счетным входомпервого счетчика, введен четвертыйсчетчик, вход которого соединен свыходом генератора тактовых импульсов, а выход подключен к второму входу элемента И, выход третьего счетчика подключен к входу синхронизатора,На фиг, 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства,"на фиг 2 - функциональная схемапреобразователя код - вероятность;на фиг. 3 - функциональная схемасинхронизатора,Стохастическое вычислительное устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, элемент ИЛИ 2, триггер 3, элемент И 4, первый блок 5ключей, первый счетчик б, преобразователь 7 код - вероятность, генератор 8 случайных чисел, третий счетчик 9, синхронизатор 10, второй счетчик 11, второй блок 12 ключей, дополнительный счетчик 13.Преобразователь 7 (фиг. 2) содержит дешифратор 14, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 15, регистр 16, схема 17 сравнения, вхо-.ды 18 дешифратора, входы 19 и выход20 схемы сравнения,Синхронизатор 10 (фиг. 3) содержит 0 -триггер 21 и Йб -триггер 22.Выходы блока 5 ключей соединены свходами первого счетчика б и входамиэлемента ИЛИ 2, выход которого подключен к единичному входу триггера 3, инверсный выход которого соединен с первым входом элемента И 4, выход которого подключен к счетномувходу первого счетчика 6, выходы которого соединены с входами.преобразователя 7, вторые входы которого соединены с выходами генератора 8 случайных чисел, а выход - со счетнымвходом второго счетчика 11, выходыкоторого подключены к входам второгоблока 12 ключей, управляющий входнекоторая нелинейная функция, Х -аргумент функции (двоичное число),Х - бинарный символ на выходе преобразователя, появляющийся в 1 -мтакте его работы, .Р.( ) - вероятность появления символа,На входы 18 дешифратора 14 поступает двоичное число иэ первого счетчика б. При этом возбуждается однаиэ выходных шин дешифратора 18, подключенных к входам ПЗУ 15. Таким образом, реализация заданной функциональной зависимости сводится к выбору из ПЗУ 15 соответствующего двоичного кода и занесению его в регистр16. Схема 17 сравнения, на первыевходы которой поступает двоичноечисло ц(Х) изрегистра 16, а на вторые входы 19 - случайное двоичноечисло .Е, от генератора 8 случайныхчисел осуществляет линейное преобра)зование число - вероятность. Двоичный символ Ч на выходе схемы 17сравнения формируется по закону1, если 2;у (Х)1 10, если 7., ъ р (Х)Так как двоичные числа на выходегенератора 8 случайных чисел являются равномерно распределенными, томатематическое ожидание У определяется так)( 1= (;(1=Р Р;(= =1 которого соединен с входом синхронизатора 10 и с выходом третьего счетчика 9, вход которого подключен квторому входу И 4 и выходу четвертого счетчика 13, счетный вход которого соединен с управляющим входом генератора 8 случайных чисел и выходомгенератора 1 тактовых импульсов,вход которого соединен с первым.выхо. дом синхронизатора 10, второй выходкоторого подключен к управляющему 10входу первого блока 5 ключей.Перед началом работы все счетчики устройства и триггер сигналом от,синхронизатора 10 устанавливают внулевое состояние (цепи гашения на (5чертеже не указаны), Сигнал Пускявляется внешним по отношению к устройству и обеспечивает установку в0 всех счетчиков и триггера 3устройства. 20ВыходЭ -триггера 21 синхронизатора 10 является первым его выходоми соединен с входом установки единицы Р 5 -триггера 22, вход установкинуля которого является входом синхро.низатора 10, а единичный выход - вторым выходом синхронизатора 10,3 -триггер 21 обеспечивает эадержку сигнала фПуск на время А, не-,обходимое для прохождения сигнала поцепям гашения, после чего данный импульс с выхода 1) -триггера 21 пЕредается на управляющий вход первого блока 5 ключей, разрешаяпередачу информации в первый счетчик б, а такжеустанавливает в единицу В 5 -триггер 22. Единичный потенциал на выхо"де Й 5 -триггера 22 является разрешающим сигналом для генератора 1 тактовых импульсов. По окончании работыустройства импульс переполнения 40третьего счетчика 9 устанавливаетЙб-триггер 22 в нулевое состояние,чтоявляется сигналом запрета для генератора 1.Работа устройства в первом режиме, когда через первый блок 5 ключей в первый счетик б передаетсячисло х Ф О, идентична работе известного устройства в первом режиме.Перед началом работы все счетчикИустройства и триггер 3 устанавливаются в нулевое состояние, а затемчерез первый блок 5 ключей в первыйсчетчик 6 передается двоичный кодчисла Х, В каждом 1 -м рабочем такте этот код поступает на вход преобразователя 7, на выходе которого об"разуется последовательность двоичных символов У с вероятностью появления единичного символа Р(,У) т-рф С)- Если число Х, переданное в начале работы устройства в первый счетчик б, равно нулю, то в каждом такте в младший разряд счетчика поступает импульс от генератора 1 тактовых импульсов, увеличивая тем самым зна" чение аргумента Х на 2( 1 - разрядность первого счетчика). Таким образом, на вход преобразователя 7 поступает линейно изменяющееся во времени значение Х а второй счетчик 11 производит оценку по матема" тическому ожиданию нестационарной случайной последовательности У с вероятностью появления импульса в каждом такте, равной Р(У ): М,),Преобразователь 7 представляет собой устройство, реализующее зависимость типа Р(У) - Ч(Х), где(Х)-, 65 Таким образом, Р) - И (У 1) а- ( (х),Если в счетчик б передано число хО, то У - стационарный случай" ный процесс, и второй счетчик 11, выполняющий роль стохастического интегратора, производит оценку бинарной последовательности( (Ф) по математическому ожиданию1062700 Составитель. Э. Сечина Техред А.Ач Редактор Т,Кугрышева Корректор В, Бутяга Заказ 1219/50 Тирам 706 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5