Устройство для определения статистических характеристик

( 9) 36 6 0 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ инИЯ еи ис- раии зомйй дхоУ анЬии(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНСТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК(57) Изобретение относится к автоматиквычислительной технике и может бытьпольэоввно в вычислительных системах,ботающих в реальном масштабе временрешающих задачи аппаратурным анали случайных процессов и статистической обработкой массивов данных, Цель изобретения - расширение Функциональных возможностей за счет вычисления среднего квадратического отклонения. Поставленная цель достигается эа счет использования рекуррентных алгоритмов вычисления текущих оценок математического ожидания и среднего квадратического отклонения и использования для вычисления только операций сложения и сдвига. Устройство для определения статистических характеристик содержит вычитатели 1,2, блоки 3,4 сдвига, накапливающий сумматор 5, сумматорб, регистры 7,8, блок 9 умножения, счетчик 10, схему 11 сравнения, компаратор 12, регистр 13 сдвига, счетчик 14, триггер 15, элемент И 16, элемент 17 задержки, 3 ил 1 табл.результирующее значение,10 Формула(4) работает, начиная с номера отсчетов Й - 2. Поэтому для получения зна 20 Изобретение относится к автоматике ивычислительной технике и может быть использовано в качестве вспомогательноговычислителя .в вычислительных системах,работающих в реальном масштабе временипри анализе случайных процессов и статистической обработке массивов данных.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет вычисления среднего квадратического отклонения,Работа устройства основана на использовании рекуррентного алгоритма вычисления математического ожидания (МО) иупрощенного рекуррентного алгоритма вычисления среднего квадратического отклонения (СКО):глд =щч - 1+ - (хд Пч )1 (1)1Ог(1 й)О - 1+ й(хй пч - 1) Р)гп 1=х 1, о -О, й =2,3,В устройстве для упрощения вычислений по формулам (1) и (2) вместо операцииделения на й используется ступенчатая аппроксимация и алгоритмы (1) и (2) реализуются в видепщ = пцч. +2 (хм- пцч); (3)-о ч = (1 - 2 ) оИ+ 2 (хч - пъ -1); (4)гп =х 1,01- О, й =2,3., (5)где=р(й)=0,1,2,-наборпредварительноподобранных констант сдвига. й - номеротсчета, хч - код й-го отсчета, пщ, 0 ч-оценки математического ожидания и среднего квадратического отклонения для предыдущего кода отсчета.Из Формул (3) и (4) видно. что кЬнстантысдвига и вторые слагаемые в них почти одинаковы. Поэтому для вычисления МО и СКОмогут быть использованы общие блоки.Константа сдвигаявляется целочисленной Функцией от номера отсчета й, - р(й). Изменение значенййпроисходит припрохождении й пороговых значений. Пороговые значения йр и зависимость= р(й)приведены в таблице.Каждое следующее пороговое значениеформируется с помощью сдвига предыдущего порогового значения на один разрядвлево.Значения ич, вычисленные по (4) дляразличных значений йр. отличаются от эталонных ( вычисленных по формулей0 ч .-г( х - п 3)2 ) на эмпирическийй - ,множитель, величина которого изменяетсянезначительно.Введение корректирующего множителяК = 1,7 позволяет получить оценку СКО сотносительной погрешностью в единицы 25 30 35 40 45 50 55 процентов при объеме выборки, большей ста. В устройстве эта коррекция реализована с помощью блока умножения на поправочный коэффициент; выполненного в виде ПЗУ., по адресному входу которого поступает згачение ой, вычисленное по (4), а из ячейки с этим адресам считывается предварительно умноженное на коэффициент 1,17 чения а 1 =0 осуществляется принудительный сброс регистра СКО при й" 1,На фиг 1 представлена функциональнаясхема устойства для вычисления статистических характеристик; нв фиг.2 - блок-схема алгоритма работы устройства; на фиг,З - временные диаграммы работы устройства.Устройство для вычисления статистических характеристик содержит вычитатели 1 и 2, блоки 3 и 4 сдвига, накапливающий сумматор 5, сумматор 6, регистр 7, регистр 8 сдвига, блок 9 умножения на поправочной коэффициент, счетчик ( отсчетов случайной величины ) 10, схему 11 сравнения, компаратор 12, регистр 13 сдвига, четырехразрядный счетчик (константы сдвига) 14, триггер 15, элемент И 16, элемент 17 задержки, информационный вход 18 и синхровход 19 устройства.Информационный вход 18 устройства подключен к разрядным входам уменьшаемого вычитателя 1, разрядные входы вычитаемого и выход знакового разряда которого соединены с соответствующими разрядными выходами и входом накапливающего сумматора 5, выход которого является выходом устройства . щч, Информационный вход, первый и второй информационные выходы блока 3 соединены с разрядными выходами вычитателя 1,. разрядными входами накапливающего сумматора 5 и разрядными входами первой и второй группы сумматора 6. Разрядные входы вычитаемого вычитателя 2 соединены с разрядными выходами блока 4, а разрядные выходы с соответствующими разрядными входами второй группы сумматора 6, разрядные выходы которого соединены с разрядными входами регистра 7. Первые разрядные выходы регистра 7 соединены с разрядными входами блока 4 и входами уменьшаемого вычитателя 2, вторые разрядные выходы являются адресным входом блока 9, выход которого является выходом устройства сч . Разрядные выходы счетчика 10 отсчетов соединены с соответствующими входами первой группы схемы 11 сравнения, входы второй группы которойсоединены с разрядными выходами регистра 13, а выход "" соединен со входом управления сдвигом регистра 13 и счетным входом счетчика 14 констант сдвига. Первый информационный выход счетчика 14 соединен с соответствующими входами первой группы компаратора 12, на входы второй группы которого подается "1", а выход "Равно" которого подключен к входуустановки в "0" регистра 7.Второй информационный выход счетчика 14 констант сдвига подключен к соответствующим разрядным входам регистра 8 сдвига, вход разрешения записи которого соединен с элементом 17 задержки, а разрядные выходы с входами управления сдвигом блоков 3 и 4. Прямой выход триггера 15 подключен к первому входу элемента И 16, второй вход которого соединен с синхровходом 19 устройства. Выход элемента И 16 соединен с входом элемента 17 задержки, счетным входом счетчика 10, входами разрешения записи накапливающего сумматора 5 и регистра 7. Вход "Стоп" устройства соединен с нулевым входом триггера 15.Вход "Пуск "соединен с единичным входом триггера 15, входом установки счетчиков 10 и 14, накапливающего сумматора 5, регистров 7 и 8, входом разрешения записи регистра 13, на информационный вход которого подается начальное пороговое значение 1,375.Устройство работает следующим образом (фиг,2 и 3).По сигналу "Пуск" производятся начальные установки, а именно производится установка триггера 15 в состояние "1", в счетчике 10 отсчетов устанавливается значение номера следующего отсчета й = 1, в счетчике 14 констант сдвига и регистре 8 сдвига устанавливается начальное значение константы сдвига= О, в накапливающем сумматоре 5 устанавливается начальное значение МО в = О, в регистре 7 начальное значение СКО о = О, в регистр 13 записывается подаваемое нв его информационный вход начальное пороговое значение йр 0 = 1,375 в соответствии с таблицей.После выполнения начальных установок устройство готово к приему кодов отсчетов случайной величины.Формула (4) работает только начиная сномера отсчета й = 2, поэтому работа устройства при обработке первого кода отсчета имеет свои особенности, которые будут рассмотрены позже.ЭНа информационный вход 18 устройства подается текущий код случайной величи тора 6. Одновременно на разрядные входы блока 4 поступает содержимое регистра 7 0 - 1, В соответствии с константой сдвига 1, поступающей иэ регистра 8 на управляющий вход блока 4, производится сдвиг содержимого блошка 4 вправо на разрядов и результат 2 п 1 поступает на разрядные входы вычитаемого вычитателя 2, на разрядные входы уменьшаемого которого поступает содержимое регистра 7 о В вычитателе 2 вычисляется разность-о, -2 0 ч 1 (всегда положительная), и результат поступает на разрядные входы 40 второй группы сумматора 6, на разрядныевходы первой группы которого поступает содержимое блока 3 2 (хи - щи) . На сумматоре 6 формируется результаг вычисления СКО в виде (4), которое подается на 45 соответствующие разрядные входы регистра 7.Сигнал с прямого выхода триггера 15разрешает прохождение тактового сигнала т через элемент И 16. Сигнал с выхода эле мента И 16 поступает на вход разрешениязаписи накапливающего. сумматора 5, в котором производится суммирование содержимого блока 3 с соответствующим знаком 2 (хи -гпм) и формируется результат вычис пения текущего математического ожиданияв виде (3), на вход разрешения записи регистра 7, в котором сохраняется результат вычисления текущего значения среднего квадратического отклонения в виде (4). а 5 101525 ны хи в двоичном коде, Одновременно на синхровхо,с 19 устройства подается тактовый сигнал г, который инициирует начало й-го цикла работы устройства.В вычитателе 1, на разрядные входы уменьшаемого которого поступает текущий код отсчета хи, а на разрядные входы вычитаемого которого подается содержимое накапливающего сумматора 5, вычисляется разность (хм -щм -1). На разрядных выходахвычитателя 1 устанавливается модуль данной разности, т,е,(хв - пи -1), а на выходе знакового разряда устанавливается единичный сигнал, если еи - хи, и нулевой, когда ам - 1хн. Модуль разности ( хи - щн - 1)поступает на соответствующие разрядные входы блока 3, В соответствии с константой сдвига (, поступающей из регистра 8 на управляющий вход блока 3, производится сдвиг содержимого блока 3 вправораэрядов, что соответствует операции умножения на коэффициент, равный 2, Результат 2 (хм - гпту - 1) поступает на разрядные входы накапливающего сумматора 5 и разрядные входы первой группы сумма также на счетный вход счетчика 10 отсчетов, содержимое которого увеличивается на 1.Выходы старших семи двоичных разрядов рр 8 д на вход др блока 9. Из ячейки с указанным адресом блока 9 на выход о устройства поступает скорректированное (заранее умноженное на коэффициент 1,17) результирующее значение среднего квадратического отклонения,Когда номер следующего кода отсче.га, сормированный в счетчике 10 отсчетов, достигает порогового значение Мр которое хранится в сдвиговом регистре 13, то на выходе схемы 11 сравнения Формируется импульс, который обеспечивает сдвиг содержимого регистра 13 влево на один разряд, т.е. в регистре 13 устанавливается новое пороговое значение Кр в соответствии с таблицей, Кроме тога, по импульсу с выхода схемы 11 сравнения, подаваемому на счеВый вход счетчика 14 констант сдвига, происходит увеличение содержимого счетчика 14 на 1, т.е, в счетчике 14 устанавливается новое значение константы сдвигав соответствии с таблицей,По окончании действия тактового сигнала х на выходах ли, о устройства будут сформированы результирущие значения статистических характеристик, в счетчике 14 сформировано значение константы сдвига для обработки следующего кода отсчета.Сигнал с выхода элемента 17 задержки поступает на вход разрешения записи регистра 8 (время задеркки т, которого выбирается из условия максимального времени работы комбинационных схем и сумматора 5, т.е, Ь =. Ы ;с+ с 0 в.сх,), что обеспечивает передачу содержимого счетчика 14 в регистр 8. Б регистре 8 по заднему фронту сигнала записи будет продублирована значение константы сдвига, сформированной в счетчике 14, На этом цикл обработки М-го отсчета хи заканчивается.При поступлении следующего кода отсчета хи и синхросигнала г цикл обработки повторяется. А именно используя значения гпм и о, хранящиеся в накапливающем сумматоре 5 и регистре 7 соответственно, код текущего отсчета хи+1 и подготовленное в регистре 8 значение константы сдвига в накапливающем сумматоре 5 и регистре 7 будут сформированы новые текущие статистические оценки гпм+ и ПИ+1,При обработке первого отсчета х 1 в соответствии с описанной схемой работы устройства по тактовому сигналу г в накаплйвающем сумматоре 5 будет получено результирующее значение гп 1 = х 1, в регистре 7 будет получено значение о 1 = х 1, в счетчике 14 значение 1.,Цля обеспечения условий 5), а именно для обеспеченияс" 1 = О, производится принудительная установка регистра 7 в "О", Для этого разрядные выходы счетчика 14 подаются на входы первой группы компаратора 12, на входы второй группы которой подается "1". При равенстве содержимого счетчика 14 единице на выходе компаратора 12 возникает сигнал, обеспечивающий установку регистра 7 в "О", При обработке второго кода отсчета в счетчике 14 будет получено значение "2" и, следовательно, сигнал на вход установки регистра 7 в "О" в дальнейшем подаваться не будет. Устройство будет работать по первоначально описанной схеме,Окончание работь; устройства произво дится по сигналу "Стоп", Сигнал "Стоп" поступает на вход установки триггера 15 в "О", нулевой сигнал с выхода которого запрещает поступление тактовых сигналов через элемент И 16 и дальнейшие вычисления не производятся,Формула изобретения Устройство для определения статистичсских характеристик, содержащее первый вычитатель, первый блок сдвига, накаплива ющий сумматор, первый счетчик, схемусравнения, регистр сдвига, триггер, элемент И, элемент задержки, причем вход уменьшаемого первого вычитателя является информационным входом устройства, информационный выход гервого вычитателя подключен к информационному входу первого блока сдвига, знаковый выход первого вычитателя подключен к знаковому входу накапливающего сумматора, выход которого соединен с входом вычи- "О таемого первоо вычитателя и являетсявыходом математического ожидания устройства, первь 1 й вход элемента И соединен с единичным выходом триггера, выход элемента И подключен к входу элемента задержки, выход первого счетчика подключен к первому информационному входу схемы сравнения, к второму информационному входу которой подклачен выход регистра сдвига, выход "Больше или равно" схемы сравнения соединен с входом управления сдвигом регистра сдвига, о т л и ч а ю щ е ес я тем, это, с целью расширения функциональных возможностей за счет вычисления среднего квадратического отклонения, в него введены второй счетчик, компаратор, второй блок сдвига, второй вычитатель, сумматор, два регистра и блок умножения на поправочный коэффициент, причем второй вход элемента И, вход установки в "0"триггера и вход установки в "1" триггера являются соответственно входами синхронизации, останова и пуска устройства, счетный вход первого счетчика, входы разрешения записи накапливающего сумматора и первого регистра объединены и подключены к выходу элемента И, входы начальных установок первого и второго счетчиков, регистра сдвига и накапливающего сумматора обьединены и подключены к входу пуска устройства, счетный вход второго счетчика обьединен с входом управления сдвигом регистра сдвига, выход второго счетчика подключен к информационному входу второго регистра и к входу компаратора, выход которого соединен с входом установки в "О" первого регистра, вход разрешения записи второго регистра подключен к выходу элемента задержки, выход второго регистра соединен с входами задания величины сдвига первого и второго блоков сдвига, информационный вход второго 5 блока сдвига объединен с входом уменьшаемого второго вычитателя и входом блока умножения на поправочный коэффициент и подключен к выходу первого регистра, информационный вход которого подключен к 10 выходу сумматора, входы первого и второгослагаемых которого соединены соответственно с выходами первого блока сдвига и второго вычитателя, вход вычитаемого которого подключен к выходу второго блока 15 сдвига, выход блока умножения на поправочный коэффициент является выходом среднего квадратического отклонения устройства.1 б 44163 йа Йа. Ра 73Фиг. 3Составитель С.Ионкин едактор Е.Папп Техред М.Моргентал Корректор Л,Пилип аказ 1242 Тираж 414 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 415Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,