PL66296B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 10.11.1973 KI. 42m3, 15/42 MKP G06f 15/42 ?3l£ki;j EiiT Wspóltwórcy wynalazku: Ryszard Gawronski, Zofia Decowska, Marek Decowski Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk (Instytut Cybernetyki Stosowanej), Warszawa (Polska) Cyfrowy element neuropodobny Przedmiotem wynalazku jest cyfrowy element neuropodobny, majacy zastosowanie przy modelo¬ waniu i analizie procesów w strukturach typu sieciowego, jak na przyklad w analizatorach rów¬ nan rózniczkowych czastkowych, ukladach uczacych 5 sie i samoorganizujacych, a takze w strukturach sy¬ stemu nerwowego.Znane dotychczas sa obok pneumatycznych, elek¬ tromechanicznych, takze i elektroniczne elementy neuropodobne. Sa to odrebne jednostki symulujace 10 neurony. Ich konstrukcja wynika z rozwazania ma¬ tematycznych zaleznosci okreslajacych elektryczne zachowanie sie komórki neuronowej i zalezy od za¬ lozen jakie ma spelnic. A wiec sa to bloki, które realizuja takie wlasciwosci komórki nerwowej jak 15 pobudzenie, hamowanie, wagi wejsc, sumowanie przestrzenne, czasowe i podprogowe, opóznienie sy¬ naptyczne, refrakcje bezwzgledna i wzgledna oraz dalsze poimpulsowe zmiany pobudliwosci, krótko¬ trwala pamiec synaptycznaitp. 20 Wiadomo równiez, ze podobne zaleznosci mate¬ matyczne wystepuja przy konstruowaniu urzadzen typu sieciowego (analizatorów polowych) do rozwia¬ zywania równan rózniczkowych czastkowych i nie¬ których równan calkowych. 25 Z dotychczasowych doswiadczen w dziedzinie mo¬ delowania sieci neuronowych wynika koniecznosc zwrócenia szczególnej uwagi na uzyskanie duzej stalosci parametrów elementu neuropodobnego i za¬ pewnienie pewnej minimalnej dokladnosci. Znane 30 2 modele neuronu maja albo zbyt proste wlasnosci, zblizone do typowego elementu logicznego, ewen¬ tualnie progowego o wyjsciu zerojedynkowym, badz tez sa zlozonymi ukladami elektronicznymi o wla¬ snosciach analogowych. W praktyce okazalo sie jed¬ nak, ze urzadzenia oparte o technike analogowa po¬ siadaja zbyt mala stalosc 'parametrów, szczególnie w funkcji czasu i temperatury, a usuniecie tej wa¬ dy znacznie zwieksza koszty elementu. Ponadto ta¬ kie elementy przy wspólpracy z maszyna cyfrowa wymagaja dodatkowych kosztownych przetworni¬ ków analogowo-cyfrowych i cyfrowo-analogowych.Celem wynalazku jest skonstruowanie elementu neuropodobnego zachowujacego wszystkie najwaz¬ niejsze wlasnosci informacyjne neuronu, a jedno¬ czesnie wykonanego w technice cyfrowej.Istota wynalazku polega na tym, ze zaciski wej¬ sciowe polaczone sa z bramkami logicznymi typu iloczynu, do których, w charakterze wyzej wymie¬ nionych specjalnych wejsc sterujacych wagami, do¬ laczone sa zaciski wyjsciowe przelacznika podaja¬ cego do elementu impulsy z generatora wag. Wyj¬ scia z bramek logicznych typu iloczynu polaczone sa poprzez sumatory logiczne z sumatorem realizu¬ jacym sumowanie impulsów pobudzajacych i hamu¬ jacych oraz efekt progowy, którego wyjscie polaczo¬ ne jest z dekoderem poprzez sumator przebiegów sterowany przez generator impulsów synchronizuja¬ cych i kasujacych.Dekoder sterowany jest równiez impulsami przy- 662963 66296 4 chodzacymi z tego samego generatora impulsów synchronizujacyeh. Wyjscie dekodera jest wyjsciem elementu neuropodobnego. W sumatorze przebiegów znajduja sie dwa odrebne liczniki kolejnych wypad¬ kowych sum algebraicznych przebiegów wejscio¬ wych i przekazujace impulsy do dekodera. Praca elementu podzielona jest na dwa takty, w ciagu których kolejno zmieniaja sie rolami dwa wyzej wymienione liczniki.Cyfrowe elementy neuropodobne wedlug wyna¬ lazku, polaczone w uklad pozwalaja sterowac zlo¬ zonymi procesami technicznymi, komunikacyjnymi, transportowymi czy nawet socjalnymi, a wiec wsze¬ dzie tam, gdzie istnieje koniecznosc modelowania procesów w strukturach typu sieciowego. Ponadto przy wykorzystaniu tegoz elementu istnieje mozli¬ wosc budowy urzadzen, w których mozliwa jest (re¬ alizacja procesów uczenia sie, w dalszej perspekty¬ wie samoorganizacji.Cyfrowy element neuropodobny wedlug wynalaz¬ ku nadaje sie równiez jako element aktywnego ana¬ lizatora polowego umozliwiajacego rozwiazywanie szeregu zagadnien opisywanych równaniami róz¬ niczkowymi, czastkowymi, a wiec takich, w których zastosowanie klasycznych maszyn cyfrowych jest bardzo niewygodne. Sieci zlozone z tego typu ele¬ mentów, wspólpracujace z maszyna cyfrowa znaj¬ da przypuszczlanie szerokie zastosowanie przy badaniu systemów typu sieciowego badz ukladów zawierajacych obiekty o stalych rozlozonych.Przedmiot wynalazku zostanie blizej objasniony z wykorzystaniem rysunku przedstawiajacego sche¬ mat blokowy elementu.Cyfrowy element neuropodobny ma dwa typy wejsc, a mianowicie pobudzajace 1 , 2 ...n oraz hamujace lh, 2h, ... nh i kazdy z zacisków wejscio¬ wych lp, 2p, ...np, lh, 2h, ...nh polaczony jest odpo¬ wiednio z bramka logiczna typu iloczyn Ap, Bp, ...N , Ah, Bh, ...Nh. Do bramek tych dolaczone sa zaciski wyjsciowe przelacznika P. Przelacznik P polaczony jest z generatorem wag GW. Wyjscia bra¬ mek logicznych polaczone sa z sumatorem logicz¬ nym, i tak bramki A , B , ...N , dolaczone do wejsc pobudzajacych lp, 2p, ...np, maja wyjscia do¬ laczone do sumatora logicznego SL zas bramki Ah, B^, ...Nh, dolaczone do wejsc hamujacych, lh, 2h, nh maja wyjscia dolaczone do sumatora logicz¬ nego SLh. - Wyjiscia sumatorów logicznych SLp i SLh pola¬ czone sa z sumatorem S, który dalej polaczony jest poprzez sumator przebiegów SP z dekoderem D.Wyjscie dekodera D jest wyjsciem elementu neuro¬ podobnego. Do sumatora S realizujacego sumowanie impulsów pobudzajacych i hamujacych oraz efekt progowy, sumatora przebiegów Sp oraz dekodera D dolaczony jest generator GIS impulsów synchroni¬ zujacych i kasujacych. W sumatorze SP znajduja sie dwa odrebne liczniki, liczace kolejno przebiegi wejsciowe i przekazujace informacje do wyjscia.Dzialanie cyfrowego elementu neuropodobnego wedlug wynalazku jest nastepujace: impulsy z generatora wag GW bramkowane sa w bramkach logicznych Ap, Bp, ...Np, Ah, Bh... im¬ pulsami przychojdzacymi do wejsc 1 , 2 , ... n , lh, 2h. Nastepnie impulsy po wyjsciu z bramek sumo¬ wane sa w sumatorach logicznych SL i SLh. W dal¬ szej czesci ukladu, w sumatorze S realizowane jest 5 sumowanie przebiegów pobudzajacych i hamuja¬ cych, dajac w efekcie zjawisko hamowania. Zjawi¬ sko hamowania w elemencie neuropodobnym osia¬ ga sie w ten sposób, ze do sumatora S wchodza tylko impulsy pobudzajace. Wynika stad, ze impulsy 10 hamujace, które przeszly przez sumator logiczny SLh, sa przeciwnego znaku ale o tej samej ampli¬ tudzie co impulsy pobudzajace, które przeszly przez sumator logiczny SLp i przychodza w tej samej chwili czasowej. Tak wiec pewne impulsy pobudza- 15 jace, te które maja swój odpowiednik wprowadzo¬ ny jako impulsy hamujace, sa sprowadzone do zera i nie przechodza dalej do ukladu.Tak wiec obserwuje sie zsumowanie impulsów, 20 zliczenie kolejne wypadkowych sum algebraicznych przebiegów wejsciowych i przekazanie informacji do dalszej czesci ukladu. Wagi pobudzania jak i wagi hamowania sa scisle powiazane z szero¬ koscia impulsu przychodzacego z innego neuronu.Im szerszy bedzie ten impuls, tym wiecej impul¬ sów z generatora przedostanie sie do dalszej czesci ukladu, a wiec tym wieksze bedzie pobudzanie wyjsciowe (przy hamowaniu bedzie sytuacja od¬ wrotna). 30 Sumator SP wypadkowych przebiegów dociera¬ jacych z sumatora S pracuje w dwóch taktach tworzac jeden cylkl pracy calego ukladu. W kazdym takcie pracuje jeden licznik, a w drugim liczniku przechowywana jest wartosc sumy poprzedniego 35 cyklu. W nastepnymi takcie role (liczników zmieniaja sie. Dzieki temu uzyskuje sie modulacje szerokosci impulsu wyjsciowego i(na wyjsciu dekodera D) ilo¬ scia impulsów wejsciowych (na wejsciu sumatora SP), w okreslonym przedziale czasu. 40 « ^ . , . .Szczególowo wyjasniajac, praca sumatora prze¬ biegów SP jest nastepujaca: liczniki pracuja w takt impulsów zegarowych otrzymywanych z generatora impulsów synchronizujacych GIS. W czasie trwania pierwszego taktu zliczane sa w liczniku impulsy wejsciowe przy nie wpuszczaniu impulsów zega¬ rowych. Gdy przychodzi impuls zakanczajacy czas trwania taktu i rozpoczynajacy drugi takt, wpisy¬ wane sa do tego samego licznika impulsy zegarowe az do zapelnienia licznika. Chwila, w której licznik jest zapelniony, jest chwila, w której przeslany jest impuls do dekodera i otrzymuje sie poczatek impulsu wyjsciowego, który trwa az do momentu zakonczenia drugiego taktu. Jednoczesnie z zakon- __ czeniem drugiego taktu konczy sie impuls wyjscio- 55 wy. Wtedy to kasowany jest impuls z generatora GIS stan licznika, przez co przygotowany jest licz¬ nik do rozpoczecia zliczania w nastepnym, trzecim takcie. 60 Drugi licznik, znajdujacy sie w sumatorze prze¬ biegów SP dziala identycznie, z tym, ze impulsy wejsciowe wpisywane sa do niego w takcie, w któ¬ rym do pierwszego licznika wpisywane sa impul¬ sy zegarowe, a zegarowe wtedy, gdy do pierwszego 65 licznika przychodza impulsy wejsciowe.66296 PL PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Cyfrowy element neuropodobny, przeznaczony do modelowania struktur typu sieciowego, zawie¬ rajacy po kilka wejsc dwóch typów pobudzajacych i hamujacych oraz jedno wyjscie, uklady sumowa¬ nia przestrzennego i czasowego oraz specjalne wej¬ scie sterujace zmiana wag, znamienny tym, ze za¬ ciski wejsciowe (lp, 2p, ...npl i lh, 2h, nh) polaczone sa B z bramkami iloczynu (A logicznymi typu n^juu v^p, , Np i Ah, Bh ...Nh) do których w cha¬ rakterze specjalnych wejsc sterujacych wagami dolaczone sa zaciski wyjsciowe przelacznika (P) podajacego do elementu impulsy z ge¬ neratora wag (GW), a wyjscia z bramek lo¬ gicznych typu iloczyn (A B_, ...N_ i Au, BL ..N„) polaczone sa poprzez sumatory logiczne (SLp, SLh) realizujace sumowarnie przestrzeni z sumatorem 15 (S) realizujacym sumowanie impulsów pobudzaja¬ cych i hamujacych oraz efekt progowy, zas wyj¬ scie sumatora (S) polaczone jest z dekoderem (D) poprzez sumator przebiegów (SP) sterowany przez generator (GIS) impulsów synchronizujacych i ka¬ sujacych, przy czym dekoder (D) sterowany jest równiez impulsami przychodzacymi z tego samego generatora (GIS) impulsów synchronizujacych, ¦a wyjscie dekodera (D) jest wyjsciem elementu neuropodobnego.

2. Cyfrowy element wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze w sumatorze przebiegów (SP) znajduja sie dwa odrebne liczniki, liczace kolejne prze¬ biegi wejsciowe i przekazujace je do wyjscia, a praca elementu podzielona jest na dwa takty, w oiagu których kolejno zamieniaja sie rolami dwa wyzej wymienione liczniki. rip< rih<- GW U t l t ^B {h} {ky SL -En JuT GIS K^H"^ PL PL