SU1062700A1 - Стохастическое вычислительное устройство - Google Patents

Abstract

СТОХАСТИЧЕСКОЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее первый блок ключей, группа входов которого  вл етс  входами устройства, первый счетчик, группа входов которого соединена с группой выходов первого блока ключей, преобразователь ко  веро тность, перва  группа входов которого соединена с группой выходов первого счетчика, генератор случайных чисел, группа выходов которого соединена с второй группой входов преобразовател  код - веро тность, второй счетчик, счетный вход которог го соединен с выходом преобразовател  код - веро тность, второй блок ключей, группа входов которого соединена с группой выходов второго счетчика, а группа выходов  вл етс  выходами устройства, третий счетчик, выход которого соединен с управл юшу1гл входом второго блока ключей, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом генератора случайных чисел, синхрониз.атор, первый выход которого соединен с входом генератора тактовых импульсов а второй выход соединен с управл ющим входом первого блока ключей, триггер, элемент И, элемент ИЛИ, группа входов которого соединена с группой выходов первого блока клю (Л чей, а выход соединен с единичным входом триггера, нулевой выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с входом третьего счетчика, а выход - со счетным входом первого счетчика, отличающеес   тем, что, с целью повышени  точности о 7 оно содержит четвертый счетчик, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход ND подключен к второму входу элемента И, выход третьего счетчика подключен к входу синхронизатора. О О

Description

Изобретение относитс  к выч1 слительной технике и может быть исполь8оаан6 дл  вычислени  интеграла по невременному параметру. Известно веро тностное устройство , выполн ющее операции функциональ ного преобразовани , содержащее реги стры, логический преобразователь, генератор случайных чисел и счетчики ij . Недостатком такого устройства  вл етс  невысока  точность, св занна  с высоким уровнем дисперсии выходного процесса. Наиболее близким техническим реше нием к изобретению  вл етс  стохасти ческий функциональный преобразовател выполн ющий операцию интегрировани  по невременному аргументу, содержащий последовате;1ьно соединенные блок ключей, первый счетчик, логический преобразователь число - веро тность , другие входы которого сое динены с выходами генератора случайных чисел, а выход - с входом второго счетчика, выходаа которого соедийены с входами второго блока ключей, управл ющий вход которого подключен к выходу третьего счетчика, вход которого соединен с 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, вхо ды которого соединены с выходами пер вого блока ключей, управл ющий вход которого подключен к первому- выходу блока управлени , второй вход которого соединен с управл ющим входом генератора тактовых импульсов, выход которого подключен к входу генератора случайных чисел 2 . Недостатком устройства  вл етс  невысока  точность результата интегрировани  в режиме интегрировани  по невременному аргументу. . Цель изобретени  - повышение точнрсти вычислений за счет уменьшени  дисперсии, С этой целью в стохастическое вычислительное устройство, содержащее первый блок кдночей, группа входов которого  вл етс  входами устройства , первый счетчик, группа входов которого соединена с группой выходов первого блока ключей, преобразователь код - веро тность, перва  группа входов которого соединена с группой выходов первого счетчика, генератор случайных чисел, группа выходов которого соединена с второй группой входой преобразовател  код веро тность , второй счетчик, счет- ный вход которого соединен с выходом преобразовател  код - веро тность, второй блок ключей, группа входов которого соединена с группой выходов второго счетчика, а группа выходов  вл етс  выходами устройства, третий счетчик, выход которого соединен с управл ющим входом второго блока ключей, генератор тактовых импульсов , выход которого соединен с входами генератора случайных чисел, синхронизатор, первый выход которого соединен с входом генератора так товых импульсов, а второй выход динен с управл ющим входом первого блока ключей, триггер, элемент И, элемент ИЛИ, группа входов которого соединена с группой выходов первого блока ключей, а выход соединен с единичным вхо,дом триггера, нулевой выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с входом третьего счетчика , а выход - со счетным входом первого счетчика, введен четвертый счетчик, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов , а выход подключен к второму входу элемента И, выход третьего счетчика подключен к входу синхронизатора . На фиг. 1 представлена структурна  схема предлагаемого устройства; на фиг.. 2 - функциональна  схема преобразовател  код - веро тность; на фиг, 3 - функциональна  схема синхрониз атора, Стохастическое вычислительное устройство содержит генератор 1 такто вых импульсов, элемент ИЛИ 2, триггер 3, элемент И 4, первый блок 5 ключей, первый счетчик 6, преобразователь 7 код - веро тность, 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, посто нное запоминающее устройство (ПЗУ) 15, регистр 16, схема 17 сравнени , входы 18 дешифратора, входы 19 и выход 20 схемы сравнени . Синхронизатор 10 (фиг. 3) содержит D -триггер 21 и R5 -триггер 22. Выходы блока 5 ключей соединены с входами первого счетчика 6 и входами элемента ИЛИ 2, выход которого подключен к единичному входу триггера 3, инверсный выход которого соединен с первым входом элемента И 4, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика 6, выходы которого соединены с входами.преобразовател  7, вторые входы которого соединены с выходами генератора 8 случай«ых чисел, а выход - со счетным входом второго счетчика И, выходы которого подключены к входам второго блока 12 ключей, управл ющий вход

которого соединен с входом синхронизатора 10 и с выходом третьего счетчика 9, вход которого подключен к второму входу И 4 и выходу четвертого счетчика 13, счетный вход которого соединен с управл ющим входом генератора 8 случайных чисел и выходом генератора 1 тактовых импульсов, вход которого соединен с первым, выходом синхронизатора 10, второй выход которого подключен к управл ющему входу первого блока 5 ключей.

Перед началом работы все счетчи и устройства и триггер сигналом от синхронизатора 10 устанавливают в нулевое состо ние (цепи гашени  на чертеже не указаны). Сигнал Пуск  вл етс  внешним по отношению к устройству и обеспечивает установку в . О всех счетчиков и триггера 3 устройства.

Выход)-триггера 21 синхронизатора 10  вл етс  первым его выходом и соединен с входом установки единицы RS -триггера 22, вход установки нул  которого  вл етс  входом синхро низатора 10, а единичный выход - вторым выходом-синхронизатора 10,

D -триггер 21 обеспечивает задёрж ку сигнала Пуск на врем  t/i , необходимое дл  прохождени  сигнала по цеп м гашени , после чего данный импульс с выходаD-триггера 21 передаетс  на управл ющий вход первого блока 5 ключей, разреша  передачу информации в первый счетчик б, а также устанавливает в единицу R5 -триггер 22. Единичный потенциал на выходе R5 -триггера 22  вл етс  разрешающим сигналом дл  генератора 1 тактовых импульсов. По окончании работы устройства импульс переполнени  третьего .а 9 устанавливает RS-триггер 22 в нулевое состо ние,чт  вл етс  сигналом запрета дл  генератора 1.

Работа устройства в первом режиме , когда через первый блок 5 ключей в первый счетик 6 передаетс  число х О, идентична работе известного устройства в первом режиме.

Перед началом работы все счетчики устройства и триггер 3 устанавливаютс  в нулевое состо ние, а затем через первый блок 5 ключей в первый счетчик 6 передаетс  двоичный код числа X, В каждом t-м рабочем такте этот код поступает на вход преобразовател  7, на выходе которого образуетс  последовательность двоичных символов Yt с веро тностью по влени  единичного символа (р(Х), где f(X) - заданна  нелинейма  функци .

Преобразователь 7 представл ет собой устройство, реализующее зависимость типа P(Vt) ч(Х), (X)некотора  нелинейна  функци , X аргумент функции (двоичное число), Xt - бинарный символ на выходе преобразовател , по вл ющийс  в -м такте его работы, .Р( ) - веро тность по влени  символа,

На входы 18 дешифратора 14 поступает двоичное число из первого счетчика 6, При зтом возбуждаетс  одна из выходных шин дешифратора 18, подключенных к вхбдам ПЗУ 15. Таким образом , реализаци  заданной функциональной зависимости сводитс  к выбору из ПЗУ 15 соответствующего двоичного кода и занесению его в регистр 16. Схема 17 сравнени , на первые входы которой поступает двоичное число Ц)(Х) из регистра 16, а на вторые входы 19 - случайное двоичное число Z1 , от генератора 8 случайных чисел осуществл ет линейное преобразование число - веро тность. Двоичный символ 4t на выходе схемы 17 сравнени  формируетс  по закону Г1, если Z i (f (X)

, если I, t (X)

Так как двоичные числа на выходе генератора 8 случайных чисел  вл ютс  равномерно распределенными, то математическое ожидание V определ етс  так

)

IpU;44 W 4Ul

Таким образом, Р(У+) М(У.) s ::Cf(X),

Если в счетчик 6 передано число Xjt о, то Yt - стационарный случайный процесс, и второй счетчик 11, выполн ющий роль стохастического интегратора , производит оценку бинарной последовательности {Ч (t)J по математическому ожиданию

VtP(

Д-г

Если число X, переданное в начале работы устройства в первый счетчик 6, равно нулю, то в каждом такт в младший разр д счетчика посту тает импульс От генератора 1 тактовых импульсов, увеличива  тем самым значение аргумента X на 2 ( - разр дность первого счетчика). Таким образом, на вход преобразовател  7 поступает линейно измен ющеес  во времени значение X,- а второй счетчик 11 производит оценку по математическому ожиданию нестационарной случайной последовательности fYt с веро тностью по влени  импульса в каждом такте, равной Р(У.) tp ( Х}) . При этом W(C4t.i 4 Il т.е. устройство воспроизводит операцию интегрировани : в первом режиме по временному аргументу, в соответствии с (Of во втором - по временно му аргументу х. линейнр измен ющемус  в нормированном интервале 0,1, в соответствии с (2), Процесс йнтегрировани  ограничен временем переполнени  третьего счетчика 9 - 2 тактов, выражени  (1) и (2) при этом имеют вид . . ..ze,UiЬ где М (Сг )j и М (Сп )ц - соответствен НО математическое ожидание содержимого второго счетчика 11 дл  первого и второго режимов работы. При этом дисперси  интегрировани  определ етс  выражением Dj 2 %Wb-c Cx) -2%(x)D-i(x) Дл  второго режима работы Р Dji--2 t {cfU lD- fUiV Если X О, состо ние триггера 3 остаетс  неизменным, и через логический элемент И 4 ,в младший разр д первого счетчика б поступают единичные импульсы, обеспечива , как и в известном устройстве, линейное изменение аргументу х Однако эти импуль сы  вл ютс  импульсами переполнени  допс лнительного К-разр дного счетчика 13. Следовательно, в течение 2 тактов значение аргумента Х,- остаетс  неизменным. Так как от генератора 8 случайных чисел в каждом i-M такте работы устройства на входы преобразовател  7 передаютс  случайные равномерно распределенные двоичныв числа, то в течение этих 2 так- тов на выходе преобразовател  7 формируетс  стационарна  случайна  бинарна  последовательность символов fYtl веро тностью по влени  единичного символа Р(Ч) у if (Х{ ) . Тогда математическое ожидание содержимого второго счетчика определ етс , как fA(C4bL XtPtYtV-|/tP(4l{4C - (yU,U2 ((Х2,.. + L ч UO Врем  окончани  интегрировани  определ етс  временем переполнени , третьего счетчика, и тогда . Таким образом, предчагаемое устройство , как и известное, осуществл ет операцию интегрировани  по аргументу X. Однако при этом дисперси  результата имеет вид , D,,-a- ц(( или с учетом (3) и (5) 2-2lw.e,2w|.... wf -о 1 -Ч 1 I ) - Дисперси  результата интегрировани  в предлагаемом устройстве в 2 раз меньше по сравнению с дисперсией известного устройства. Следовательно , и точность результата,, определ ема  в стохастических вычислительных устройствах уровнем дисперсии , в предлагаемом устройстве в 2 раз выше. Таким образом, технико-экономический эффект предлагаемого устройства по сравнению с известным заключаетс  в значительном повышении его точности (в раз, к - разр дность четвертого счетчика).

1 i

Фиг.2.

фие.З .

Claims (1)

1. 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 кодвероятность, первая группа входов которого соединена с группой выходов первого счетчика, генератор случайных чисел, группа выходов которого соединена с второй группой входов преобразователя код - вероятность, второй счетчик, счетный вход которо-.

   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, генератор* тактовых 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 группой выходов первого блока ключей, а выход соединен с единичным входом триггера, нулевой выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с входом третьего счетчика, а выход — со счетным входом первого счетчика, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности оно содержит четвертый счетчик, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход подключен к второму входу элемента И, выход третьего счетчика подключен к входу синхронизатора.

   SU.,„ 1062700