SU1280392A1 - Устройство дл вычислени оценок математического ожидани и дисперсии - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано дл  измерени  характеристик случайных процессов в системах автоматического контрол  и-управлени . Цель изобретени  - повьшение быстродействи  устройства. В устройство, содержащее квадратор 1, сумматор 2, делитель 8, генератор 6 импульсов, введены блок 4 вычислени  рекуррентного соотношени , блок 9 управлени , делитель 7 частотыj блок 3 управлени  сумматором, блок 5 пам ти. Цепь достигаетс  за счет параллельной организации вычислений. 6 ил. (Л 721

Description

to

00 о оо ;о to Изобретение относитс  к автомати ке и вычислительной технике и может быть использовано дл  измерени  характеристики случайных процессов в системах автоматического контрол  и управлени . Цель изобретени  - повышение быстродействи  устройства. Сущность изобретени  заключаетс  в:том, что блок вычислени  рекур рентного соотношени  работает в Соот ветствии со следующим выражением, V V § Xu-i где Y - оценка характеристики случайного процесса, вычисл ема  после прихода п-го элемента выборки (это М(х)п или В(х)„); „ - оценка характеристики случайного процесса, вычисл ема  после прихода (n-l)-ro элемента выборки (это М(х) или D(x)); n - количество элементов выборки поступающих дл  обработки, В, D - коэффициенты, завис щие от этапа обработки элемента выборки На первом этапе обработки элемента выборки определ етс  оценка математического ожидани , В этом случае В Xj, D n, выражение (1) принимает следующий вид. М(х),, -ь 1 - - (2 где М(х) , М(х) оценка математи ческого ожидани после прохода n-rb,tn-l)-ro элементов выбор ки соответствен но Хр - значение п-го элемента выбор ки, На втором этапе обработки элемента выборки определ етс  оценка дисперсии , В этом случае В (х,-М(х) и выражение (1) принимает вид п(.)„.п(х)„., (x2h-i й-Т где D(x), D(x).i оценка дисперсии после прихода п-го (п-1 го элементов в борки соответственно . 1 22 Таким образом, в одном и том же блоке (Ълок вычислени  рекуррентного соотношени ) вычисл ютс  оценки математического ожидани и дисперсии, что обеспечивает увеличение быстродействи  по сравнению с прототипом, где оценка вычисл етс  различными част ми устройства, Во врем  вычислени  оценки математического ожидани  в сумматоре, управл емом схемой управлени  сумматора , вычисл етс  величина (х) . тем самым сокращаетс  врем  вычислени  оценки дисперсии по сравнению с прототипом, где величина (х) может быть вычислена только после вычислени  оценки математического ожидани . На фиг,1 представлена блок-схема устройства дл  вычислени  .оценок математического ожидани  и дисперсий , на фиг,2 - блок вычислени  рекуррентного соотношени , на фиг,3 блок управлени  сумматором, на фиг,4 - блок управлени } на фиг,5 делитель частоты} на фиг,6 - квадратор . Устройство вычислени  оценок математического ожидани  и дисперсии содержит квадратор 1, сумматор 2, блок 3 управлени  сумматором, блок 4 вычислени  рекуррентного соотнс пени , блок 5 пам ти, генератор 6 импульсов , делитель 7 частоты, блок 8 счетчиков, блок 9 управлени , входы 10 кода последовательности, выход 11 готовности, информационные входы 12, зыходы 13 оценки математического ожидани , выходы 14 оценки дисперсии. Блок вычислени  рекуррентного соотношени  (фиг,2) содержит элементы или 15-18р блок элементов ИЛИ 19, элементы И 20-25, счетчики 26, 27 и 28, Блок 3 управлени  сумматором ( фиг,3) содержит блок элементов И 29, элементы И 30, элемент НЕ 31 и 32, счетчик 33, Блок 9 управлени  (фиг,4) содержит элементы ИЛИ 34-39, элементы И 40-44, элементы 45-46 задержки, счетчик 47, дешифратор 48, триггеры 49 и 50, элементы НЕ 51-53, регистр 54, Делитель частоты (фиг,5) содержит элемент ИЛИ 55, триггер 56, элемент Квадратор (фиг,6) содержит два сдвиговых регистра 58 и 59, шесть

элементов И 60-65, блок элементов И 66, элементы ИЛИ 67 и 68, элемент 69 задержки, элементы НЕ 70 и 71.

Устройство дл  вычислени  оценок математического ожидани  и дисперсии 5 (фиг.1) работает следующим образом.

В исходном состо нии на первом и втором выходных генераторах 6 импульсов тактовые импульсы отсутствуют согласно управл ющим сигналам, О поступающим с п того и седьмого выходов блока 9 управлени . В блоке 5 пам ти записаны результаты предыдущих этапов обработки измер емых последовательностей .

На входы 10 устройства поданы нулевые потенциалы, на выходе 11 устройства присутствует сигнал готовности устройства к обработке очередного числа последовательности. После 20 поступлени  кода последовательности по входам 10 в блок 9 управлени  по вторым входам в блок 5 поступают аддесные и управл ющие сигналы из блока 9 управлени , согласно которым из блока 5 по первой, второй, третьей , четвертой группам выходов в. блоки 9, 3 и 4 и блок 8 счетчиков соответственно вноситс  информаци , устанавливающа  их в состо ние, в 30 котором они находились после вычислени  оценок дп  данной последовательности на предьщущем (п-1)-м шаге- . Таким образом, в блок 3 управлени  сумматором по вторым входам 35 заноситс  значение объема выборки последовательности на предыдущем шаге, в блок 4 вычислени  рекуррентного соотношени  по седьмым входам оценка математического ожидани  на 40 (n-J)-M шаге, в блок 8 счетчиков по первым входам заноситс  величина, равна  объему выборки на предыдущем шаге - (n-l)v а в блок 9 управлени  по вторым входам - информаци , поз во- 45  юща ; определить  вл етс  ли число, пришедшее дл  обработки, первым чисом последовательности (если это так то блок 9 управлени  исключает этап вычислени  оценки дисперсии) , 50 лок 9 управлени  сигналом по тр тьим выходам увеличивает значение объема выборки в блок 3 управлени  сумматором на единицу, в результате его коэффициент умножени  в блоке 55 3 становитс  равным п. Затем сигна ами с второго выхода блока 9 управени  значение числа последовательости , побтупающего по входам 12,

заноситс  в блок 4 вычислени  рекуррентного соотношени , который переводитс  в режим вычислени  оценки математического ожидани  по соотношению 2. Одновременно на выходе 11 устройства снимаетс  сигнал готовности , а на втором выходе генератора 6 по вл ютс  тактовые импульсы, поступающие в блок 4 и делитель 7 частоты .

На этапе вычислени  оценки математического ожидани  квадратор 1 отключен сигналами с блока 9 управлени , сумматор 2 и блок 3 управлени  сумматором организованы в устройство умножени  и блок 4 использует информацию только с делител  7 частоты информаци  с блока 8 счетчиков используетс  на этапе вычислени  оценки математического ожидани  в блоке 4 вычислени  рекуррентного соотношени . На первые входы блока 3 управлени  сумматором поступает Хц/п импульсов суммировани  и М(х) /п импульсов вычитани , в результате чего на выходе сумматора 2

,Хп М(х)п-1ч формируетс  величина пх(.)

По окончании этапа вычислени  оценки математического ожидани  эта оценка с четвертых выходов блока 4 заноситс  в блок 5, а по четвертым выходам блока 5 пам ти в блок 4 заноситс  оценка дисперсии D(x) , вычисленна  на предыдущем шаге. Затем начинаетс  этап вычислени  оценки дисперсии . По сигналам с выхода блока 9 управлени  отключаетс  блок 3 управлени  сумматором и подключаетс  к работе квадратор 1, который совместно с сумматором 2 образует квадратор результатом работы которого  вл етс 

, /Хи М(х)п-1 ,2

величина п хС- ) на выхоп п

Claims (2)

1. де сумматора 2. По сигналу с выхода блока 3 управлени  сумматором блок 9 управлени  дает команду записи информации с выхода сумматора 2 в блок 4 вычислени  рекуррентного соотношени . Сигналом с выхода блока 9 включаетс  в работу блок 8 счетчиков, а сигналами по выходам блок 9 управлени  отключает квадратор 1 и открывает поступление тактовых импульсов с второго выхода генератора 6. В блоке 4 происходит вычисление оценки дисперсии по соотношению 3. После вычислени  оценки дисперсии перерисываетс  в блок 5, Б блоке 5 по соот ветствующим цеп м переписываетс  информаци  из блоков 3 и 9 и блока счетчиков 8j затем отключаетс  генератор импульсов и на выходе 11 всего устройства по вл етс , сигнал готов™ ности. С приходом нового числа процесс вычислени  оценок повтор етс  Дл  выдачи результатов вычислени  оценки математического ожидани  и дисперсии по выходам S3 и 14 соответственно по выходам 10 устройства необходимо подать код последовательности с сигнала выдачи результата (при сн тии этих сигналов все блоки устройства вновь устанавливаютс  в исходное состо ние, Устройство дл  вычислени  оценок математического ожидани  и дисперсии работает следующим образом В исходном состо нии счетчики 26, 27j 28s 33 PI 47s регистр 54j триггеры 49 и 50 наход тс  в нулевом состо нииS 1 на четвертом выходе дешифратора 48, пройд  через линию 45 задержки5 форгуирует сигнал готовности на выходе 11, С приходом числа выборки на входы 12 на входы 10 подаетс  код обрабатываемой последовательностиS который поступает на входы элемента ИЛИ 35 и установочные входы регистра 54 Сигнал с выхода элемента ИЛИ 35, . пройд  через элемент И 4 записывает код последовательности в регист 54j подготавливает переход триггера 49 в единичное состо ние (переход происходит по заднему фронту импульса с выхода элемента .И 41) записывает в счетчик 33 информацию из блока 5, открывает элемент И 44, записы вает в блок 8 информацию из блока 5 и, пройд  через элемент ИЛИ 38j записывает информацию из блока пам  ти 5 в счетчики 27 и 28 (фиг, 2) Сиг налы с выходов блока 9 управлени  (фиг.4) открывают элемент И 21 (фиг.2) Элемент 46 задержки задержи вает сигнал с выхода элемента И 41 бло на врем  переписи информации и ка 5 в сумматор 3, блоки 4 и 9 и блок 8 счетчиков 1 Сигнал с элемента 46 задержки увеличивает значение счетчика 33 на единицу и пройд  че рез элемент ИЛИ 36 записывает |Че1ше числа выборки с входа 12 блок элементов ИЛИ J9 в счетчик 26 а через элемент ИЛИ 34 увеличивает значение счетчика 47 на единицу, В соответствии с комбинацией сигналов на выходах счетчика 47 на четвертом вуходе дешифратора 48 по вл етс  О (который снимает сигнал готовности а на втором зь5ходе - .% свидетельствующа  о переходе устройства в режим вычислени  математического О5{гидани . Единичный сигнал с второго выхода дешифратора 48 открывает элемент И 24 блока 4 вычислени  рекуррентного соотношени  () , открывает блок элементов И 29 (фиг.З), в результате чего значение счетчика 33 проходит на вход сумматора 2 (дл  первого числа последовательности это единица). С приходом первого числа последовательности и записи его в счетчик 26 в счетчики 27, 28 заноситс  ноль нулевой потенциал с выхода элемента ИЛИ 17 закрывает элементы И 23--25 и поэтому тактовые импульсы с входа блока 4 вычислени  реккур- рентного соотношени  не пройдут на вычитающие входы счетчиков 27 и 28, Нулевой нотетдиал с выхода блока 4 вычислени  рекурретного соотношени  (фиг,2) поступает на третий вход элемента И 30 блока управлени  сумматором (фиг.З) через элемент НЕ 32. Сигналы с выхода элемента ИЛИ 5 блока 4 (фиг«2) через элемент НЕ 31 поступают на второй вход элемента И 30. Так как на первый вход элемента И 30 () подан нулевой потенциал с пр мого выхода триггера 5 (фиг.4, то сумматоры не вступают в работу (только дл  первого числа выборки), 8то же врем  сигнал с второго выхода дешифратора 48 через элемент ИЛИ 37 поступает на третий вход элемен та И 40 и сигналом по выходу с блока 9управлени  (фиг,4) пропускает тактовые импульсы с генератора 6 на четвертый вход элемента И 21, второй вход эл.емек:та И 22 и второй вход элемента И 25, На выход, элемента И 25 тактовые кмпулъсы не пройдут, так как этот элемент закрыт.. Каждый импульс с выхода элемента И 22 будет З меньшать значение в счетчике 26 на единицу а импульс с выхода элемента И 21 через элемент ИЛИ 15 будет увеличивать значение в счетчике 28, но не пройдет в сумматор 2, так как элемент И 30 закрыт сигналом по выходу с блока 9 (). Поэтому после того , как значение счетчика 26 станет равным нулю (Б этот момент содержимое счетчика 28 будет равно значению первого числа выборки), нулевой потенциал с выхода элемента ИЛИ 16 закроет элемент И 21 и 22 (фиг.2), через элементы И 40 и ИЛИ 34 увеличит Значение счетчика 47 на единицу. На первом выходе дешифратора 48 по вл етс  единичный потенциал, сигнализирующий о переходе устройства в режим вычислени  квадрата прирашени . Одна ко дл  первого числа выборки процесс квадратировани  исключаетс , так как 1 с первого выхода дешифратора 48 через элемент И 42, открытый единичным потенциалом с выхода элемента И 43, и элемент ИЛИ 34 увеличивает зна чение счетчика 47 на единицу, перевод  устройство в режим вычислени  оценки дисперсии. В это же врем  сиг налом с первого выхода дешифратора 48 содержимое счетчика 28 переписываетс  в блок 5, а из него в счетчик 28 переписываетс  значение оценки дисперсии на предыдущем шаге (дл  первого числа выборки это нуль), Переход устройства в режим вычислени  оценки дисперсии определ етс  по влением 1 на третьем выходе дешифратора 48, котора  открывает через элемент ИЛИ 37 элемент И 40. Так как значени  счетчиков 26 и 27 равны нулю, то нулевые-потенциалы на выходах блока 4 вычислени  рекуррентного соотношени  (фиг.2) определ ют по вление 1 на выходе элемента И 40, котора  через элемент ИЛИ 34 увеличивает значение счетчика 47 на едини цу. На четвертом выходе дешифратора 48 по вл етс  единичный потенциал, который переписывает исходные состо ни  сумматора и блоков 5 и 9 и блока 8 счетчиков в блок 5 и обнул ет сумматор
2. 2. Затем на выходе 11 устройства по вл етс  сигнал готовности (на врем  записи сигнал готовности задерживаетс  линией 45 задержки), который сбрасывает в нулевое состо ние регастр 54 и триггеры 49 и 50. Таким образом, после обработки первого числа выборки М(х) х , D(x)| 0. При поступлении любого числа выборки , кроме первого, триггер 50 и элемент И 43, образуюпще триггер-защепку , отключают н-/левым потенциалом элемент И 2 (фиг.2) , открываю;г элемент И 30 (фиг.З) дл  прохождени  сигнала на суммирование в сумматор 2, увеличивают коэффициент делени  делител  на единицу. В этом случае с приходсй числа выборки х- на счет28 чик 26, ввиду того, что в счетчиках 27 и 28 находитс  ненулева  величина (в частности, значение оценки математического ожидани  на предыдущем шаге), процесс вычислени  оценки математического ожидани  заканчиваетс  после обнулени  счетчиков 26 и 27 и поступлени  нулевых сигналов на элемент И 40, на выходе которого по вл етс  I, увеличивающа  значение счетчика 47, тем самым переводит устройство .в режим вычислени  квадрата приращени  (А). В работу включаетс  квадратор 1 и после окончани  квадри-ровани  на вторые входы блока элемен тов ЙЙИ 19 поступает величина д 2л М1х1и- ч2 пп а на выход блока 9 управлени  (фиг.4) поступает 1, котора  через элемент ИЛИ 34 записывает величину А ( квадрат приращени ) в счетчик 26, а через элемент ИЛИ 34 счетчик 47 и дешифратор 48 переводит устройства в режим вычислени  оценки дисперсии. 1 с третьего выхода дешифратора 48 открывает элемент И 23 дл  прохождени  импульсов с делител  8. Тактовые импульсы проход т на вычитаюцще входы счетчиков 26 и 27 через эдементы И 22 и 26 соответственно (фиг.2) и процесс вычислени  оценки дисперсии заканчиваетс  после обнулени  счетчиков 26 и 27 .(так же как и при вычислении оценки математического ожидани ) . После вычислени  оценки дисперсии на четвертом выходе дешифратора 48 по вл етс  1 и далее работа устройства протекает так же, как при поступлении первого элемента выборки. Дл  получени  результатов вычислений на вход блока 9 управлени  подаетс  единичный потенциал, который записывает код последовательности в регистр 54 (через элемент ИЛИ 39) и поступает в блок 5 пам ти, после чего на .выходах 13 и 14 устройства по вл етс  зцачение оценок математического ожидани  и дисперсии дл  данной последовательности. Формула изобретени  Устройство длч вычислени  оценок математического ожидани  и дисперсии, содержащее первый и второй счетчики, блок элементов И, генератор импульсов , первый и второй элементы И, делитель частоты, квадрато, j т л и ч . аю.щ е е с   тем, что, с целью повьшени  быстродействи  5 в него введены блок пам ти, сумматор, блок счетчиков, элементы И, элементы НЕ, счетчики, элементы ИЛИ, блок элементов ШШ, блок управлещ1Я, который содержит дешифратор, регистр, первый второй и третий элементы НЕ, п ть элементов И, два триггера, шесть элементов ИЛИ, счетчик, два элемента задержки, выход первого элемента НЕ подключен к первому входу первого элемента И блока управлени , второй вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, блока управлени , входы которого объединены с одноименными информационными входами регистра, выход первого элемента И блока управлени  через первьш элемент задержки подключен к первому входу второго элемента ШШ блока управлени , выход которого соединен со счетным входом счетчика блока управлени , выход которого подключен к входу дешифратора, первый вход которого соединен с входом второго элемента задержки, второй выход дешифратора подключен к первому входу четвертого элемента ИЛИ блока управлени , выход которого соединен с первым входом второго элемента И блока управлени , второй вход которого . подключен к выходу второго элемента НЕ, выход третьего элемента НЕ соединен с третьим входом второго элемента И блока управлени , выход которого подключен к второму входу третьего элемента ИЛИ блока управлени , третий вход которого соединен с выходом третьего элемента И, первый вход которого под ключен к третьему входу дешифратора четвертый выход которого соединен с вторым входом четвертого элемента ИЛИ блока управлени , второй вход третьего элемента И блока управлени  объединен со счетным входом первого триггера и подключен к выходу четвер того элемента И блока управлени  первьш вход которого соединен с пр мым выходом второго триггера, второй вход элемента И блока управлени  под ключен к инверсному выходу первого триггера, пр мой выход которого соединен с первым входом п того элемен та И блока упх авлени , второй вход которого объединен с первыми входам п того и шестого элементов ИЛИ блок управлени , счетным входом второго триггера и подключен к выходу первого элемента И блока управлени , входы установки в ноль первого и второго триггеров и регистра объединены и соединены с выходом второго элемента задержки, вход записи регистра подключен к выходу шестого элемента ИЛИ, блока управлени , второй вход которого объединен с входом первого элемента НЕ, второй вход п того элемента ИЛИ блока управлени  соединен с третьим входом дешифратора, вход первого элемента НЕ подключен к входу записи номера последовательности устройства, выходы первого элемента ИЛИ блока управлени   вл ютс  входами задани  номера последовательности устройства, входы установки в единицу первого и второго триггеров соединены соответственно с выходами разрешени  и запрещени  вычислени  дисперсии блока пам ти, выход второго элемен- та ИЛИ блока управлени  подключен к . входу записи первого счетчика, выход второго триггера соединен с первым входом первого элемента И и первым инфйрмационным входом блока пам ти, адресный вход, которого соединен с выходом регистра, пр мой выход первого триггера подключен к второму информационному входу блока пам ти и к первому входу второго элемента И, инверсный выход первого триггера соединен с вторым входом первого элемента И, выход первого элемента И блока управлени  подключен к входу записи второго счетчика считывани  и записи пам ти, выход п  того элемента И блока управлени  соединен с тактовым выходом блока счетчиков, выход п того элемента ШШ блока управлени  подключен к входам записи третьего и четвертого счетчи- KOBj выход четвертого элемента ИЛИ соединен с первым входом запуска ге нератора тактовых импульсов, второй выход дешифратора подключен к первому входу блока элементов Ник первому входу третьего элемента И, третий выход дешифратора соединен с вторым входом записи считывани  блока пам ти, третий выход дешифратора подключен к второму входу запуска .генератора тактовых импульсов и к ВХОДУ запуска квадратора, четвертый выход дешифратора соединен с первым ,входом четвертого элемента И, выход второго элемента задержки подключен к выходу Готовность устройства, первый выход дешифратора соединен с входом записи считывани  блока м ти и,;входом сброса сумматора, вход третьего элемента НЕ подключен к выходу первого элемента И.ПИ, выход второго элемента ИЛИ соединен с входом второго элемента КЕ, второй вход второго элемента ИЛИ блока управленик подключен к выходу Конец работы квадратора, выход первого элемента задержки соединен с суммирующим входом второго счетчика, второй вход третьего элемента И объединен с первым входом п того элемента И и под1ключен к выходу делител  частоты, ;Третий вход первого элемента И объединен с первыми входами шестого и седьмого элементов И и соединен с вторым выходом генератора тактовых импульсов, первые входы блока элемен тов ИЛИ подключены к информационному входу устройства, вторые группы входа блока элементов ИЛИ соединены с выходом сумматора, выход блока элементов ИЛИ подключен к информацион ному входу первого счетчика, вычитаю щий вход которого соединен с выходом седьмого элемента И, второй вход которого объединен с вторым входом п того элемента И, четвертым выходом первого элемента И и подключен к выходу второго элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами первого счетчика, вход третьего и четвертого элементов И подключен соответствен но к первому и второму входам третье го элемента ИЛИ, выход которого соединен с вычитаюищм выходом третьего счетчика и с первым инверсным входом второго элемента И, выход которого подключен к Пуск сумматора, второй инверсный вход второго элемен та И объединен с суммирующим входом третьего счетчика и соединен с выхо2 212 дом четвертого элемента ИЛИ, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам п того и первого элементов И, информационный вход третьего счетчика соединен с третьим информационным выходом блока пам ти, третий информационный вход блока объединен с информационным входом четвертого счетчика и подключен к выходу третьего счетчика, вычитающий вход которого объединен с тактовым входом блока счетчиков и соединен с выходом щестого элемента И, второй вход которого объединен с третьим входом третьего элемента И, вторым входом четвертого элемента И и соединение выходом первого элемента ИЛИ 5 входы которого подключены к выходам четвертого счетчика; третий вход четвертого элемента И объединен с управл ющим входом делител  частоты и соединен с первым информационным выходом блока счетчиков, информационный вход второго счетчика подключен к четвертому информационному входу блока пам ти, группа блока элементов И объединена с четвертым информационным входом блока пам ти и соединена с выходом второго счетчика, выход блока элементов И подключен к первому входу сумматора , второй вход которого соединен с информационным выходом квадратора, информационный вход которого подключен к выходу сумматора, информационный вход блока счетчиков соединен с п тым информационным выходом блока пам ти, п тый информационный вход которого подключен к второму информационному входу блока счетчиков, шестой и седьмой информационные вхоы блока пам ти  вл ютс  выходами оценок математического жвданиз. и дисперсии устройства .

   Фй/г2

   фив..З

   л

   СЭ

   вГ

   55

   и

   Фиг. 5

   57