ПОРОГОВЫЙ ЭЛЕМЕНТ С УСТАНОВКОЙ ВЕСОВ ДВОИЧНЫМИ СИГНАЛАМИ Российский патент 2000 года по МПК H03K5/24 G06G7/60 

Изобретение относится к области вычислительной техники и бионики, может быть использовано в качестве настраиваемого модуля для управляющих логических устройств, а также в качестве базисного элемента искусственных нейронных сетей.

Известны пороговые элементы, использующие различные физические элементы и законы для запоминания весов и порога [1, 2].

Недостатками этих устройств являются невысокие функциональные возможности, низкая помехоустойчивость, высокая сложность схемы изменения весов и порога.

Наиболее близким к изобретению является устройство для моделирования нейрона, содержащее n входов, связанных с входами n блоков модификации весов, выходы которых подключены к суммирующим входам линейного сумматора, выход которого соединен со схемой сравнения [3].

Основными недостатками этого устройства являются невысокое быстродействие и сложность управления, связанные с многотактовым режимом работы используемых логических элементов.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей порогового элемента с установкой весов двоичными сигналами при минимальной его сложности и максимальной скорости установки весов, за счет создания нового механизма модификации его весов в процессе работы с помощью управляющих двоичных сигналов.

Поставленная задача достигается тем, что в пороговый элемент с установкой весов двоичными сигналами, содержащий n входов, связанных с входами n блоков модификации весов, выходы которых подключены к суммирующим входам первого линейного сумматора, выход которого соединен со схемой сравнения, при этом блоки модификации весов содержат двоичные элементы памяти, схему умножения, второй линейный сумматор, выход которого соединен с первым входом схемы умножения, второй вход которой является одним из n входов 1_i (i=1...n) порогового элемента с установкой весов двоичными сигналами, а полученные произведения с блоков модификации весов поступают на суммирующие входы первого линейного сумматора, введены дополнительно в блоки модификации k управляющих входов, при этом в блоки модификации весов введены k преобразователей двоичного сигнала, позволяющие формировать положительное или отрицательное значение веса, а двоичные элементы памяти выполнены в виде k двоичных элементов памяти, в которых происходит запоминание двоичных сигналов, поступающих на k управляющие входы блоков модификации весов, при этом k выходов двоичных элементов памяти соединены с входами k преобразователей двоичного сигнала, выходы которых соединены с k суммирующими входами второго линейного сумматора, а схема сравнения выполнена в виде схемы сравнения с нулем.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 приведена схема порогового элемента с установкой весов двоичными сигналами; на фиг. 2 приведена схема блоков 2₁,...,2_n модификации весов.

Устройство (фиг. 1) содержит: n входов 1_i,...,1_n, n блоков модификации весов 2₁,...,2_n, первый линейный сумматор 3, схему сравнения с нулем 4.

Блоки 2₁,...,2_n модификации весов (фиг. 2) содержат k управляющих входа 5₁, ...,5_k, k двoичныx элементoв памяти 6₁,...,6_k, k преобразователей двоичного сигнала 7₁,...,7_k, второй линейный сумматор 8, схему умножения 9.

Устройство работает следующим образом. При поступлении двоичных сигналов в базисе (0, 1) на k управляющих входов 5₁,...,5_k блоков 2₁,...,2_n модификации весов происходит их запоминание в k двоичных элементах памяти 6₁,..., 6_k, а затем преобразование из базиса (0, 1) в базис (-1, 1) помощью k преобразователей двоичного сигнала 7₁,...,7_k, позволяющих формировать положительные или отрицательные значения веса. Полученные, в результате этого преобразования, двоичные сигналы поступают на второй линейный сумматор 8, образующий на своем выходе натуральное значение формируемого веса w_i(i=1...n). Это значение подается на один из двух входов схемы умножения 9, на второй вход схемы умножения 9 поступает входной сигнал x_i в базисе (0, 1). Функцию порога может выполнять любой вес порогового элемента с установкой весов двоичными элементами, если на вход, соответствующий этому весу поступает постоянное значение входного сигнала x_i = 1. Полученные произведения с выходов блоков 2₁, . ..,2_n формирования весов поступают на входы сумматора 3, образующим на своем выходе взвешенную сумму (x₁w₁+...+x_nw_n). Эта сумма подается на вход схемы сравнения с нулем 4. Если значение выхода первого линейного сумматора 3 больше нуля, то на выходе схемы сравнения с нулем 4 формируется двоичный сигнал 1, если значение выхода первого линейного сумматора 3 равно нулю или отрицательно, то на выходе схемы сравнения с нулем 4 формируется двоичный сигнал 0.

Таким образом, пороговый элемент с установкой весов двоичными сигналами, применяя аналоговые операции умножения, суммирования и сравнения с нулем, позволяет выполнять необходимые изменения весов и порога с необходимым уровнем дискретности и максимальным быстродействием, используя для этого управляющие двоичные сигналы, что расширяет функциональные возможности порогового элемента с установкой весов двоичными сигналами и открывает возможности создания настраиваемых логических сетей, в которых управляющие двоичные сигналы для изменения весов и порога могут вырабатываться как самим пороговым элементом с установкой весов двоичными сигналами, так и другими пороговыми элементами с установкой весов двоичными сигналами. Кроме этого, открывается возможность повышения надежности работы порогового элемента с установкой весов двоичными сигналами за счет увеличения числа двоичных элементов памяти, определяющего максимальное значение соответствующего веса w_i.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Левченко Е.Б. Искусственные нейронные сети: элементы и архитектуры. В кн. Нейрокомпьютер как основа мыслящих ЭВМ. М.: Наука, 1993, 239 с.

2. Вавилов Е.Н., Егоров Б.М., Ланцев B.C., Тоценко В.Г. Синтез схем на пороговых элементах. М.: Советское радио, 1970, с. 367.

3. А.С. 1479944, СССР, МКИ G 06 G 7/60. Устройство для моделирования нейрона /А.В. Каляев, Ю.Ю. Чернухин, Ю.А. Брюхомицкий и Г.А. Галуев. Опубл. в Б.И. 1989, N 18 (прототип).

Изобретение относится к вычислительной технике и бионике, может использоваться как настраиваемый модуль для управляющих логических устройств, а также в качестве базисного элемента искусственных нейронных сетей. Пороговый элемент с установкой весов двоичными элементами (ПЭ) содержит n входов n блоков модификации весов (БМВ) (2), первый и второй линейные сумматоры (С) (3, 8), схему сравнения с нулем (СС) (4), k двоичных элементов памяти (ЭП) (6), k преобразователей двоичного сигнала (ПДС) (7), позволяющих формировать положительные или отрицательные значения веса, схему умножения (У) (9). При поступлении двоичных сигналов в базисе (0, 1) на входы БМВ (2) происходит их запоминание в k ЭП (6), а затем преобразование в базисе (-1, 1) в k ПДС (7). Эти сигналы поступают на второй С 8. На выходе С 8 получают натуральные значения веса w_i, которое вместе с входным сигналом поступает на входы У 9. Функцию порога может выполнять любой вес ПЭ, если на вход, соответствующий этому весу, поступает постоянное значение входного сигнала, равное 1. С выходов БМВ (2) произведения поступают на входы С 3, образующим на выходе взвешенную сумму. После сравнения в СС 4, если на выходе С 3 сигнал больше нуля, формируется двоичный сигнал 1, если равно нулю или отрицательно - 0. Технический результат: расширение функциональных возможностей ПЭ для создания настраиваемых логических сетей, в которых управляющие двоичные сигналы для применения весов и порога вырабатываются как самим ПЭ, так и другими ПЭ, повышается надежность работы ПЭ. 2 ил.

Пороговый элемент с установкой весов двоичными сигналами, содержащий n входов, связанных с входами n блоков модификации весов, выходы которых подключены к суммирующим входам первого линейного сумматора, выход которого соединен со схемой сравнения, при этом блоки модификации весов содержат двоичные элементы памяти, схему умножения, второй линейный сумматор, выход которого соединен с первым входом схемы умножения, второй вход которой является одним из n входов l_i(i = l ... n) порогового элемента с установкой весов двоичными сигналами, а полученные произведения с блоков модификации весов поступают на суммирующие входы первого линейного сумматора, отличающийся тем, что блоки модификации весов имеют k управляющих входов, при этом в блоки модификации весов введены k преобразователей двоичного сигнала, позволяющие формировать положительное или отрицательное значение веса, а двоичные элементы памяти выполнены в виде k двоичных элементов памяти, в которых происходит запоминание двоичных сигналов, поступающих на k управляющие входы блоков модификации весов, при этом k выходов двоичных элементов памяти соединены с входами k преобразователей двоичного сигнала, выходы которых соединены с k суммирующими входами второго линейного сумматора, а схема сравнения выполнена в виде схемы сравнения с нулем.