Вероятностный коррелометр Советский патент 1983 года по МПК G06F17/10 G06F17/15 

тов и, выходам инверторов подключень соответственно к первьм входам третьего и четвертого элементов И, выходы второго и третьего элементов И подключены к соответствукядим входам первого элемента ИЛИ, выходы первого и четвертого элементов И соединены с соответствующими входами второго элемента ИЛИ,- выходы первого второго и третьего- элементов ИЛИ являются соответственно первым, вторым и третьим выходами блока модификации команд, входы третьего элемента ИЛИ соединены соответственно с выходами пятого, шестого и седьмого элементов И, первые входы шестого и седьмого элементов И подключены соответственно к выходам четвертого и-пятого элементов ИЛИ, третий вход блока модификации команд подключен к первому входу пятого элемента .ИЛИ,

второй вход которого объединен с первым входом четвеотого элемента ИЛИ и является четвертымвходо л блока модификации команд, пятый вхо которого подключен к третьему входу пятого элемента ИЛИ, второму входу ,четвер того элемента ИЛИ и к первому входу пятого элемента И, второй вход второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ является шестым входом блока модификации команд, седьмым входом которого является вход регистра первый выход которого подключен к вторьа входам первого и третьего элементов И, второй вход регистра соединен с вторшет входами второго И четвертого элементов И, третий, четвертый и пятый выходы регистра соединены соответственно с вторыми входами пятого, шестого и седьмого элементов И.

1. ВЕРОЯТНОСТНЫЙ КОРРЕЛОМЕТР, содержаний блок памяти, блок вероятностного умножения, генератор случайных чисел, выход которого соединен с первым входом блока суммирования, второй вход которого является первым входом коррелометра, ре гистр математического ожидания, первый вход которого является вторым входом коррелометра, а выход соединен с третьим входом блока суммирования, первый выход которого соединен с первым входом накапливающего регистра, выход КОТОРОГО;подключен к второму входу регистра математкческрго ожидания, первые четыре выхода блока управления соединены соответственно с управляюищми входами блока вероятностного умножения, блока цамяти,накапливающего регистра и. регистра математического ожидания, о т ли ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения точности в коррелометр введены блок анализа знака, регистр итога, регистр числаj блок модификации команд, первые.пять входов которого являются соответственно третьим, четвертым и пятым, . шестым и седьмым входами коррёлометгра, шестой вход блока модификации команд объединен с информационным ,входом блока вероятностного умножения и с первым выводом блока анали- за .знака и соединен с вторым входом блока суммирования, первый выход которого подключен к информационному входу блока памяти и к первс у входу регистра итога, выход которого соединен с четвертым входом блока суммирования, пятый, шестой, седьмой и восьмой входы которого подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам блока модификации команд и к илходу регйстра числа, информационный вход которого соединен с перВЕОм выходом блока памяти, второй выход которого является выходом коррелометра, а третий - подключен к второму входу блока анализа знака, выход которого соединен с (Л вторым управлянвдим входом блока па;мяти, третий и четвертый входы блока анализа знака соединены со®тветственно с четвертым входом коррело. метра и с выходс блока вероятност- g . ногР умножения, пятый вход блока ана;Лиза знака и седьмой вход блока модификации ксжанд, вторые входы региг j.cTpa итога и регистра числа подключены соответственно к пятому, шестому, седьмому и восьмому выходам . блока управления. 2. Коррелометр по п. 1, о т л и чающийся тем, что блок модификации кснианд содержит два э емента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, два инвертора, сетвь элементов И, регистр, пять Элементов ИЛИ, щгрвый вход первого элемента ИС101( ИЛИ, является первым входом блока.модификации команд, первый вход второго и второй вход первого элемента ИСКЛЮЧАВДЕЕ ИЛИ объединены и являются вторым входом блока модификации команд, чыход каждого элемента ИСКЛЮЧАК 1ЕЕ ИЛИ подключен к входу соответствующего ;инвертора и к первому входу соотватственно первого и второго элемен-г

ИэобретБНие относится к вычислительной технике и предназначено для статистической обработки информации , используемой для решения ряда научно-технических задач в гидрометеорологии, автоматике, биология, медицине и других областях науки и техники.Известен вероятностный коррелометр для вычисления характеристик стационарных случайных процессов, содержащий регистры, вероятностного округления, блок вероятностного умножения и блок памяти tilОднако это устройство имеет ограниченную сферу применения, так как оно не Может быть использовано для обработки нестационарных случайных процессов.

Известен вероятностньД коррелометр, содержащий сумматор, блоки вентилей, регистры, даа блока сравнения, генератор случайних чисел, блок вероятностного умножения, накапливающий регистр, счетчики и блок управления С23.

Данный коррелометр характеризуется наличием в схеме двух блоков сравнения , блока сдвинутых регистров i дающего проигрыш s оборудовании по сравнению с памятью той же емкости/ и недостаточной.точностью при обработке случайных пррцессов.

Целью йзобоетения является ловышение точности при обработке случайных стационарных и нестационарных процессов и уменьшение оборудования.

Поставленная цель достигается тем, что в вероятностный коррелометр

содержащий блок памяти, блок вероятностного умножения, генератор случайных чисел, вдход которого соединен - с первым входом блока суьФшрования, второй вход которого является первым входом коррелометра, регистр математического ожидания первый вход которого является вторым входом коррелометра, а выход соединен с

0 третьим входом блока суммирования, первый выход которого соединен с первым входом накапливающего регистра, выход которого подклкнен к второму входу регистра математического

c ожидания, первые четыЕ е выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами блока ввт роятносггного умножения, блока памяти, накагшивакяцего регистра и регистра математического ожидания, введены блок анализа знака, регистр итога, регистр числа, блок модификации команд, первые пять входов которого являются соответственно третьим, четвертым и пятым, шестым и седыллм

5 входами коррелометра, шестой вход блока модификации команд объединен с информационным входом блока вероятностного умножения и с первым выходом блокаанализа знака и соединен

0 с вторьам входе блока cyм в poвaния,. выход которого подключен к информационному ш:оду блока памяти и к первому входу регистра итога, выход которого соединен с четвертым

5 входом блока суммирования, пятый, шестой, седамой и восьмой входы кото.рОго подвслючены Соответственно к первому, второму и третьему выходам блока модификации команд и к выходу регистра числа, инфopмaциdнный вход которого соединен с первым выходом блока памяти, второй выходкоторого является выходом коррелометра, а третий - подклнзчен к второму входу блока анализа знака, выход которого соединен с вторым управляющим входом блока памяти, третий я четвертый входы блока анализа знака соединены соответственно с четвертшл входом коррелометра и с выходом бло ка вероятностнрго умножения, пятый вход блока анализа знака и седьмой вход блока модификации команд, вторчые входы регистра итога, и регистра числа подключены соответственно к пятому, шестс «у, седьмому и восьмому выходам блока управления. Кроме того, блок модификации команд содержит два элемента ИСКЛКНАЮВДЕЕ ИЛИ, два инвертора, семь элементов И, регистр, пять элементов ИЛИ, первый вход первого элемента ИСЮШЧАЩЕЁ ИЛИ является nepiBHM входом блока модификации командj первый вход второго и второй вход первого элемента ИСКДШАЩЕЕ ИЛИ объединены и являются вторым входом блока модифккации команд, выход каждого элемента ИСКЛЮЧЙВДЕЕ ИЛИ подключен к входу соответствующего инвертера и к первому входу соответственно первого и; второго элементов И, выходы инверторов подключены соответ.ственно к первым входам третьего.и четвертого элементов И, выходы го и. третьего элементов И подключены к еоответствуюЕщим входам первого элемента ИЛИ, выходы первого и четвёртого элементов И соединены с соответствующими входами второго эл;в мента ИЛИ, выхода первого, второго и третьего элементов ИЛИ явл5потся соответственно первьм, вторым и третьим выходами блока модификации команд, входы третьего элемента ИЛИ соединены соответственно с выходами пятого, шестого и седьмого элементов И, первые входы шестого и седьмб го элементов И подключены соответственно к выходам четвертого и пятого элементов ИЛИ, третий вход бйока моди |мкации команд подключен к первому входу пятого элемента ИЛИ, второй вход которого объединен с первым входом четвертого элемента ИЛИ и является четвертым входсм блока модйфикацйй команд, пятый вход которого подклрзчен к третьему входу пятого элемента ИЛИ, второму входу четвертого элемента ИЛИ и к первому вхо ду пядого элемента И, второй вход ;второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ я:вляется шестьм входом блока модификации команд, седьмым входом которого является вход регистра, первый выхр j OTOporo подключен к вторым входам первого и третьего элементов И, второй вход регистра соедданен с вторыми входами второго и четвертого элементов И, третий, четвертый и пятый выходы регистра соединены соответственно с вторьами входами пятого, шестого и седьмого элементов И. На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого вероятностного коррелометраJ на фиг. 2 - структура блока модификации команд; на фиг.З структура блока управления. Вероятностный коррелометр содержит регистр 1 математического ожидания, блок 2 модификации команд, блок 3 суммирования, генератор 4 случайных чисел, накапливающий регистр 5, блок 6 памяти, блок 7 вероятностного умножения, penicTp 8 числа, блок 9 анализа знака интегрирования, блок 10 управления, ре- гистр 11 итога. Формула, по которой вычисляется корреляционная функция, имеет вид Gfi75tt - lb - 4; где р номер ординаты корреляционной функции, , а - коэффициент масштаба ордина Tti случайного процеса ; Иу - математическое ожидание случайного процесса x{t)} i - текущий номер ордданаты случайного процесса, , Математическое ожидание случайного процесса т)( - либо Ъеличина постоянная, , введенная заранее (по входам ту и знака тк) на ост новании априорного знания процесса при условии, что процесс стационарный, либо функция от времени вида г;л -1 ) . . : , .:,..) где К (--)- целая частьЧйсла от лепёккя текущего номера ординаты случайного процесса i на число г, определ1пощее предел ус реднения, т.е. длину участка псевдостационарности нестационарного процесса. m m ;При Е За время вычисления корреляционной функции на вход устройства поданы N ординат случайного процесса 3i(t).- . Обработка каждой ординаты идентична и включает в себя цикл приема, накопления (для нестационарных . процессоё) и замещения значений маематического ожидания на границах участков псевдостащАэнарности, центрирования, масштабирования центрированной ординаты и q подциклов пере 4НОжения ординат принятой XT и запомненных прошлых ординат , ко рекцию содержимого части памяти, хранящей текущие прошлые) ординаты процесса (,q-l; и оценки промежуточных результатов ординат корреляционной функции, вычисленных для предыдущих ординат случайной функции. Кпр |f i (-р - -Ч-i Устройство работает спедуквдим образом. Перед началом работы все блоки и элементы устройства устанавливаются в исходное (нулевое) положение. Затем в устройство извнезамыкаются в личины начального значения математи ческого ожидания . и его знака по входам 2 и 4 устройства масштаб ный коэф ициент увеличения центриро ванной ординаты а по входу 6, при нак нестационарности процесса по входу 3. Работа устройства по вычислению корреляционной функции будет ясна из пояснений к процессу обработки i-ой ординаты случайного процесса.. Значение i-ой ординаты случайного процесса x(t ) поступает на вход блока 3 суммирования, а значение знака х по.ступает на входы блока 2 модифи кации команд и блока 9 анализа знака интегрирования. Прием ординаты и знаков осуществляется по управляющим сигналам из блока 10 управления. В случае нестационарнос ти процесса организуется суммирование ординаты-х, поступающей в сумматор 3 с входа i коррелятора о ранее накопленным значением ординат Q, поступающих из регистра 5. ПОСКОЛЬКУ суммируются числа со знаками, то команда в блок 3 суммирова ния из блока 2 моди |мкаед1и команд формируется по сочетани1о знаков и суммы ординат, осуществляя операцию Х; q, где@- оператор накопления, который принимает значение управляюиих сигналовJ - Сложность при условии: зва X; знак G)} (D) - Вычесть при условии знак ITM fttswei Гознак О. Значения оператор а (g) выдаются из блока 2 по управля5тпему сигналу из блока 10 управления. Далее, в случае, если число i , kr k 1,2..., т.:е, оказывается границей участка псевдостационарнос ти, т.о организуется замещение значения математического ожидания го, хранящегося в petHCTpe 1, схщержимы старших разрядов накапливающего регистра 5, (действительно/ если разрядность обрабатываемых чисел х,- и т равна 1, то разрядность накопи тельного регистра 5 равна 1 + гЛ. Для этбго из блока 10 управления передается управляюиий сигнал в ре гистр 1. Поопе этих процедур для нестационарного процесса и сразу после приеьва ординаты ж для стационарного процесса в блоке 3 суммирования организуется центрирование ординаты, т.е. вычитание значения математичесг кого ожидания. Команда для организации центрирования в блоке суммирования из регистра 1 (т) формируется по сочетанию знаков, организуя операцию -. ( ij где ( - оператор центрирования, который принимает значение управляющих сигналов} (s)- Вычесть при условии: знак i Д. знак (5)- Сложность при УСЛОВИИ: знак X- f знак т. Значения оператора (S) выдаются из блока 2 по управляющему сигналу из блока 10 управления. На фиг. 2 представлена структура блока моди кадии команд, который содержит элементы ИСКПШАКВДЕЕ ИЛИ 12 и 13 (например ИС К155ЛП5Л,регистр 14 управляющих сигналов, первый и второй инверторы 15 и 16, элементы И 17-20, элементы ИЛИ 21-24, элементы И 25-27, пятый элемент ИЛИ 28.. По сигналу из блока 10 управления на регистр 14 поступают сдвигающие импульсы, которые последовательно позволяют сформировать сигналы сложить или Клчесть по шлходу первого и второго разрядов регистра 14, в зависимости от комбинации знаков х и у;; И знаков х и т / или сигналы сдвига по выходу третье-, гр, четвертого и пятого разрядов регистра 14 в зависимости от установленного значения коэффициента масштаба ,4,8j. i Центрированная ордината х - ту, в сумматоре 3 затем подвергается масштабированию, т.е. умножению на коэффициент масштаба а , посту- . пающий из блока 2 модификации команд, образуя величину ау.Хц для по5,ышенйя точности вычислений. Известно, что гймс-гохасфйческих способах выполнения операций умножения, чем боль ше перемножаемые числа приближаются к нормали зов аян1зм тем лучше используется разрядная сетка и выше точность. Масштабный коэффициент выбирае ся в соответствии с априорным значением величины для стационарных процессов. Из соотношения tpkrlji j следует помнить-, чтЪ т дано в нор- t .|е10,13. П Tt{sjTT,m мализованном виде | с целью удобства приборной реализации величина aJ берется кратной степени 2. П этому в блоке 2 модификации коман сумматора приходе управгляющего сигнала из блока.10 управЛейия вырабатывается набор команд сдвига на один разряд в сторону старших разря дов содержимого блока 3 суммировани в количестве, равном k Cogf/j Центрированная и масштабированная ордината из сумматора 3, I (4) . --- записывается в регистр 11 итога по управляющему сигналу из блока 10 управления. Далее организуются q йодциклов стохастического перемножения и суммирования с промежут чными значвниями соответст.вую щих ординат K)i.x(p). В первом подщикле первым шагом в сумматоре 3 организуете вычитание из содержимого регистра 11 итога xi числа из генератора случайных чисел 4 Щ без записи результата в регистр 11 итога.Ейачи-гание npojigBo . дится. без учета алгебраических .з.н5ков, т.е. реалйзу;ет операцию сравт|ения я bi. В случае, если чис ло из регистра 11 итога () меньше числа из генеремгора 4, т.о на выходе блока 3 суммирования выход переноса отсутству;ет сигнал перено са. )авёнс Тве чисел-или если число из регистра 11 итога больше числа из генератора 4, на вторсм выходе блока суммирования появится сигнал nepejioca. Результат первого сравнения запомнен в блоке 7 вероятно егтнйте умножения. Затем произ водит( повторное сравнение содержимого регистра 11 итога с числом из генератора 4. На блока 7 вероятностного умножения, являющего(зя схемой вероятностного умножени последовательностного типа, результат будет коньюнкцйей результатов,. первого и второго сравнений, стохастического умножения пары ордй нат повторяется несколько раз в соответствии о требуемой точность о числений.-. Содержимое нулевой ячейки блока б памяти, соответствующей нулевой ординате корреляционной функции увеличивается на единицу всякий раз при появлении сигнала с выхода блока 7 вероятностного умножения. Второй к последующие (q-ro) подциклы умножения и интегрирования организуются несколько по- йному. Перед началом второго подцикла из блока 10 управления выдается управляю&шй сигнал в блок б памяти, по которс у содержимое нулевой ячейки памяти.,, где хранилась ордината х , запискшается в регистр 8 числа. Содержи14Ов регистра 11 итога -транзитом через блок 3 суммирования записывается в память по нулевому гшресу. При организации стохг стичвского перемножения пары ординат х ордината снимается с регистра 11 итога и сравнивается в блоке 3 суммирования с числом из ге нератора 4, орлйнатах| 5 снимается о регистра 8 числа и сравнивается в блоке 3 суммирования с числом из генератора 4. Результат с выхода блока 7 вероятностного умножения через блок 9 анализа знака обеспечи вает увеличение или уменьшение на единицу содерж1даого той части ячейки памяти блока б памяти, где хранится промежуточное значение орди ™ Чх1)-|х«хW. - Знак интегрирования вырабатывается блоком 9 анализа знака интегрирования на основании значений знаков .сомножителей и знака промежуточного значения ординаты. При этом учитывается работа устройства в счетной ари етике и перемене знака итога при переходе через ноль в соответствии G аналитическими выражениями, если fL .Д)я .(зиок Х ®3нак X )® ГА) f .ж%Т l©iMOK.XX, , -PJ то вырабатываетСи сигнал Увеличить на 1 содержимое ячейки памяти, если А 1, то у правляющие сигналы интегрирования вырабатываются в зависимости от дополнительного УСЛОВИЯ t при t HlfjV О вырабатывается; сигнал Уменьшить на 1 содержимое ячейки памяти / где ЯП означает содержимое текущей ячейки памяти. При ЯПЗ О вырабатываются сигналы Увеличить на 1 содержимое :ячейки памяти и Изменить знак 11ромежуточногр значения ординаты Кэих (Р).{Д«) Значения знаков ординат и сигналы равенства нулю соДеджимого текущей ячейки памятй поступают в блок 9 анализа з наков интегрирования из блока б памяти, знак ординаты xt поступает извне, а сигнал на его изменение после центрирования поступает с выхода блока 3 суммировгания на блцк 9 анализа знака интег рирования при наличии соответствую.щего управляющего сигнала из блока ilO управления. . В конце второго подцикла увели- . чивается на единицу afjpec в блоке б памяти. В начале третьего подцикла содержимое первой ячейки памяти переписялвается в регистр 8, а содержимое этого регистра транзитом :

через блок 3 cyMMHporif&HHH по этому же адресу эаписивается в блок б памяти. Подцикл; вычислений произведения к i происходит описанным способом. .

В процессе q подциклов содержимо памяти ординат сдвигается и стает соответствующим таблице. Процесс перемножения заканчивается при равенстве содержимого адреса блока памяти величине q - 1. Емкость оборудования предлагаемого коррелометра уменьшается по сравнению с прототипом за счет использования дополнительных разрядов памяти (длина ячейки памяти увеличивается на 1+1 разряд, где 1 - разрядность обрабатываемых ординат случайного процесса и один разряд - знак ординат) вместо блока сдвигающих регистров. Это объясняется тем, что сложность реализации сдвиговых регистров выше чем сложность реализации памяти. Это проявляется при требовании увеличения числа ординат корреляционной функции.

Структура блока 10 управления представлена на фиг, 3. В состав блока входят генер атор 29 тактовых импульсов, элемент И 30, элемент задержки 31, триггер 32, сдвиговый регистр 33, регистр 34 адреса, дешифратор 35 -микроопераций, элемент ИЛИ 36, счетчик 37, триггер 38, элемент И 39, счетчик 40j триггер 41, элемент И-42, счетчик 43, узел анализа границ интервалов, нестационарности - элементы И.с задержкой: 44, элемент И 45,

Работа блока одинакова в каждом цикле обработки ординат случайного процесса x(.t). В начале ,цикла вi} блок поступает сигнал - признак текущей ординаты х - Начало цикла, которым устанавливается в единичное состояние триггер 32. Благодаря этому образуется возможйость для прохождения импульсов с генератора 29 через элемент И 30. Сигналы с элемета И 30 сдвигают регистр 33, каждому из пяти выходов регистра соответствует свой адрес микрокоманды в регистре 34, который записывается задержан{аам импульсом с элементом задержки 31. .Каждому адресЗу ми1{рокоманды сопоставляются выходные сигналы дешифратора 35.из множества сигналов Qf бг, &, 1, д, е , qc, и. Сигналам соответствует первый, второй/ третий четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой выходы блока

После появления сигнала на выходе пятого разряда рег1цстра 33 устанавливаются в единичное состояние триггеры 38 и 41,Выходом триггера 41 устанавливается высокий потенциал 5 на первом входе третьего элемента И 42. Это позволяет пройти импульсам с выхода элемента И 30 на пересчет счетчика 40 и на выбор микрокоманды через регистр 34 и соответствующих ей микроопераций с выхода дешифратора 35. Это операция стохастического преобразования.

После проявления сигнала переключения со счетчика 40 сбрасывается

5 триггер 41 и схема закрывается. Выход переноса счетчика 40 пересчитывает счетчик 37 и подготавливает второй вход элемента И 39, выход которого обеспечивает через регистр 34

Q и дешифратор 35 выдачу микроопераций, реализующих переадресацию в блоке б памяти и переход к преобразованию Следующей пары ординат

После пересчета счет i-pn

5 чика 37 сбрасывается триггер 38 и через элемент ИЛИ 36 сбрасывается триггер 32 и пересчитывается счетчик 43 циклов. В случае обработки нестационарных процессов с выхода .,. элемента И 44 после каждой.г-й ординаты выдается сигнал, который через регистр 34 и дешифратор 35 организует перепись старших разрядов регистра 5 накопительного в регистр 1 (фиг. 1).

Режим заканчивается после пересчета регистров 43 и 37 (в последнем цикле регистра 43}, срабатывает элемент И 45, с выхода.которого сбра салвается; регистра 34 и выдается сигнал Конец режима.

Следует отметить, что блок управления устройства идентичен блоку упрайления прототипа 2 и отличается лишь управляющими сигналами с выхода дешифратора 35. Управляющие сигналы а ,6, , Т- использовались в прототипе С2 / сигналы д, е, Ж, U с этого же дешифратора исполь.

0 эуются в предлагаемом;устройстве.

В предлагаемом коррелометре используется генератор- случайных чи- . сел, имеющий всего одну последова- ; телзьность случайных чисел, вйесто -двух у прсуотипа.Точность предлагавмогбкоррейогметра увеличивается за счет введения коэффициента масяштаба, йсрмализующего перемножаемые числа.

1 2 3 Р q-1

о

1

2

P-1 q-2 q-1

q

,CM)

JXtM) 4

й

. 1,v CM)

CMl

4-ptA

(M

(y -(V+a xtM

IM)

Ч

+ 4 fe:2 Нестац

HmaflQ пикт