Вероятностный двоичный элемент Советский патент 1984 года по МПК G06F7/58 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения вычислительных устройств с вероятностным представлением информации, для моделирова1ния случайных процессов и событий пе заданной с помощью двоичного кода вероятности их наступления. Известен вероятностный вентиль, выполняющий функцию вероятностного двоичного элемента и содержащий два идентичных генератора с регулируемой средней частотой следования случайных импульсов, двоичный триггер и клапан . Этот вероятностный вентиль не поз воляет управлять вероятностью появле ния событий с помощью цифрового двоичного кода. Известен также преобразователь ко вероятность, обеспечивающий формирование случайных событий, вероятность появления которых задана с помощью цифрового двоичного кода. Он содержи генератор псевдослучайных чисел, регистр преобразуемого числа, блок сравнения двоичных кодов, т-разрядный двоичньш счетчик и m сумматоров по модулю два . Однако этот преобразователь требу ет большого объема оборудования и является детерминированной логической схемой, работа которой характеризуется периодом конечной длины. Применение в таком преобразователе физического датчика случайных чисел связано с дополнительным увеличением аппаратурньсх затрат. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к данному изобретению является вероятностный двоичный элемент, содержащий генератор случайных импульсов, схему совпадения, управляемую кодом, характеризующим заданную вероятность выходной триггер и счетчик-делитель вход которого подключен к выходу ге нератора случайных импульсов, выход к единичному входу триггера, а промежуточные выходы делителя соединены со схемой совпадения кодов, выход которой подключен к нулевому входу триггера, прямой и инверсньй выходы которого соединены с первыми входами соответственно первого и второго элементов И, вторые входы которых объединены и образуют вход Опрос устройства СЗ. Известный вероятностный двоичный элемент характеризуется высокой точностью реализации случайных событий, так как скважность двоичного сигнала выходного триггера не зависит от интенсивности генератора случайных импульсов и определяется только значением управлякщего кода. Существенный недостаток известного вероятностного двоичного элемента малое быстродействие при формировании потока независимых случайных событий. Это обусловлено тем, что на вьосодах счетчика-делителя и схемы совт адения образуются потоки импульсов типа эрланга высоких порядков, которые с помощью триггера формируют двоичный сигнал с большим последействием. По характеру такой двоичньй сигнал близок к периодическому сигналу, что и определяет большой период опроса при формировании потока независимых событий. Цель изобретения - повышение быстродействия. Для достижения поставленной цели в вероятностный двоичный элемент, содержащий первый генератор пуассоновского потока импульсов, первый и второй элементы И, счетчик, регистр кода, введены второй генератор пуассоновского потока импульсов, элемент НЕ, блок выравнивания интенсивностей потоков импульсов, стробированный де-. шифратор, группа элементов И и элемент ИЛИ, при этом выходы первого и второго генераторов пуассоновских потоков импульсов соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами блока выравнивания интенсивностей потоков импульсовi первьш и второй выходы которого соединены соответственно со счетным входом и входом Сброс счетчика, выходы разрядов счетчика соединены с соответствуклцими разрядными входами стробированного дешифратора, управляющий вход которого через элемент НЕ соединен со вторыми входами первого и второго элементов И и является входом Опрос вероятностного двоичного элемента, выходы дешифратора соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих разрядов регистра кода, а выходы элементов И группы соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого является выходом вероятност ного двоичного элемента. В предложенном устройстве используются вероятностные свойства марковского процесса смены состояний счетчика, находящегося под воздействием двух независимых .пуассоновских потоков импульсов с равной интенсивностью. Суть этих свойств состоит в том, что безусловные вероятности пре бывания (в произвольные моменты времени) счетчика в различных состоягшях распределены по закону геометрической прогрессии. Это обеспечивает возможность моде лировать элементарные случайные собы тия (появления импульсов опроса на выходе устройства) по заданной с помощью двоичного кода вероятности их наступления. . Повышение быстродействия при формировании независимых случайных собы тий достигается за счет использования вероятностной дискретной системы (счетчика), характеризующейся вы,сокой интенсивностью смены состояний и отсутствием последействия. При этом независимости вероятностей от интенсивностей случайных потоков импульсов обеспечивает высокую точност работы двоичного элемента. На фиг i 1 приведена структурная схема вероятностного двоичного элемента, на фиг. 2 - граф состояний счетчика импульсов. Вероятностный двоичньй элемент со держит первьш 1 и второй 2 генераторы пуассоновского потока импульсов, первый 3 и второй 4 элементы И, элемент НЕ 5, блок 6 выравнивания интен сивностей потоков импульсов, счетчик 7, стробированньй дешифратор 8, груп пу 9 элементов И, элемент ИЛИ 10, ре гистр 11 кода. . Блок 6 выравнивания может быть выполнен в виде логической схемы преобразования двух случайных,ПОТОКОВ импульсов в соответствии со следующим алгоритмом: разделение каждого входного потока на два потока с равными интенсивностями, объединение (суммирование) новых пар полупотоков. Известен пример конкретного вьтолнения блока 6 вьфавнивания L JВероятностный двоичный элемент ра ботает следующим образом. 304 Первый 1 и второй 2 генераторы вырабатывают пуассоновские потоки импульсов с интенсивностями в общем случае отличными друг от друга. Через постоянно открытые первый 3 и второй 4 элементы И потоки импульсов поступают на входы блока 6 выравнивания интенсивностей. На выходах блока 6 входное пуассоновские потоки преобразуются в пуассоновские потоки импульсов с равными интенсивностями при сохранении .их первоначальной взаимной независимости. В счетчике 7 реализуется процесс накопления импульсов первого потока на интервалах между импульсами второго потока. Каждый импульс второго потока гасит содержимое счетчика 7 и тем самым срывает процесс накопления в нуль. Процесс накопления отображается в стробированном дешифраторе 8 временем удержания в открытом состоянии только одного выхода для прохождения импульсов опроса, поступивших на управляющий вход дешифратора 8. С безусловными вероятностями Р возможных состояний счетчика 7 импульс опроса проходит на п-й выход дешифратора 8. РП (1/2); п О, 1, 2, ... ; Для повьш1ения надежности работы вероятностного двоичного элемента с помощью элемента НЕ 5 и двух элементов И 3 и 4 производится останов процесса на время действия импульса опроса. В соответствии с установленным в регистре 11 двоичным кодом открыты те элементы И группы 9, которые соответствуют разрядам регистра 11, содержащим единицы. Элемент ИЛИ 10 путем дизъюнктивного суммирования вероятностей формирует вероятность выходного события, заключающегося в появлении импульса опроса на выходе элемента ИЛИ 10. При необходимости получения событий с дополнительной вероятностью может быть использован второй блок элементов И-ИЛИ, подключенный параллельно выходам дешифратора 8 к нулевым выходам соответствующих разрядов регистра 11. Минимальный период опроса предоженного вероятностного двоичного лемента при формировании независимых лучайных событий определяется велииной наибольшего интервала, в течение которого счетчик 7 находится в состоянии покоя.

Вследствие этого быстродействие (производительность) предложенного вероятностного двоичного элемента на два порядка вьше быстродействия устройства-прототипа при формировании потока независимых случайных событий. Кроме того емкость счетчика 7 меньше емкости счетчика-делителя, используемого в устройстве-прототипе.

ВЕРОЯТНОСТНЫЙ ДВОИЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, содержащий первый генератор пуассоновского потока импульсов, пер- вьй и второй элементы И, счетчик, регистр кода, отличающийся тем, что, с целью повыщения быстродействия, он содержит второй генератор пуассоновского потока импульсов, элемент НЕ, блок выравнивания интенсивностей потоков импульсов, стробированный дешифратор, группу элементов И и элемент ИЛИ, при этом выходы первого и-второго генераторов пуассоновских потоков импульсов соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами блока вьфавнивания интенсивностей потоков импульсов, первый и второй выходы которого соединены соответственно со счетным входом и входом Сброс счетчика, выходы разрядов счетчика соединены с соответствующими разрядным11 входами стробированного дешифратора, уп-равляющий вход которого через элемент НЕ соединен со вторыми входами первого и второго элементов И и является входом Опрос вероятностного двоичного элемента, выходы дешифратора соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих разрядов регистра кода, а выходы элементов И группы соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого является выходом вероятностного двоичного элемента. Од 00