Устройство для моделирования функций нейрона Советский патент 1985 года по МПК G06G7/60 

1 Изобретение относится к моделиро ванию биологических процессов и предназначено для построения нейрон ных сетей, и может быть использован . в вычислительной технике, в система управления, в самоорганизующихся системах. Известен . нейронноподобный элемен на И Л-вентилях, содержащий двухколлекторные инверторы- мультипликат ры тока, четырехзначные И Л-вентили и пороговые детекторы ij , Недостатками известного нейронно подобного элемента являются низкое быстродействие и большие аппаратурные затраты, а также некоторая нестабильность функционирования, снижающая точность моделирования. Цель изобретения - сокращение сроков воспроизведения реакции нейрона. Поставленная цель достигается тем, что устройство для моделирования функций нейрона, содержащее кан лы возбуждения и торможения, обра. зованные наборами последовательно соединенных блоков взвешивания вход ных сигналов и. входных пороговых блоков 5 дополнительно содержит посл довательно соединенные первый сумма тор, инвертор, второй сумматор и по роговый блок, причем выходы канала возбуждения соединены с входами пер вого сумматора, а выходы канала тор можения - с входами второго сумматора. При этом пороговый блок содержит пороговый детектор и первый четырех значный И Л-вентиль, выходы которых соединены с входом второго четырехзначного И Л-вентиля. На фиг. 1а,б приведены принципиальная схема порогового детектора и его условное изображ.ние; на фиг, 2а,б - принципиальная схема четырехзначного И Л-вентиля и его условное изображение; на фиг. 3 принципиальная схема инвертора-муль типликатора; на фиг.4 - принципиальная электрическая схема устройст ва для моделирования нейрона; на фиг, 5 - функциональная схема устройства. Устройство для моделирования функций нейрона содержит, шину 1 питания, вход 2, инжектор 3, где Т нормированный уровень инжектируемог тока, выход 4, двухколлекторные ин132верторы-мультипликаторы 5-8,первыйчетвертый пороговые детекторы 9 12 соответственно с нормированнымипорогами Т, , первый - четвертый четырехзначные И.Л-вентили 13 - 16 с нормированным уровнем 3 инжектируемого тока, пятый четырехзначны.й И Л-вентиль 17 с нормированным уровнем инжектированного тока 6, щестойдевятьй четырехзначные И Л-вентили 18 - 21 соответственно с нормированным уровнем 3 инжектированного тока, десятый четырехзначньй И Л-вентиль 22 с нормированным уровнем 6 инжектируемого тока, пятый пороговый детектор 23 с нормированным порогом 9, инжектор 24 с нормированным уровнем 3 токаJодиннадцатый четырехзначньш И Л-вентиль 25 с нормированным уровнем 3 инжектируемого тока, входы 26 - 29., выход 30. Входы устройства 26 -.29 соединены с соответствующими входами инверторов- мультипликаторов 5 - 8, первые коллекторы которых подсоединены к входам соответственно пороговых детекторов 9 - 12, выходные коллекторы которых соединены с входами соответствующих четырехзначных И Лвентилей 13 - 16, выходы первого 13 и второго 14 которых соединены с входом пятого четырехзначного И Лвентиля 17, выход которого соединен. с выходными коллекторами третьего 15 и четвертого 16 четырехзначных И Л-вентилей. Входы первого - четвертого четырехзначных И Л-венти- лей 13 - 16 подсоединены к выходным коллекторам соответственно шестого девятого четырехзначных И Л-вентилей 18 - 21, входы которых подключены к вторым коллекторам инверторов 5-8. Выходной коллектор пятого И Л-вентиля 17 соединен также с входом десятого четырехзначного вентиля 22, первый коллектор которого подключен к входу пятого порогового детектора 23, выход которого подсоединен к ин.жектору 24, к входу устройства 30 и к выходу одиннадцатого четырехзначного И Л-вентиля 25, вход которого соединен с вторым коллектором десятого И Л-вентиля 22, Устройство содержит также группу каналов 31 возбужд,ения, группу каалов 32 торможения, сумматор 33, ороговый блок 34 и блок 35 формироания выходного сигнала. Каждая группа каналов 31 и 32 состоит из блоков 36 - 39 взвешивания входных сигналов и входных пороговых блоков 40 - 43 соответственно Кроме того, группа каналов 31 возбуждения содержит сумматор 44 взвешенных входных сигналов и инвертор 45, Каждый из блоков взвешивания входных сигналов состоит из двухколлекторных инверторов-мультипликаторов 5-8 соответственно. Вес входа задается отношением площади выходного коллектора к площади- закороченного, которая принимается за единицу. Устройство работает следующим образом. На входы 26 - 29 подаются сигналы в виде нормированных дискретных уров ней О, 1, 2 и 3.тока, представляющих значения возбуждающих Х И Х„ и торможных У;( и У сигналов. Сигналы X , Х, У,, и У2 идентичны и различаются только тем, что Х и Х,-; подаются на входы 26 и 27 возбуждаю щего канала, а У, и J входы 28и 29 тормозного канала. При этом инверторы-мультипликаторы 5 и 6, по роговые детекторы 9 и 10 и четьфехзначные И Л-вентили 13,14,18 и 19 относятся к двум возбуждающим каналам, а инверторы-мультипликаторы 7 и 8, пороговые детекторы 11 и 12, четырехзначные И Л-вентили 15,16,20 и 21 - к двум тормозным каналам. Токи, поступающие на входы 26 29инвертируются и мультиплицируютс на два выхода кажд.ый двухколлекторными инверторами-мультипликаторами ,5-8 соответственно. Если ток Х, U1 поступающий на вход порогового .детектора 9, меньше заданного порога Т (), то пороговый детектор 9 открывается и отсасывает через цепь своего коллектора ток с входа четырехзначного И Л-вентиля 13, при этом вентиль 13 закрывается. Аналогично, если ток на входе 27 меньше зал нного порога Т(), закрывается вентиль 14. Тогда на вход четырехзначного И Л-вентиля 17с нормирова .ным уровнем 6 инжектируемого тока поступает весь ток с его инжектора (шесть единиц)j и вентиль будет отбирать на себя шесть единиц тока с инжектора четырехзначного И Л-вентиля 22. При этом вентиль 22 закрыт и ток на его выходе равен О, что меньше заданного порогаб , поэтому пороговый детектор 23 открывается и отсасывает на себя три единицы тока от инжектора 24. На выходе устройства ток равен 0. Если ток X., поступающий на вход порогового детектора 9, превьшгает заданный порог Т,| или равен ему (.Tj), то пороговый детектор 9 закрьгеается. При этом через четырехзначный И Л-вентиль 18 с инжектора вентиля 13 отбирается (3 - Xjj) единиц тока и на вход четырехзначного И Л-вентиля 13 поступает ток, равньй 3 - (3 - X,) X.. Если ток Хо на входе 27 превышает или равен заданному порогу Т порогового детектора 9 (ХпХТ), то на вход вентиля 14 аналогичным образом поступает ток Х2. При этом через четырехзначный И Лвентиль 17 с инжектора вентиля 22 отбирается 6 - (Х.+Хл) единиц тока и на вход порогового детектора 23 поступает 6 - б - (Сд+Х2) единиц тока. Если , то пороговый детектор 23 закрыт и от инжектора 24 через четырехзначный вентиль 25 отбирается 3 - (Х.+Х) единиц тока. На выходе 30 устройства будет течь ток 3 - З - (Х.+Х Л () единиц. В случае, если X , на выходе 30 будет течь ток, равный трем единицам, что моделирует верхний порог насьш1ения нейрона. В случае, если сигналы на входах 28 и 29 превышают соответствующие пороги Т и Т или равны им (У,Т,; ), от инжектора четырехзиачиого И Лвентиля 22 отбирается еще () единиц тока и на вход порогового детектора 23 .ступат 6 - б - (Х,+ +Х) - () С(Х,+Х,,) - () единиц тока. Дальнейшая работа происходит аналогично указанному и на выходе 30 будет течь ток 3 -(3- Г( -нх) - (У, +У2) (х,+х) - () : единиц тока.

J

ю

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ФУНКЦИЙ НЕЙРОНА, содержащее каналы возбуждения и торможения, образованные наборами посотедовательно соединенных блоков взвешивания вхоДных сигналов и входных пороговых блоков, отличающееся тем, что, с целью сокращения сроков воспроизведения реакции нерона, оно содержит последовательно соединенные первый сумматор, инвертор, второй сумматор и пороговый блок, причем выходы канала возбуждения соединены с входами первого сумматора, а выходы канала торможения - с входами второго сумматора. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пороговый блок содержит пороговьтй детектор и первый четьфехзначный И Л-вентиль, (Л выходы которых соединены с входом второго четырехзначного И Л-вентиля -0 -0 -0 г 0а Фиг.1 Ю 00 эо эо -jzf -ff

Фиг.З

HZT

К -0 -0

Фиг. 4

Фиг. 5