Устройство для вычисления среднего значения Советский патент 1987 года по МПК G06F17/18 G06F7/38 

1

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть испольэовано в качестве приставки к цифровой вычислительной машине, цифровым измерительным и другим приборам для вьгчисления среднего значения случайных чисел .необходимого объема выборки.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет возможности наращивания объема выборки.

На фиг,1 представлена функционгшь ная схема одного модуля устройстваг- для вычисления среднего значения; на фиг.2 - функциональная схема устройства для вычисления среднего знача-, ния.

Модуль содержит (фиг.1) суммато- ры 1 - 4, регистры 5 и 6, счетчик 7, делитель 8, вход 9 среднего значения, вычисленного модулем предьщу- .щей ступени, вход 10 объема выборки, обеспечиваемого модулем предьщу- щей ступени, вход 11 синхронизации от модуля предьщущей ступени, выход 12 среднего значения, вычисленного модулем данной ступени, вых.од 13 .объема выборки, обеспечиваемого мо- дулем данной ступени, выход 14 синхронизации от модуля данной ступени, вход 15 общей тактовой синхронизации всего устройства и вход 16 общей на- Ч альной установки устройства.

Устройство для ВБМисления среднего значения содержит (фиг.2) генератор 17 импульсов, регистр 18, вход 19 обрабатываемьк данных, модули 20, вход 21 начальной установк и выход 22 результата.

Сущность изобретения заключается в использовании ряда простых вычислителей среднего значения с ограничением по объему выборки для органи- зации вычислений среднего значения многократно больщего объема анализируемых данных.

В основу устройства положена модифицированная формула для рекуррентно го вычисления среднего значения:

х.

т-к.

4. .in;Jii m

(I)

Xj, - среднее значение соот- gS ветственно текущей выборки и выборки без учета ее последних К членов;

де

К

X. - очередное значение выборки;

К - объем выборки модуля предыдущей ступени;

m - общий объем выборки на текущий момент, равный m ,+ К; , - ограничение К-(К

) , такое,что при достижении .с про-. исходит фиксация очередного значения Х„; S - число раз, когда ,

происходило уточнение среднего.

Когда К т- достигает значения T . имеем

m , К 5 К„,, + Кд,„,,

(S + 1) -К

макс

Тогда формулу (1) можно преобразовать в следующий вид:

Y -у 4.--i-

.1- S - Q+1 5 + 1

где Xs+, Х„;

Xg - X -

- значение частичного среднего с объемом выборки, равным вычислено отдельным

модулем

К-1

5 у (:1) +-is k К-1 К К

где Xj Хр, () + -f- и т.д.,

где Xg и Х может быть очередным средним значением, вычисленным предыдущим модулем для вычисления среднего значения. Для модулей первой ступени в качестве Х принимается входной поток обрабатываемых данных. Общая формула для вычисления среднего значения потока случайньк чисел

x,.v,(5:i-)-lix..,( ,,(:1-Ь-1-(х..,:

-- +

Формула может быть распространена на.неограниченное число ступеней последовательно включаемых модулей.

Общий делитель, определяющий объем обрабатьгоаемой выборки, в данном случае определяется делителями, обеспечиваемыми каждым модулем, а максимальный объем выборки, при

/лаке макс макс , равен

S

К

где t - число .ступеней последователно включенных модулей :для вычисления среднего значения.

Таким образом, при наличии нескольких простых модулей для вычисления среднего значения с ограничением по объему выборки позволяет строить устройства с практически неограниченным объемом анализируемы данных.

Модуль для вычисления среднего значения работает в соответствии с формулой (1) следующим образом.

Перед началом обработки входных данных все элементы модулей, могущие хранить информацию, сбрасываютс сигналом начальной предустановки, поступающим с входа 16.

Входные данные X. с входа 9 поступают на первый вход сумматора 1, на второй вход которого приходит инвертированное значение ( ) ранее вычисленного среднего значени с инверсного выхода регистра 6. Для получения дополнения к величине Х„ на вход переноса младшего разряда сз мматора 1 подается единиц

На выходе сумматора 1 получается разница X.J - Х, , которая фиксируется в регистре 5 и подается на вход делимого делителя 8.

Регистр 5 служит для накопления

-KT

суммы Z (Х-- ) и синхронизируется с входа 15 импульсами внешнего генератора, общего для всех модулей устройства. Регистры 5, по одному в каждом модуле, образуют конвейер обработки входной информа- ции, что позволяет узнать точное значение среднего через число импульсов , соответствующее числу ступеней в устройстве, с момента поступления последнего информационного слова на вход устройства.

10

.

15

20

25

30

35

40

45

50

55

( которое суммирует

Счетчик 7 подсчитывает число переходов S объема выборки К в модуле предьщущей ступени через К К ., поступаюш.их по входу 1 1 . Сигналы переполнения счетчика 7 модуля данной ступени синхронизируют работу модуля следующей ступени. Содержимое счетчика 7 суммируется с объемом выборки К, обеспечиваемой модулем предыдущей ступени на сумматоре 4, с выхода которого объем выборки т, обеспечиваемый модулем данной ступени, поступает на вход 10 модуля и делительный вход делителя 8.. На выходе делителя 8 получаем значение

Кг

i 1 $лС-1 1. m

ся на сумматоре 3 с Х. .поступающим с прямого выхода регистра 6. Очередное значение Х записывается в регистр 6 по сигналам, синхронизирующим счетчик 7 и поступающим с входа 11 , когда в сче тчике модуля предьщущей ступени К К.

Импульсы генератора 17 синхронизируют как лрием данных на обработку через регистр 18 так и работу всего устройства, вычисляющего среднее значение.

Вход 21 начальной установки устройства соединяется с входами 16 модулей 20., , 20j ,... ,20 всех ступеней и входом сброса регистра 18, выход которого соединен с входом 9 модуля 20., первой ступени. На этот вход непосредственно транслируются обрабатьшаемые данные. На вход 10 модуля 20 первой ступени подаются нули, так как усредняющей выборки до этой ступени еще не было.

Если достаточно объема выборки, обеспечиваемого одним модулем 20 первой ступени, то с его выхода 12 можно считывать получаемый в процессе усреднения входных данных результат.

В случае необходимости обработки большего объема выборки к выходам модуля 20 первой ступени подключаются входы модуля 2Gj второй ступени.Как модуль второй ступени, так и модуль любой последующей подключае- мой ступени должен подключаться своими входами к выходам модуля предыдущей ступени в следующем порядке: вход 9 модуля подключаемой ступени должен соединяться с выходом 12 мо

дуля йредьщущёй ступени; вход 10 модуля подключаемой ступени должен соединяться с выходом 13 модуля пре- дьщущей ступени; вход 11 модуля под- ключаемой ступени должен соединяться с выходом 14 предьщущей ступени.

Выходом 22 результата работы устройства с многоступенчатой обработкой является выход 12 среднего значе ния, вычисленного последней ступенью устройства.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы на регистр 18 и. модули 20, 20,..,, 20 по цепи 21 поступает импульс начальной установки, приводящей устройство в исходное состояние. Поток обрабатываемых данных принимается регистром 18 в темпе, определяемом вьзходной частотой генератора 17 импульсов.

Принятые регистром 18 данные поступают на вход 9 данных модуля 20, первой ступени.для вычисления среднего Значения. Они сопровождаются импульсами с генератора 17, поступающими на вход 11 синхронизации модул 20 первой ступени. Одновременно импульсы выходной частоты генератора 17 постзтают на тактовые входы 15 модулей 20, 20 ,. .. ,20. . вйех ступеней, обеспечивая вычисление текущего значения среднего.

Через ,, тактов обработки на выходе 14 синхронизации модуля 20 первой ступени появляется импульс которьш поступает на вход 1I синхронизации модуля, 20 второй ступени и заставляет его зафиксировать в своем регистре 6 очередное значе

ние Х модуля 20 данной второй ступени. Следующий такт фиксации очередного Х, модулем 20 второй ступени происходит только через . К, тактов генератора 17 импульсов.

- f

Фиксации Xfr, модулем последней ступени производятся аналогично, но темпы обработки .(частота чмпуль- сов синхронизации на его входе 11)

:t-i

в к

маке

раз меньше.

Результат на выходе модуля 20 последней ступени появляющейся через

Мякс тактов, сопровождается сигна лом с его выхода 14, Текущее среднее значение обрабатываемых массива данных можно считывать постоянно с вько да 12 последней ступени, но при этом

очередное принятое на обработку слово данных оказывает влияние на выходной результат , только .через t тактов генератора 17 импульсов. Эт связано с конвейеризацией обработки регистрами 5 модулей каждой ступени.

Формула изобретения

Устройство для вычисления среднего значения содержащее генератор импульсов и регистр, причем выход генератора импульсов соединен с син- хровходом регистра, информационный вход которого соединен с входом данных устройства, вход начальной установки устройства соединен с входом установки регистра, о т л и

чающееся тем, что, с целью расширения функциональных возмож- ностей за счет возможности наращивания объема выборки, в него введены t ступеней модулей (где t - общий объем выборки в виде показателя сте- пени объема выборки одной ступени, каждый из которых содержит первьй, второй, третий, четвертый сумматоры, первый и второй регистры, счетчик и делитель, причем первьй информационный вход первого сумматора каждой ступени соединен с входом вычисленного среднего предьщущей ступени, второй информационный вход первого сумматора соединен с инверсным выходом первого регистра, вход установки которого соединен с входом установки второго регистра, с входом установки счетчика и входом установки устройства, вход логической единицы устройства соединен с входом переноса первого сумматора, выход которого соединен с первьм информационным : входом второго сумматора, второй информационный вход которого соединен с выходом второго регистра и первым входом делителя, выход которого соединен с первым информационным входом третьего сумматора, второй инфор- мационньй вхо д которого соединен с , прямым выходом первого регистра, информационный вход которого соединен с вькодом третьего сумматора и вьпсодом вычисленного среднего данной ступени устройства, счетньй вход счетчика соединен с тактовым входом первого регистра каждой ступени и с входом синхронизации от модуля предыдущей ступени устройства, выход генератора импульсов соединен с синхро

113341

входами вторых регистров модулей всех ступеней, информационный вход второго регистра соединен с выходом второго сумматора, вход объема выбор- ки предьщущей ступени устройства соединен с первым.информационным входом четвертого сумматора данной ступени, выход которого, соединен с

618

вторым входом делителя и выходом объема выборки данной ступени устройства, второй информационный вход четвертого сумматора соединен с выходом результата счетчика, выход переполнения которого соединен с выходом синхронизации от модуля данной ступени.

Изобретение относится к вычислительной технике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет возможности наращивания объема выборки. Устройство для вычисления среднего значения содержит генератор, регистр, m ступеней модулей, где m - общий объем выборки. Алгоритм работы устройства описьгоается рекуррентной формулой т п, X т-К I + m где f, - среднее значение текущей выборки и выборки без учета накопления ее последних членов модулем предьщущей ступени соответственно; X,- - очередное значение выборки; К.р - объем выборки модуля предыдущей ступени; m - общий объем выборки на текущий момент. 2 ил. (Л оо оо

/ Модиль преаыаи- щей с/лу- пени

ступени

Modi//f6 Cflfди/ЪщеиК ступени

ф(/в.Г