Стохастический преобразователь Советский патент 1988 года по МПК G06F7/70 

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в стохастических счет- но-решаюнщх устройствах.

Целью изобретения является повышение быстродействия, преобразователя.

На чертеже приведена функциональная схема преобразователя.

Преобразователь содержит триггер 1, вычитающие счетчики 2, 3, счетчик 4, триггер 5, вход 6 пуска, генератор 7 тактовых импульсов, вычитаю-х щий счетчик 8, генератор 9 равномерно распределенных случайных чисел, счетчик 10, элемент И 11, делитель 12 импульсов, входы задания разрядности 13 и веса 14 кода.

Принцип работы преобразователя заключается в следующем. Пусть имеется генератор случайных чисел, значения которых равномерно распределены в диапазоне от. О до 1, тогда умножение значения этих чисел на постоянное число К вызовет изменения диапазона изменения случайных величин и он будет в пределах от О до К, но при этом равномерный закон распределения не изменится. Если диапазон генерируемых случайных чисел разделить на m равных поддиапазонов, то вероятности появления чисел из каждого поддиапазона из-за их равенства по ширине будут равны и будут равняться , ,2,...,п.

Для получения п-разрядного двоичного кода с заданным весом га берется п-разрядный регистр и в первом такте делится диапазон генерируемого случайного числа на п равных частей и единица записьшается в тот разряд регистра, номер которого будет соответствовать поддиапазону, в который попало случайное число. При этом известно, что появление единицы при таки условиях в любом разряде равновероят п

такте также разделим диапазон генерируемых чисел на п-1 поддиапазона и поступим аналогично, только разряд регистра, в котором уже находится единица, в счет не примем и запишем вторую единицу в триггер регистра, номер которого совпадает с номером поддиапазона, в котором попало второ сгенерированное двоичное число. В следующем такте делим диапазон на

но и равняется Р,

Во втором

п-2 поддиапазона и поступаем аналю- гично предыдущим тактам и это повторим столько раз, сколько единиц надо иметь в п-разрядном коде.

Разрядность вычитающих счетчиков 2, 3 определяется из условий возможности введения в них максимального значения ш, которое равняется по ве- Q личине разрядности счетчика 4.

R,ilog,R,

где RJ - разрядность первого вычитающего счетчика 2;

5 4 разрядность выходного счетчика 4.

Разрядность вычитающего счетчика 8 и разрядность счетчика 1Q. должны быть равны.

0 Преобразователь работает следующим образом.

Импульсом Пуск обнуляется чик 4 и триггер 5, в вычитающий счетчик 3 вносится коэффициент п, который

5 совпадает с разрядностью счетчика 4, а в вычитающий счетчик 2 коэффициент т, который определяет количество единиц в формируемом двоичном коде. Сигнал с выхода триггера 5 в дополни0 тельнок разряде счетчика запишет единицу. Задним фронтом того же импульса пуска взводится триггер 1, высокий потенциал с единочнрго выхода которого запускает генератор 7 тактовых импульсов.

Первый тактовый импульс с выхода генератор 7 уменьшит содержание : счетчика 2 на единицу, обнулит содержимое вычитающего счетчика 8, запустит генератор 9 равномерно распределенных двоичных чисел, сгенерированное число которого зафиксируется тем же тактовым импульсом в счетчике

10и взведет триггер 5. После взвог да триггера 5 с его единичного выхода сигнал поступит на вход элемента И 11 и с выхода генератора 7 импульсы начнут проходить через элемент И

11на входы делителя 12 и вычитающего счетчика 8. Первый импульс, поданный на вход вычитающего счетчика 8, пройдет через выход переполнения (так как он находится в нулевом состоянии) на счетный вход счетчика 4,. что означает наличие единицы в первом

5 разряде формируемого кода. Количество первого и последующих импульсов проходя через делитель 12 будет делиться на коэффициент п и каждый п-й

5

0

5

0

импульс пройдет на счетный вход счет-, чика 10.

Допустим, в первом такте генератор

9сгенерировал двоичный код, соответствующий значению Р , тогда после прохождения на входы делителя 12 и счетчика 8 (2 -Р, ) импульсов счетчик

10переполнится и с выхода переполнения импульс сбросит триггер 5, п снимется сигнал разрешения элемента

И. 11 и дальнейшее прохождение импульсов на входы делителя 12 и счетчика 8 прекратится.

Задний фронт импульса с единично- j го выхода триггера 5 уменьшит содержимое счетчика 3 на единицу, т.е. в нем окажется значение (п-1).

К этому времени количество импульсов, пришедших на счетный вход 20 счетчика 4, будет соответствовать целому значению результата деления:

п - ()

Q, -

а это значит, что единица окажется в Q, разряде регистрирующего триггера. Высокий уровень с нулевого выхода триггера 5 зафиксирует в Qy триггере счетчика 4 единицу и запишетединицу

)Г

25

Qj(2 -р)(п-1)/2 . Если q q, то вторая единица окажется в регистрирующем триггере счетчика 4, а если Qj Q,, то вторая единица появится в Qj+l разряде, которая зафиксируется высоким потенциалом с

нулевого выхода триггера 5.

1

Этот процесс будет повторяться до тех пор, пока содержимое счетчика 2 не упадет до нуля. Последующий т+1 тактовый импульс пройдет с выхода переполнения счетчика 2 на установку нуля триггера 1 от переднего фронта, сбросит его, а он остановит генератор 7. К этому времени триггер 5 еще будет в нулевом состоянии и схема на т+1 .такт не среагирует. Следовательно, на выходе устройства мы получим коды, состоящие из заданного количества единиц и нулей.

Формула изобретения

Стохастический преобразователь, содержащий элементы И, генератор равномерно распределенных случайных чисел, первый и второй вычитающие счетчики, причем вход задания начального

40

в дополнительный разряд того же счет- 30 состояния первого вычитающего счетчи- чика. На этом первый такт закончится.

Следовательно, из регистрирующих триггеров счетчика 4 только в одном окажется единица.

Во втором такте весь процесс повторится аналогично, с той разницей, что коэффициент делителя 12 будет (п-1). Вторым тактовым импульсом еще на единицу уменьшится содержимое счетчика 2, обнулится счетчик В, запуссится генератор 9 и зафиксирует это значение в счетчике 10, взведется триггер 5 и импульсы с выхода генератора 7 начнут проходить через элемент И 11 на входы делителя 12 и счетчика 8. Допустим, во втором такте генератором сгенерировано двоичное число, значение которого соответствует Р, тогда после про- ;хождения на входы делителя 12 и счетчика (2 -р) (п-1) импульсов счетчик 10.опять переполнится, сигналом переполнения сбросится триггер 5, закроется элемент И 11 и содержимое счетчика 3 уменьшится еще на единицу.

К этому моменту на вход счетчика 4 пройдет количество импульсов, соответствующее целому значению дроби

ка является входом задания разрядности кода преобразователя, о т л и - чающийся тем, что, с целью повьщ1ения быстродействия, он содер- 35 жит первый и второй триггеры, третий вычитающий счетчик, генератор тактовых импульсов, делитель импульсов, первый и второй счетчики, при этом счетный вход первого триггера, входы установки в О второго триггера, третьего вычитающего счетчика, син- хровходы первого и второго вычитающих счетчиков объединены и являются входом пуска преобразователя, вход ;установки в О первого триггера соединен с выходом переполнения второго вычитающегр счетчика, вход задания . начального состояния которого является входом задания веса кода преобразователя, счетный вход второго вычитающего счетчика, вход установки в О третьего вычитающего счетчика,; синхровход первого счетчика, вход . установки в 1 второго триггера и вход пуска генератора равномерно распределенных случайных чисел подключены к первому выходу генератЪра тактовых импульсов, вход пуска которого соединен с единичным вьсходом первого

45

55

п

j

0

)Г

5

Qj(2 -р)(п-1)/2 . Если q q, то вторая единица окажется в регистрирующем триггере счетчика 4, а если Qj Q,, то вторая единица появится в Qj+l разряде, которая зафиксируется высоким потенциалом с

нулевого выхода триггера 5.

1

Этот процесс будет повторяться до тех пор, пока содержимое счетчика 2 не упадет до нуля. Последующий т+1 тактовый импульс пройдет с выхода переполнения счетчика 2 на установку нуля триггера 1 от переднего фронта, сбросит его, а он остановит генератор 7. К этому времени триггер 5 еще будет в нулевом состоянии и схема на т+1 .такт не среагирует. Следовательно, на выходе устройства мы получим коды, состоящие из заданного количества единиц и нулей.

Формула изобретения

Стохастический преобразователь, содержащий элементы И, генератор равномерно распределенных случайных чисел, первый и второй вычитающие счетчики, причем вход задания начального

0

0 состояния первого вычитающего счетчи-

ка является входом задания разрядности кода преобразователя, о т л и - чающийся тем, что, с целью повьщ1ения быстродействия, он содер- 5 жит первый и второй триггеры, третий вычитающий счетчик, генератор тактовых импульсов, делитель импульсов, первый и второй счетчики, при этом счетный вход первого триггера, входы установки в О второго триггера, третьего вычитающего счетчика, син- хровходы первого и второго вычитающих счетчиков объединены и являются входом пуска преобразователя, вход ;установки в О первого триггера соединен с выходом переполнения второго вычитающегр счетчика, вход задания . начального состояния которого является входом задания веса кода преобразователя, счетный вход второго вычитающего счетчика, вход установки в О третьего вычитающего счетчика,; синхровход первого счетчика, вход . установки в 1 второго триггера и вход пуска генератора равномерно распределенных случайных чисел подключены к первому выходу генератЪра тактовых импульсов, вход пуска которого соединен с единичным вьсходом первого

5

5

51Д273896

триггера, второй выход генератора .счетным входом первого счетчика, вытактовых импульсов соединен с первымход переполнения которого соединен

входом элемента И, второй вход кото-со счетным входом второго триггера,

рого и счетный вход первого вычитаю-нулевой выход которого соединен с

щего счетчика подключены к единичномувходом останова второго счетчика,

выходу второго триггера, выход эле-счетный вход которого соединен с

мента И соединен со счетным входомвыходом переполнения третьего вычитретьего вычитающего счетчика и ин-тающего счетчика, выход генератора

формационным входом делителя импуль- Qравномерно распределенных случайных

сов, вход задания коэффициента деле-чисел соединен с входом начальной

ния делителя импульсов соединен с вы-установки первого счетчика, выход

ходом первого вычитающего счетчика,второго счетчика является выходом

выход делителя импульсов соединен со .преобразователя.