Стохастический функциональный преобразователь Советский патент 1976 года по МПК G06F1/02 

1

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при моделировании случайных процессов, а также в стохастических вычислительиых машинах при вводе, преобразовании и выводе информации.

Известны стохастические функциональные преобразователи, преобразующие аналоговый сигнал Б случайную последовательность импульсов, вероятность появления импульса в которой пропорциональна входному сигналу.

Один из известных стохастических функциональных преобразователей содержит интегратор, блок сравнения, элементы «И, сумматор. Однако этот преобразователь не позволяет получать на выходе сигналы, вероятность которых зависит от входного сигнала.

Известен также стохастический функциональный преобразователь, содержан1,ий те же элементы, но для получения на выходе нреобразователя сигналов, вероятность которых зависит от входиого сигнала, в его схему введена отрицательная обратная связь. Однако этот преобразователь не позволяет получать аналоговый выходной сигнал.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является стохастический функциональный нреобразователь, содержащий генератор случайного напряжения, выход которого через элемент «Р1, другой вход которого

подключен к входу тактовых нмнульсов преобразователя, соединен с первым в.ходом блока сравпения, выходом связанного с нервым выходом преобразователя, первый блок суммирования, входы которого подключены к первому и второму входам преобразователя, а выход-к входу первого интегратора, выход которого соединен с вторым выходом преобразователя.

Такой преобразователь имеет ограниченные функциональные возможности. С его помощью нельзя получать аналоговое иапряженпе, математическое ожидание которого пропорционально произвольной функцни от входного снгнала, и получать случайную последовательность имнульсов, вероятность появлення имнульса в которой также пропорциональна некоторой функции от входного сигнала.

Цель изобретения - построение уннверсального стохастнческого функцнональпого преобразователя типа вероятность-аналог, вероятность-вероятность, аналог-аналог, аналог-вероятность с легко перестраиваемЕзШ законом функционирования, при этом математическое ожидаиие выходного аналогового напряження и вероятность появления импульса в выходной последовательности Бернулли пропорциональны заданным функциям от входного сигнала, который может быть как аналоговым, так и случайной последовательностью импульсов с переменной вероятностью и. появления, что позволяет расширить функциональные возможности преобразователя. Это достигается тем, что предлагаемый преобразователь дополнительно содержит второй блок суммирования, первый вход которого соединен с третьим входом преобразователя, а и-юрой вход - с выходом первого интегратора, торой интегратор, вход которого нодключен к выходу второго блока суммирования, а выход соединен с вторым входом блока сравнения, регистр сдвига, вход которого подключен к выходу Олока сравнения, груину элементов «И, первые входы которых соединены с разрядными выходами регистра сдвига соответственно. Второй вход первого элемента «И группы соединен с выходом блока сравиения, второй вход каждого последующего элемента «И группы соедипен с выходом предыдущего элемента «И группы, первую и вторую группы импульсных формирователей, входы которых соединены с выходом блока сравнения и с выходами элементов «И группы элементов «И, а выходы-с входами первого и второго блоков суммирования соответственно. Ьлок-схема функционального нреобразователя приведена на чертеже. Преобразователь содержит генератор 1 случайного напряжения, элемент «И 2, блок 3 сравнения, первый блок 4 суммирования, первый интегратор 5, второй олок б суммирования, второй интегратор 7, первую группу 8 импульсных формирователей 8i, 82, ..., 8m группу элементов «И 9ь 92, ..., 9m-i, регистр 10 сдвига, вторую группу 11 импульсных формирователей 111, Ii2, .., ilm, вход 12 тактовых имиульсов, вход 13 сигнала х (t), вход 14 первого сигнала смещения ЕЮ, вход 15 второго сигнала смещения EZO, выходы 16, 17 преобразователя. Выход генератора 1 случайного напряжения соедииен с первым входом элемента 2 «И, на второй вход которого подаются тактовые импульсы. Выход элемента 2 «И соединен с первым входом блока 3 сравнения, второй вход которого через интегратор 7 подключен к выходу второго блока 6 суммирования, выход блока 3 сравнения соединен с входом регистра 10 сдвига, с первым входом первого элемента 9i «И, с входами импульсных формирователей 8i и lli и с первым выходом 16 преобразователя. Выходы регистра 10 связаны с вторыми входами блока 9 элементов «И, а первые входы i-x элементов 9 «И соединены с выходами (г-1)-х элементов 9i-i «И. Выходы группы 9 элементов «И соединены с входами импульсных формирователей 8 и И. Выходы импульсных формирователей 8 подключены к входам второго блока 6 суммирования, на первый вход 15 которого подается второй сигнал смещения, а на второй вход - выход первого интегратора 5. Выходы импульсных формирователей 11 соединены с входами первого блока 4 суммирования, на первый вход 13 которого подается входной сигиал, а а второй вход 14 -первый сигнал смещения. ыход первого блока 4 суммирования через первый интегратор 5 соединен с вторым выхоом 17 устройства. Преоьразователь работает следующим образом. На выходе элемента 2 «И в моменты времени тактовых иынульсов образуются импульсы случайной амилитуды, которые сравниваются в блоке 3 сравнения с пороговым напряжением интегратора 7. Блок сравнения 3 формирует имиульс пололсительной полярности, если в момент сравнения амплитуда сигнала с выхода элемента 2 «И меньше опорного напряжения с выхода интегратора 7. В противном случае на выходе 1Ь блока 3 сравнения формируется сигнал нулевого уровня, при этом вероятность появления импульса (сигнала единицы) на выходе блока 3 сравнения равна в п-м такте РП (1). Регистр 10 и группа 9 элементов «И выполняют функции блока умножения вероятностей. Действительно, на выходе первого элемента 9i «И вероятность появления импульса равна вероятности совместного появления имиульсов на выходе блока 3 сравения в п-м и (п-lj-м такте, т. е. Pn,n-i (11), вероятность появления импульса на выходе второго элемента 92 «И равна вероятности совместиого появления импульсов на выходе блока 3 сравнения в п-м (п-1)-м и (п-2)-м тактах, т.е. Рп,п-1,п-2 (Ш) и т. д. Вероятность появления импульса иа выходе 1-го элемента 9i «И равна РП, n-i, п-г (11...1). При отсутствии корреляции в выходном случайном нотоке и в установившемся режиме при постоянном входном сигнале (при этом Рг (1)Р (l)COnSt) имеем Рп,п-1,-п-г (lli...l)P+ (1). Здесь Р (1)-безусловная вероятность появления импульса на выходе блока 3 сравнения в установившемся режиме при постоянном входном сигнале. Импульсы с выходов грунпы 9 запускают соответствующие формирователи импульсов 8 и 11. Таким образом, на входы блоков 4 и 6 суммирования с выходов соответствующих формирователей 8 и 11 поступают импульсы, вероятности появления которых равны соответственно Р (1), Р (1), ..., (1), где (fn-1)-количество элементов «И в блоке умножения вероятностей, Входной сигнал х (t) суммируется в блоке 4 суммирования с первым сигналом смещения fio и с импульсными последовательностями, поступающими но цени обратной связи с выходов формирователей импульсов И. Суммарный сигнал с выхода блока 4 через интегратор 5 поступает на вход второго блока 6 суммирования, где он суммируется с вторым сигналом смещения 20 н с имнульсными потокамн, поступающими с выходов формирователей 8. Сигнал с выхода блока 6 через интегратор 7 постунает на второй вход блока 3 сравнения, замыкая цепь обратной связи.

Таким образом, вероятность появления импульса Р (1) Щ р.ыходе преобразователя пропорциональна функции f- СА) от входного сигаала, а математическое ожидание аналогового напряжения на выходе интегратора 5Л1„ (U) пропорционально функции Ф f- (-v).

На выходе преобразователя можно также получить сложн 51е законы преобразования, например, Мп (U) (In Л ) и т. д.

Одни и те же функциональные узлы (региетр 10 сдвига, элементы «И 9, формирователи импульсов 8 и 11) используются как при наборе функции преобразования вида вероятность-аналог, так и при построении функции преобразования вида вероятность-вероятность, что обеспечивает экономию оборудования.

Рассмотрим частные случаи, получающиеся при построении преобразователя.

Если отсутствует связь от группы элементов 9 на импульсные формирователи 8, то преобразователь реализует следующие законы преобразования:

P().F-(x),

М„(и)-Р(л).

В случае отсутствия связи от группы элементов 9 с входами импульсных формирователей 11, но при палични связи группы элементов 9 с входами импульсных формирователей 8 закон функционирования преобразователя определяется выражением вида.

Р(1) х, М„(и) -Ф(х).

Если к выходу 16 блока 3 сравнения подключить следящий стохастический интегратор, который выполняет функции преобразователя типа вероятность появления импульса в случайной последовательности Бернулли в цифровой код, то можно получить и функциональ1п, преобразователь типа вероятность-цифра i: ; налог-цифра.

Формулаизобретения

Стохастический функциональный преобразователь, содержащий генератор случайного напряжения, выход которого через элемент «И, другой вход которого подключен к входу тактовых импульсов преобразователя, соединен с первым входом блока сравнения, выход которого соединен с первым выходом преобразователя, первый блок суммирования, входы которого подключены к первому и второму входам

преобразователя, а выход - к входу первого интегратора, выход которого соединен с вторым выходом преобразователя, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможносте преобразователя, он

дополнительно содержит второй блок суммирования, первый вход которого соединен с третьим входом нреобразователя, а второй вход - с выходом первого интегратора, второй интегратор, вход которого подключен к выходу второго блока суммпрования, а выход соединен с вторым входом блока сравнения, регистр сдвига, вход которого подключен к выходу блока сравнения, группу элементов «И, первые входы которых соединены с разрядными выходами регистра сдвига соответственно, второй вход первого элемента «И группы соединен с выходом блока сравнения, второй вход каждого последующего элемента «И группы соединен с выходом предыдущего элемента «И

грунпы, первую и вторую группы импульсных формирователей, входы которых соединены с выходом блока сравнения и с вы.ходами эле.ментов «И грунпы элементов «И, а выходы - с входами первого и второго блоков суммироваиия соответственно.