Стохастический функциональный преобразователь Советский патент 1980 года по МПК G06F7/70 G06F7/544 G06F7/52 

Изобретение относится к области вычислительной техники я может быть использовано дли стохастических вычислений.

Известен стохастический функцйональный преобразователь, содержащий счетчики,, логические элементы И вероятностный двоичный элемент flj, Недостатком его является невысокая точность работы..

Наиболее близким техническим решением к изобретению является ст9хастический функциональный преобразователь f 2J, содержащий первый преобразователь код-вероятность , первый н второй входы которого являются соответственно первым и вторым входами стохастического функционального преобразователя. Второй вход первого преобразователя код-вероятность подключен к первому входу счетчика числа испытаний, а выход первого преобразователя код-вероятность подключен ко входу элемента НЕ и к первому входу первого ключа, второй вход которого подключен к выходу

.элемента НЕ. Выход первого ключа подключен к первому входу регистра сдвига, второй вход которого является третьим входом стохастического функционального преобразователя и, подключен ко второму входу счетчика числа испытаний и к первому входу сумматора, выходы которого подключены ко входам элементов И группы соответственно, первый вход которого подключен к выходу счетчика числа испытаний. Выход элементов И группы является выходом стохастического функционального преобразователя. Выходы регистра сдвига подключены ко входам rpyniHji последовагтельно соединенных элементов И, выход которых подключен к первому входу переключателя, выходы которого подключены ко входам сумматора соответственно, а входы переключателя подключены к выходам группы элементов запрет, прямые и инверсные входы которых соединены соответственно с выходами группы элемегггов И. Этот функциональный преобразователь не позволяет делить любое число на любое число. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя за счет выполнения операции деления любого числа на любое числ Для достижения поставленной цели преобразователь содержит второй ключ, элемент И, элемент Запрет, второй преобразователь код-вероятность, первый вход которого является четвертым входом стохастического функционального преобразователя, второй вход которого подключен ко второму входу второго преобразователя код-вероятность выход которого подключен к первым входам эле мента Запрет и элемента И, второй вход которого подключен ко второму и третьему входам первого ключа, выход которого подключен к первому и второму входам второго ключа, третий вход которого подключен к выходу элемента И, а выход второго ключа соединен со вторым входом элемента Запрет, выход которого подключен ко второму входу пе реключателя. Структурная схема преобраз9вателя приведена на чертеже. Преобразователь содержит последовательно включенные первый преобразователь 1 код-вероятность, счетчик 2.. числа испытаний, группу 3 элементов И, информационные входы которых подключе ны к выходам сумматора 4, регистр 5 сдвига, выходы которого подключены ко вторым входам последовательно включен ных (двухвходовых) элементов И 6, причем информационный вход регистра 5 подключен к первому входу первого элемента И 6, выход последнего элемента И 6 подключен к первому а входу первого ключа переключателя 7, выхода которого подключены ко,входам сумматора 4, а вторые в входы - к выходам ряда элементов Запрет 8, прямой и инверсный (блокирующий), входы которых цодключены ко входу и выходу соответству щего элемента И 6. Информационный вход регистра 5 сдвига подключен к вы ходу первого ключа 9, первый а вход которого подключен к выходу первого .ключа 9, первый а вход которого подключей к выходу преобразователя 1 и входу элемента НЕ 10, выход которог подключен ко второму в и третьему с входам ключа 9 и первому входу элемен та И 11, выход которого подключен к третьему с входу второго ключа 12, первый а и второй в входы которого объединены и подключены к выходу клю ча 9, а выход - ко входам первого иэ ряда элементов Запрет 8 и первому входу элемента запрет ХЗ, второй вход которого подключен ко второму входу элемента И 11 и через второй преобразователь код-вероятность 14 ко второй входной шине (V ), а выход - третьему (с) -входу первого ключа переключателя 7. Устройство имеет третью входную шину (такт), подключенную к объединенным входам преобразователей 1 и 14 и счетчика 2, четвертую входную шину (установка), подключенную к установочным входам счетчика 2, сумматора 4 и {зегистра 5, а также выходную шину (г), подключенную к выходу группы 3 элемент тов И. Функционирование устройства определяет положение ключей 7 и 9, 12. В режиме возвепение в степень исходное положение - нулевое состояние элементов памяти счетчика 2, сумматора 4 и регистра 5. Ключи находятся в положении а. При подаче на вход устройства исходного операнда х и тактовых импульсов преобразователь 1 кодирует величину--х вероятностным кодом Р(х). Сигналы, формируемые на выходе преобразователя 1, поступают на вход цепочки элементов И 6 и информационный вход реги-i стра сдвига 5. Мгновенные значения вероятностного (О или 1) последовательно (с продвижением информации по регистру) перемножаются на элёментахИ 6. Причем на выходе первого эле мента И формируется код Р(х), на вьтходе второго элемента И - код Р(х) и т.д. Одновременно на вход счетчика 2 поступают тактовые импульсы. При переполнении счетчика 2, емкость которого определяет выбранное число испытаний, на управляющий вход элемента И группы 3 поступает сигнал, который считывает информацию с выхода сумматора 4. Этот режим работы аналогичен работе прототипа. В режиме обращениечисла исходное состояние - нулевое положение элементов памяти счетчика 2, регистра 5, а в сумматор занесено число О...01,0... (одна целая). Ключи находятся в положении в. При этом функционирование устройства основано на реализации зависимости (1), которую при вероятностной форме представления информации целесообразно представить в виде Iоо - 4 ,.. Р(., (1) где Р(х) 1-Р(х) реализуется с помощь элементов НЕ (инвертора) 1О и блокирующих Екодов элементов Запрет S. При ограничении ряда (2) m -1 членами возникает методическая погрешность 00. i . (2) Нулевой член ряда (2) равен 1 и поэтому исходное состояние сумматора 4 .тоже равно 1. Учитывая, что при возведении в.степень с ромощью регистра сдвига Р (х) и Р (it ) J оказываются совместными, так как мгновенное значение P(, тогда и только тогда, когда Р (к) можно упростить режим работы сумматора/ накапливающего сумму вида (2). Так при выбранном числе членов ряда. (2), например, , может возникнуть сйтуагСия, когда за один такт необходимо просуммировать О,1 ил 2 импульса. Причем один импульс на суммирование поступает, когда, P( а Р (х)0. Два импульса необходимо . суммировать когда Р. (х) 1и (x)i.B эт случае можно с выхода элемента И 6 на сумматор 4 занести f2, заблокирова (запретив) при этом занесение +1 в сум матор 4 с выхода элемента НЕ 10. При ограничении членов ряда (2) числом т-1 используется (irn-1)-разрядный регистр, сдвига. Однако существует вероятность, отличная от нуля, того, что в последовательности Р (х) подряд находятся (или будут сформированы) ёдиничных сигналов больще.чем w-1. В этом случае на вход сумматора записываются сигналы с весом +(vn-l), что реализовано в устройстве. Вычисления заканчиваются с приходо тактового импульса, который переполняет счетчик 2. Этот режим работы также аналогичен работе прототипа. В режиме деление часел исходное состояние - нулевое положение элементо памяти счетчика 2, регистра 5 и сум,матора 4. Ключи находятся в положении d. При этом функционирование устройства основано на реализации зависимости Z 5 f , ч С1-у 0 или в вероятностной форме 4T)PCv)l Loc7)j Как и в предыдущем режиме Р(х) 1-Р(х) реализуется с помощью элементов НЕ 10. Так как на вход первотЧз элемента 6с выхода ключа 12 поступает результат перемножения Р(у)-Р(1-х), то на выходе первого элемента И 6 .ч сформируется в ;1ичина Р(у) fP(l-x) , т.е. второй член ряда (З), на выходе второго - P(y)pfi-x)l, т.е. третий член ряда (3), и т.д. Очевидно, что в этом случае вес единиц, поступающих на сумматор 4 с входов элементов Запрет 8 должен быть увеличен на единицу. С весом единицы младшего разряда на сумматор поступают сигналы с вы--хода элемента 13 (формируется первый член ряда). Ограничение членов ряда в этом случае приведено к ошибке tPcT) Режим работы сумматора аналогичен предыдущему случаю. Вычисления закан-. чиваются с приходом тактового импульса, который переполняет счетчик 2. Таким образом, увеличение количества оборудования(преобразователь кодвероятность, элемент И, элемент Запрет, и ключ) позволяет расширить функциональные возможности предложенного устройства. Формула изобретения Стохастический функциональный преобразователь, содержащиД первый преобразователь код-вероятность, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым входами стохастического функционального преобразователя, второй вход первого преобразователя код-вероятность подключен к первому входу счетчика числа испытаний, а выход первого - п|5еобразователя, код-вероятность - ко входу элемента НЕ и к первому входу первого ключа, второй вход которого подключен к выходу элемента НЕ, а выход первого ключа подключен к первому входу регистра сдвига, второй вход которого является третьим входом стохастического функционального преобразователя и подключен ко второму входу счетчика числа испытаний и к первому входу сумматора, выходы которого подключены ко входам элементов И группы соответственно, первый вход которых подключен к выходу счетчика числа испытаний, а выход элементов И группы является выходом стохастического функционального преобразователя, выходы регистра сдвига под ключены ко Входам группы последовательно соединенных элементов И соответственно, выход которых подключен к первому входу переключателя, выходы которого подключены ко входам сумматора соответственно, а входы переключателя подключены к выходам группы элементов Запрет, прямые и инверсные входы которых соединены соответсве но с выходами и входами группы элементов И, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей преобразователя за счет выполнения операции деления любого числа на любое число, оно содержит второй ключ, элемент И, элемент Запрет, второй преобразователь код-вероятность первый вход которого является четвертым входом стохастического функциональ кого преобразователя второй вход котор

JctnoHe го подключен ко второму входу второго преобразователя кодгвероятность, выход которого подключен к первым входам элемента Запрет и элемента И, второй вход которого подключен ко второму и третьему входам первого ключа, выход которого подключен к первому и второму входам второго ключа, третий вход которого подключен к выходу элемента И, а выход, второго ключа соединен со вторым входом вхемента Запрет, выход которого подключен ко второму входу переключателя . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Гладкий В. С. Вероятностные вычислительные модели, Наука, 1973, с. 108-110. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2412426/18-24, кл. Q O6-F 15/35, 1976 (прототип).