Усилитель вероятности Советский патент 1980 года по МПК G06F7/70 G06F7/58 

Изобретение относится к области вьн числительной техники и предназначено для использования в стохастических вычислительных устройствах. Известны логические схемы, содержащие логический 1 и 2 или арифметический сумматор (счетчик), используемые в стохастических вычислительных устройствах для выполнения линейного преобразования переменных, представленных вероятностью появления единицы в бинарных случайных послеаовательностях символов. Эти схемы обеспечивают коэффициент передачи вероятности больший единицы, и в одних работах j и 2j их называют восстанавливающими органами, в других З - усилителями вероятности. Из известных устройств такого типа наиболее близким по технической сущности являются усилитель вероятности, . содержащий реверсивный счетчик, разрядные выходы которого подключены к входам элемента ИЛИ, причем выход элемента ИЛИ соединен с информационным входом первого элемента Запрет, выход которого подключен к вычитающему входу счетчика, а его управляющий вход соединен с входом устройства и с информационным входом второго элемента , выход которого подключен к суммирующему входу счетчика. Управляющий же вход второго элемента Запрет соединен с выходом старшего разряда счетчика. Кроме того, устройство содержит генератор случайных чисел, выходы которого подключены к первой группе входов схемы сравнения цифровых кодов, вторая группа входов которой соединена с разрядными выходами счетчика, а выхоД схемы сравнения является выходом устройства, на котором единица появляется в том случае, когда случайное число, выработанное генератором, оказывается меньше содержимого счетчика|3. В стационарном режиме выходная вероятность, т. е. вероятность появления

символа единица в выходной случайной последовательности, Р связана с входной вероятностью Р следующим соогношением

L

.

а l(r-.i-

1)

г

- и

е

где

- разрядность) Генергзтора случайных чисел;

. ).

Приведенная формула показывает, что статическая передаточная характеристика усилителя зависит от величины р и обладает максимальной крутизной к {2 + 2)/3 при р -siO.S, причем крутизна тем больше, чем бааьше 2 ,

Необходимость использования в данном усилителе вероятности генератора случайных чисел и схемы сравнения услолшяет схему усплителя и повышает стоимость и объем оборудования.

Цель,изобретения - упрощение усилителя.

Эта цель достигается тем, что в усилитель вероятности, содержащий реверсив ный счетчик, разрядные выходы которого подключены к входам элемента ИЛИ, припричем выход элемента ИЛИ соединен с информационным входом первого элемента Запрет, выход которого подключен к вычитающему входу счетчика, а управляющий вход соединен с входом устройства и с .информационным входом второго элемента Запрет, выход которого подключе к суммирующему входу счетчика, введён элемент И, входы которого подключены к разрядным выходам реверсивного счетчика, а выход соединен с управляющим входом второго элемента Запрет, причем выходом усилителя вероятности -является выход старшего разряда реверсивного счетчика.

На фиг. 1 представлена структурная схема усилителя вероятности. Она содержит реверсивный счетчик 1, элемент 2 И, элемент 3 ИЛИ, первый 4 и второй 5 элементы Запрет причем разрядные выходы счетчика 1 подключены к входам элемента 2 И и элемента 3 ИЛИ, выходы первого 4 и второго 5 элементов Запрет соединены соответственно с вычитающим 6 и суммирующим 7 входами счетчика 1, выход 8 элемента 2 И соединен с управляющим входом 9 второго 5 элемента Запрет, выход 10 элемента 3 ИЛИ - с информационным входом 11 первого 4 элемента Запрет. Сое--1084

диненные между собой информационный вход 12 второго 5 элемента Запрет и управляющий вход 13 первого 4 элемента Запрет образуют вход 14 устройст- ва, а его выходом 15 является выход старшего разряда реверсивного счетчика 1.

На фиг, 2 показаны статические передаточные характеристики 1 и 2 усилите0 ля вероятности, полученные экспериментально при разрядности В счетчика, равной соответственно двум и трем. Для сравнения штриховыми линиями показаны кривые, характеризующие прототип и по5 лученные путем расчета по формуле (1) при тех же значениях

Усилитель работает следующим образом,

0Входная случайная последовательность

нулей и единиц, поступающая на вход 14 усилителя вероятности, инициирует появление несовместных случайных бинарных последовательностей на входах б

5 и 7 реверсивного счетчика 1, При этом, если содержимое счетчика 1 отлично от ООО .,, О и 111 ... 1, то единица на входе 14 вызывает появление единицы на входе 7 счетчика 1, в результате

0 чего происходит прибавление единицы к содержимому счетчика, а нуль во входной последовательности вызывает появление единицы на входе 6 счетчика 1, вследствие чего его содержимое на еди-

35 ницу уменьшается. Если вероятность появления во входной последовательности единиц точно равна вероятности появления в ней нулей, то содержимое счетчика случайно и симметрично колеблет-

40 ся во времени около значения, равного половиио емкости счетчика,.а вероятность появления единицы в старшем разряде, т. е. на выходе 15 устройства, равна 0,5. Если во входной последовательности

45 имеется хотя бы незначительное преобладание единиц над нулями, оно вызывает смещение случайного содержимого счетчика 1 в сторону больших чисел, имеющих в старшем разряде единицу, что,

50 в свою очередь, вызывает увеличение выходной вероятности. Это смещение стабилизируется на определенном уровне за счет отрицательной обратной связи, замыкающейся через элемент 2 И на уп55 равляющий вход 9 второго элемента 5 Запрет и блокирующей прибавление единицы к содержимому счетчика 1, если это содержимое равно 111.,. 1. Аналогично, преобладание во входной последоватэльности нулей над едгаицами вызывает смещение содержимого счетчика 1 в область меньших чисел, имеющих в старшем разряде нуль. При этом стабилизация уровня смещения достигается за счет обратной связи, замы кающейся через элемент 3 ИЛИ на информационный вход 11 первого элемента 4 Запрет и блокирующей вычитание единицы из содержимого счетчика 1, если это содержимое равно ООО ... О. Экспериментально установлено (фиг. 2 что вызванное смещением содержимого счетчика 1 отклонение выходной вероятности от уровня 0,5 больше, чем отклонение входной вероятности от того же уровня, причем отношение этих отклонений больше единицы и тем больше, чем больше разрядность счетчика 1. Таким образом, предлагаемое устройство так же, как и известное, выполняет функцию усиления вероятности при малых отклонениях последней от уровня 0,5. Однако требуемый объем оборудования при этом меньще. Если эквивалентное количество триггеров, необходимое для реализации предлагаемого и известного усилителей вероятности, составляет соответственно N и Ы , то 2 + 1 3. N 1,1 i. 1, 15 Таким образом, технико-экономический эффект данного усилителя заключается в значительном (почти в три раза) сокращении оборудования, необходимого для его изготовления. Формула изобретения Усилитель вероятности, содержащий реверсивный счетчик, разрядные выходы которого подключены к входам элемента ИЛИ, причем выход элемента ИЛИ соединен с информационным входом первого элемента Запрет, выход которого подключен к вычитающему входу счетчика, а управляющий вход соединен с входом устройства и с информационным входом второго элемента Запрет, выход которого подключен к суммирующему входу счетчика, отличающийс я тем, что, с целью упрощения усилителя, в него введен элемент И, входы которого подключены к разрядным выходам реверсивного счетчика, а выход соединен с управляющим входом второго элемента Запрет, причем выходом усилителя вероятности является выход старшего разряда реверсивного счетчика. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Нейман Д. Вероятностная логика и синтез надежных организмов из ненадежных компонентов. - Автоматы, Мир, 1956, с. 68-139. 2.Кирий В. Г. Частотно-импульсные пособы стохастического представления нформации и анализ некоторых структур ероятностных элементов. Сб. трудов Ирутского ПТИ АСУП, 1972, с, 72-88. 3.Федоров Р. Ф. Стохастический ин- егратор в режиме суммирующего операионного усилителя. - Известия вузов, риборостроение, 1976, № 8 с. 63-67 прототип).

14

13

6 И

-о 15

10

ФагД