Детерминированно-вероятностныйиНТЕгРАТОР Советский патент 1981 года по МПК G06F7/64 G06F7/58 G06F7/70 

Иаобрегение относится к вычислительной технике и прецнаэначено для вычисления интегралов по независимой перемен- ной в цифровь1х интегрирующих машинах и структурах высокой проиаводигельности. Известен детерминированно-вероят- костный цифровой интегратор, выполняю- щий численное интегрирование по независимой переменной. Этот интегратор содержит последовательно соединенные- блок фор мирования подынтегральной функции, блок формирования детермированных приращений интеграла, второй вход которого является входом независимой переменной интегратор блок формирования полных приращений интеграла, выхоц которого является выходом интегратора 11. Недостатки известного интегратора - Сложность и наличие бо.пьшого числа инфор мационных входов и выходов, что приводит к усложнению аппаратуры коммутации интеграторов между собой. Наиболее блкзким по технической сущности к предлагаемому является детерминированно-вероятностный интегратор, содержащий блок вероятностного приращения интеграла, вход которого является входом вероятностных приращений интегратора, и последовательно соединенные блок квантовой функции, вход которого является входом детерминированных приращений интегратора, блок; ;-аетерминированного приращения интеграла , второй вход которого является входом независимой переменной интегратора, блок полного приращения интеграла, второй вход которого подключен к выходу блока вероятностного приращения интеграла, а выход является выходом детерминированных приращений интегратора С 21. Однако в таком интеграторе разность между полным значением подынтегральной функции и ее ступенчатой аппроксимацией, вычисляемая приближенным вероятностным способом, имеет по модулю относительно большую величину. Это приводит к тому, что общая точность интегрирования в ряде случаев применения устройства оказывается недостаточной. Цель изобретения - повышение точност интегратора. Поставленная цель достигается тем, чт в детерминированно - вероятностный интег , содержащий первый накопитель, вхо которого является первым входом интегратора, а вь1ход подключен к первому входу первого блока умножения, второй вход ко- торого является вторым входом интегратора, выход первого блока умножения соединен с первым входом сумматора, блок вероятностной коррекции, первый вход ко- торого является третьим входом интегратора, а выход подключен к первому входу йторого накопителя, введены третий и четвертый накопители, второй блок умножения, экстраполятор, два квантователя и формирователь вероятностных приращений, входы которого подключены соответственн к выходу третьего накопителя и к четвертому входу интегратора , пятый вход которого соединен с первым входом четвертого накопителя, выход которого подключен к первому входу первого квантователя первый выход которого соединен со вторыми Е ходами блока вероятностной коррекции и четвертого накопителя , выход пер- вого квантователя через третий накопитель подключен к первому входу второго бло- ка умножения, второй вход которого соединен со вторым входом интегратора, выход второго блока умножения подключен ко второму входу сумматора, третий вход которого соединен с первым выходом второго квантователя, второй выход которого пошслючен ко второму входу второго накопителя, выход которого подключен ко входу второго квантователя вкод экстраполятора подключен к первому входу интегратора. Другое отличие устройства состоит в том, .что формирователь вероятностных приращений содержит генератор случайных чисел, блок сравнения кодов, регистр, элемент И и блок вероятностного умножения, входами формирователя вероятностных приращений являются соответственно входы регистра и первый вход блока ве роятностного умножения, выходы разрядов числовой части регистра подклнрчены к первой группе входов блока сравнения кодов, вторая группа входов которого сое- динена с соответствующими разрядами генератора случайных чисел, выход блока сравнения кодов соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу знакового разряда регистра, выход элеменга И подключен ко второму входу блока вероятностного умножения. Повышение точности интегрирования в предлагаемом устройстве достигается за счет уменьшения абсолютной величины той части приращения интеграла, которая вычисляется приближенным вероятност- ным способом, и соответствующего уве- личения абсолютной величины основной части приращения интеграла, вычисляемой более (ТОЧНЫМ детермированным способом. На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства ; на фиг. 2- схема блока вероятностной коррекц1}И. Интегратор содержит накопитель 1, вход которого соединен / со входом экстрапо- лятора 2 и подключен ко входу 3 приращеНИИ подынтегральной функции интегратора., Выход экстраполятора 2 является выхо- дом 4 приращений производной интеграла интегратора. Выход накопителя 1 через блок 5 умножения подключен к первому входу сумматора 6, выход которого является выходом 7 приращений интеграла ,. питель 8, первый вход которого является входом 9 приращений производной подьшгегральной функции интегратора, а выкод, через (квантователь Ю, выход остатка квантования которого подключен ко второму входу накопителя 8, накопитель 11 и блок 12 умножения , подключен ко второму входу сумматора 6. Вторые выходы блоков умножения 5 и 12 соединены, и являются входом 13 независимой переменной интегратора. Интегратор содержит блок 14 вероятностной коррекции, вход которого является входом 15 вероятностных приращений интегратора, установочный вход блока 14 подключен к выходу остатка 1Свантования квантователя 10, а выход блока 14 - через накопитель 16 и квантователь 17, выход остатка квантования которого подключен ко второму входу накопителя 16, а выход квантователя 17- к третьему входу сумматора . Интегратор содержит формирователь 18 вероятностных приращений, первый вход которого подключен к выходу накопителя 11, второй вход является вспомогательным вероят.- ностным входом 19 интегратора, а выход является выходом 20 вероятностных приращенкй интегратора. Блок 14 содержит генератор 21 случайных чисел, блок 22 сравнения кодов, регистр 23, элемент И 24, и блок 25 вероятностного умножения. Устройство работает следующим образом. Со входов 3 и 9 интегратора в нако 1 и 8 .поступают приращения подынтегральной функции ЛУ(XtJи ее произ водной Л У (УС) соответственно. Одновре менно; приращения подьштегральной функци поступают также в экстраполятор 2, где они -экстраполируются на один шаг вперед, образуя экстраполированные приращения ду (у, , которые в качестве приращений производной интеграла поступают на. выход 4 интегратора. В сумматоре на- копителя 1 приращение йУ{У) суммируясь со значением подынтегральной функции y(Xj,,) I сформированным на преды дущем шаге интегрирования и хранящемся в регистре накопителя 1, образует зна- чение этой |функцииг в текущем шаге инте рирования У(Хр-У(Х,.,).ДУ(Х,) (1) fe в накопигеле 8 приращение Ay(Xt) с помощью сумматора складывается с остатком производной подынтегральной функции, образованным на предыдущемшаге вычислений и хранящемся в регистре накопителя 8 . Полученная сумма поступает в квантователь 10, который осуществляет операцию квантования этой суммы с выделением кванта ДУ (i) и нового значения остатка квантования Oyi СУ(ХП Оу1 ,поступающего с выхода остатка квантования блока Ю на второй вход накопителя 8 и его освободившийся регистр. (х).(Х1)-Оуц,,1 2 Ои-ФЛ У(Х)0)Г(с-Ч , } где фд ,Фо- операции квантования и выделения остатка квантования соответственно. Остаток квантования в качестве начального условия заносится также,в накопитель -, блок 14 вероятностной коррекции . Квантованное приращение ЛУ (Xl) поступает в накопитель 11, где оно с помощью сумматора склааывается с квантованным значением производной подынтегральной функции у ((.- ) , образо- ванным на предыдущем шаге вычислений и хранящемся в регистре накопителя 11. При этом формируется новое значение этой функции аналогично. (1). Полученные значения функций У (XiJ и У (Х) поступают в блоки умножения 5 и 12, имея на вторых входах приращения независимой переменной АХ , осуществляются операции умножения. 12,{Х,) yCXJVX ,(3) l2,{Xi.,,)y(Xi)4Vx/), (4) Качения функции У (Х) , кроме того, : поступают на первый вход формирователя 18, который -- преобразует их в вероятностную последовательностьи (,0( О в соответствии с алгоритмом lVu {T если/.)1; ;(,NJ )l, )|У(Х)|. где W(;)-случайные числа, равномерно распределенные в интервале 0,1 генерируемые в моменты времени t 1,N; . N - лисло статистических: испытаний, проводимых на одном шаге интегрирования 4 X. В формирователе 18 осуществляется также операция вероятностного умножения полученной последовательности 7у {) на последовательность независимой переменной их (ij )поступающ5ю со вспомогательного вероятностного входа 19 интегратора на второй вход этого бдока. Приэтом формируется последовательность (|), посту па клцая на выходе 2О интегратораЧгф гУфЧхСЛ. Последоватетьность х (i) используемая в операции ( 6), также образуется с помодью алгоритма {5). При этом вместо функции у (Xj) используется некоторая функция ПЛ- - J-.Следует отметить, что поспедователь- ность fx (j) отражает поведение независимой переменной X (функции времени). Поэтому она является ойдей для всс-х аналогичных интеграторов,, входящих в соетав интегрирующей машины или структуры и при условии стохастической развязки ее целесообразно формировать в каком-либо блоке, общем для всей машины. Таким блоком может быть устройство управлений, генератор случайных чисел и т.п. В таком случае отпадает необходимость получения их (i) в каждом отдельном интеграторе, что значительно упрощает послед ний и машину в целом. Блок формирования вероятностной коррекции 14 служит для получения вероятностной последовательности () , которая после накопления и квантования в накопителе и квантователе 16, 17 образу ет корректирующую вероятностную поправку S.(Xj,«.) и к основньпи частям приращени интеграла (3) и (4). Для этого на вход блока 14 со входа 15 интегратора поступает вероятностная последовательность ti(|) +l,O,-l, несущая информацию об остатке/ у (Xj.) подынтегральной функции. Накапливаясь в реверсивном счетчи,ке блока 14 с весом каждого символа и суммируясь с занесенным ранее в счетчик этого блока значением остатка, эта последовательность образует текущее значение некоторого сумь«арного вероятностного остатка Ry RyoC/p-Oy. ,В- процессе накопления величины Ry, ()(:) в блоке 14осуществляется также ее пре ббразование.по алгоритму, аналогичному (5), в вероятностную последовательность «5 (l) , которая накапливаясь затем в реверсивном счетчике накопителя 16, несет информацию об 5- интеграле остаткаРуЛ)/),. S(Xj)Ry(Xpdx-AsE is(K),(8) Л V xVw Квантователь 17 осуществляет вы -. деление из накапливающейся величиньгЗСХ ее квантованного значения S (Xj) С выхода остатка квантования квантователя 17 на второй вход накопителя 16 поступает новое значение остатка квантова ния 5 {Х;.,1 () Ogl } OstiM) iS(Xj)03L } В сумматоре 6 производится суммирование детерминированных составляющих приращения интегралаДГ, ( , Д, (Х,) и корректирующей вероятностной поправки § (Х; ) поступающих на входы сумматора с выходов блоков умножения 5, 12 и квантователя 17, соответственно: VZ(Xi.,,,)-7Z,(Xt,,V. (;(,..),W в результате формируются полные значения приращения интеграла, поступающие на выход 7 интегратора. При соединении таких интеграторов между собой для решения задач входы 3, 9, 15 интегратора соответствуют выходам 7, 4, 2О . Следует отметить также, что в случае возникновения Heo6xoB V€ocти суммирования нескольких входных приращений, поступающих с других интеграторов, на входах 3, 9, 15 достаточно поставить соответствующие сумматоры приращений. Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения состоит в существенном повышении точности устройства по отношению к известному при относительно невысоких дополнительных временных иаппаратурных затратах. Формула изобретения 1. Детерминированно- ероятносгный ,интегратор, содержащий первый накопитель, вход которого является первым входом интегратора, а выход подключен к первому входу первого блока умножения, второй вход которого является BTopbnvi входом интегратора, выход первого блока умножеJ ия соединен с первым входом сумматора,, блок вероятностной коррекции, первый вход которого является третьим входом интегратора, а выход подключен к первому входу второго накопителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в интегратор введены третий и четвертый накопители, второй блок умножения,, экстраполятор, два квантователя и формирователь вероятностных приращений, входы которого подключены соответственно к выходу третьего накопителя и к четвертому входу интегратора, пятый вход которого соединен с первым входом четвертого накопителя , выход которого подключен к первому входу первого квантователя, первый выход которого соединен со вторыми входами блока вероятностной коррекции и четвертого накопителя, выход первого квангователя через третий накопи гель подключен к первому вкоау второго блока умножения, второй вход которого соединен со вторым входом интегратора, выход второго блока умножения подключен ко второму входу сумматора, третий вход которого соединен с первым выходом второго квантователя, второй выход которого подключен ко второму входу второго накопителя выход которого подключен ко входу второго квантователя, вход экстраполятора подключен к первому входу интегратора. 2. Интегратор по п. 1,отлича юш и и с я тем, что формирователь вероятностных приращений содержит генератор случайных чисел, блок . сравнения кодов, регистр, элемент И и блок вероятностного умножения, входами формирователя вероят-jg 8 S9 костных приращений являются соответственно входы регистра и первый вход блока вероятностного умножения, выходы раз рядов числовой части регистра подключены к первой группе входов блока сравнения кодов, вторая группа входов которого соединена с соответствующими разрядами генератора случайных чисел, выход блока сравнения код.ов соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу знакового разряда регистра, выход элемента И подключен ко второму входу блока вероятностного умножения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское cвидeтeJ ьcтвo СССР №595749, кл. 6 06 F 15/36 1977 2 .Авторское свидетельство СССР h64O7298, кл. 6 Об F 1/О2, 1973.

Л/./

21

23

аг.г