Вероятностное устройство для выполнения математических операций Советский патент 1982 года по МПК G06F7/70 

1

Изобретение относится к вычислмтеп ной техтке и может быть использовано в различных вычислительных устройствах, в том числе стохастических вычислительных машинах.

Известны устройства для функционал ного преобразования чисел, в том числе для делеш я, умножения или извлечения квадратного корня. Эти устройства соде1 жат регистры сомножителей делимого или подкоренного числа, генератсф случайных чисел, преобразователь распределения и блок сравнения, выход которого является выходом устройства i и 2.

Основным недостатком этих устройств является аппаратурная сложность прео разователя распределения.

Наиболее близким по технической супн ности к предлагаемому является устройство для деления двоичных чисел в котором достигнуто упрощение аппаратурной реалнзаиии преобразователя чисел. Устройство содержит генератор случайных чисел, рекурре1ггный регистр, сдвига, первую и вторую групйу элементов И, и второй коммутаторы, элемент И, счетчик, регистр делителя, регистр дел№ мого и блок сравнения, выход которого является выходом устройства. Первые входы блока сравнения соединены с регистром делимого, а вторые входы соединены с выходами разрядов счетчика, счетный вход которого соединен с ва ходом элемента И. Выходы разрядов рекуррентного регистра сдвига соединены с соответствуюпшми входами элементов И первой группы в прямой, а с входами элементов И второй группы - в обрврной последовательности, выходь элемек тов И первой группы соединены с второй группой входов первого коммутатора, а входы элементов И второй группы сое- динены- с второй группой входов второго коммутатора Выходы коммутаторов соединены с первым и вторым входами элементов И. Первая группр входов второго коммутатора соединена с выходами генератора сттучайных чисел з. Однако это устройство обеспечивает выпопнение только операции деления и не может быть использовано, например, для извлечения квадратного корня. Цель изобретения - расширение (|гунк- шаональных Ьозможностей за счет выполнения операции извлечения квадратного корня. Поставленная цель достигается тем, что вероятностное устройство для выпо№ нения математических операций, содержащее первый и второй регистры, группы входов которых являются разрядными вхо дами операндов устройства, первую и вто рую группы элементов И, рекуррентшый )егистр сдвига, прямой выход каждого k-ro (,2,..,,n) разряда которого соединен с первым входом k -р элемен та И первой группь и с первым входом (п )-го элемента И второй группь, а инверсный выход каждого k -го разряда соединен с V -ми входами всех последующих, начиная с {U+1 ) элементов И первой группы и c,k -ми вхо дами всех предыдущих, начиная с ()fl - k )-го,. элементов И второй группы, первый и второй коммутаторы, первые группы входов которых соединены с выходами, соответственно первой и второй групп элементов И, генератор спучайнь1Х чисел, первая труппа выходов которого соединена с второй группой входов второго коммутатора, И, Первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второх о кo nv yтaтopoв, счетчик, вход которого соединен с выходсы элемента И, блок сравнения, первая группа входов которого соединена с выходами первого регистра, вторая группа входов соединенена с выходайи разрядов счетчика, тактовый вход явйяется тактовым входом устройства, а выход - выходом устройства, дополнительно содержит группу элементов ИЛИ и третью группу элементов И, причем первый вход каждого элемента И третьей. группы соединен с . соответствующим выходом второй группы выходов генератора случайных чисел, второй вход подключен к управляющему входу устройства, а Выход соединен с первым входом соответствующего элема та ИЛИ группы, вторые входы элементов ИЛИ группы соединены с выходами разрядов второго регистра, а выходы подклк чены к второй группе входов первого ком мутатора. На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство содержит рекуррентный регистр 1 сдвига, генератор 2 случайных чисел, первую 3 и вторую 4 группь элементов И, первый 5 и второй 6 коммутаторы, элемент И 7, счетчик 8, блок 9 сравнения, первый 10 и второй 11 регистры, третью группу 12 элетлентов И, группу 13 элементов ИЛИ. Прямой вйход каждого k. -го (k «1,2,..., П ) разряда рекуррентного ре гистра 1 сдвига соединен с первым вхо дом соответствующего элемента И, следующего в прямом порядке, начиная с первого, первой группы 3 элементов И и с первым входом соответствующего элемента И, следующего в обратном порядке, начиная с последнего, второй группы 4 элементов И, а инверсный выход каждого k -го разряда рекуррентного регистра 1 сдвига соединен с соответствующими входами всех последуктшх, начиная с (k +1)-го. эяетлентов И первой группы 3 эпементов И, следующих в прямом , и с соответствуюпшми входами всех предыдуишх, йачйная с последнего, элементов И второй группы 4 элементов И, следующих в обратасял порядке (такое соединение обеспечивает модуль крэ4|фгш ента корреляции последовательносГей на выходах первой и второй групп эпементов И порядке 2, rtte п - разрядность рекуррентного регистра сдвига и применяется в иэвес нсал устройстве умножения . Выходы перв,ой 3 и второй 4 групп элементов И соед1шейы с группами входов соответствевйо первого 5 и второго 6 коммутаторов, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами элемента И 7. Выход элемента И 7 соединен с входом счетчика 8, выходы разрядов которого соединены с второй группой входов блока 9 сравнения. Первая з: руйна входов блсжа 9 сравнешш соединена с выходами первого регистра 10. Выходы еторого регистра 11 соединены с вто|шми входамв элолентов ИЛИ группы 13 элементов ИЛИ, первые входы ко торых соешгаевы с Ш)1ходами третьей группы 12 эли 1ент6в -И. Выходы элементов ИЛИ групща 13 эпементов ИЛИ соединены с второй группой входов первого коммутатора 5. Первая группа выходов генератора 2 случайных чисел соединена с второй группбй входов втореяо кам мутатора.б, а вторая группа выходов с первыми входами элементов И третьей группы 12 злйлентов И; вторые входы которых подключены к управляющему входу устройства. Устройство работает спедующтол образом. При наличии сигнала на управляющем входе устройства реализуется операция извлечения квадратного корня. При этом выходы .разрядов генеретора 2 случайных чисел через третью группу 12 эл&ментов И и грурпу 13 элементов ИЛИ подключаются к первой группе входов ком мутатора 5. Второй регистр 11 обнулен. регистр 1О введен двоичный код, соответствующий подкоренному . С момента подачи тактовых импульсе тактовый вход рекуррентного регистра 1 сдвига на выходах элет лентов И групп 3 и 4 элэ 1ентов И образуются псевдослу чайные последовательности, имеющие мат@ 1атические ожидания, пропорциональные 2, ( (U 1,2,...,П), которые поступают на первые группы входов коммутаторов 5 и 6. На выходах кс 1мутаторов образуются псевдослучайные последовательнос ти, математтяеские ожидания которых пр порциональны значениям псевдослучайны чисел, X , генериру« ых генератором 2 случайных чисел. Эти последовательности имеющие коэффициент взаимной кс реляции порядка 2, поступают на входы элемента И 7. На выходе элемента И 7 образуется последовательность с маг&л&- тяческим .ожиданием Х , которая фиксируется счетчиком 8 за время, равное периоду |Ы -последовательности, т. е. за 2 тактов. В счетчике 8 «ерез каждые тов образуются двоичные коды чисел X которкле подаются на вторые входы блока 9сравнения, на первые входы которого подается двоичный код подксфенного чио да. Таким образом, над равномерно расщюделенными (с погрешностью порядка 2, числами ген атора 2 случайных HtlicSi выполняется преобразование квадратирования, обратное заданному, т, е. извлечение квадратного корня. В блоке 9 сравнения реализуется функция «Х ,, где А - код подкоренного числа. Последовательность Г Z. (Л J яа выходе блока 9 сравнения имеет матема тическое ожидание lA и период, равный 2 -1 тактов. При отсутствии сигнала на управляющем входе устройства реализуется операция деления. В регистр 10 в этом случае вводится код делимого А, в регистр 11 - код делителя В. Работа устройства происходит вышеописанным 0 разом. Числа генератора 2 случайных чисел умножаются на число В. В блоке 9 сравнения реализуется функция ,г.. П. .. Последовательность zi А )3 на выходе , блока 9 сравнения имеет математическое ожидание А/В и период, равный тактов. Введение групп 12 элементов И и элементов 13 ИЛИ для пошопоченвя генератора 2 случайных чисел к первсллу ком мутатору 5 по сигналу управления позво ляет расширить функциональные возмо}1Ьности известного устройства и реализо- вать операцию извлечения кващштного к(ня. Формула изобретения Вероятностное устройство для выполнения математических операций, содержащее первый и второй регистры, группы входов которых являются разрядными входами операнде устройства, первую и вторую группы элементов И, рекуррентный регистр сдвига, прямой выход каждого k -го (Ч 1,2,...,П ) разряда которого соединен с первым входом k-ro элемента И первой группы и с первым входом (И -И- k ) -го элемента И второй группы, а инверонь1й выход каждого k -го разряда с k -ми входами всех последующих, начиная с (U +1 )-го, элементов И первой группы и с k входами всех предыдущих, начиная с (п -k)-ro, элементов И второй группы, первый и второй коммутаторы, первые элементы входов которых соединены с выходами соответственно nejHвой и второй групп элементов И, генереьтор случайных чисел, первая группа выходов которого соединена с второй rpyn-J пой входов второго коммутатора, зпеметгт И, первый и второй входы которого соед нены с выходами соответственно первого и коммутаторов, счетчик, вход которого соединен с выходом элемента И, блсж сравнения, первая группа входов которого соединена с выходами первого . регистра, вторая группа входов соединена с выходами разрядов счетчика, тактовый вход является тактовым входом устройс-рва, а выход. - выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения функционалbf&tx. возможностей

за счет выполнения операции извлечетш квадратного корня, оно содержит группу элементов ИЛИ и третью группу элементов И, причем первый вход каждого элемента И третьей группы соединен с соответствующим выходом второй группы выходов генератора случайных чисел, второй вход подключен к управляющему входу устройства, а выход соединен с первым входом соответствующего элале та ИЛИ группы, вторые входы элемен тов ИЛИ группы соединены с выходами разрядов второго регистра, а выходы подключены к второй группе входов первого коммутатора.

Источники информации, принятые во втодание при экспертизе

1.Яковлев В. В., Федоров Р. Ф. Стохастические вычислительные мащины. Л. Машиностроение, 1974, с. 95-97.

2.АвторСкое свидетельство СССР № 718843, кл, G, Об F 15/36, 198О.

3.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2666396/18-24,

кл. Q 06 Р 15/36, 1978 (прототип).