Стохастический сумматор Советский патент 1982 года по МПК G06F7/70 

(54) СТОХАСТИЧЕСКИЙ СУММАТОР

Изобретение относится к вычисли- тельной технике и предназначается для выполнения операции суммирования В-разрядных чисел (,2,..,)

Аи В (С 2 ) стохастических вычислительных машинах.

Известны стохастические сумматоры, содержащие генераторы случайных равномерно распределенных чисел, блоки сравнения, двоичные счетчики, элементы И, ИЛИ, НЕ Ul, 2 и З}.

Недостатком данных устройств является низкая точность вычислений при декодировании результата операции сложения, что вызвано применением независимых генераторов С-разрядных случайных чисел в каналах преобразования операндов А и В и реА+Взультата операции сложения -у- .

Наиболее близким к предлагаемому является стохастический сумматор, содержащий первый, второй и третий блоки сравнения, генератор псевдослучайных чисел, элементы И, Запрет, ИЛИ, элемент И-НЕ, реверсивный счетчик, разрядные выходы которого соединены с первой группой входов третьего блока сравнения, выход которого подключен к второму входу элемента И-НЕ, второй выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соединен с первым выходом элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом элемента И, первый вход

10 которого подключен к выходу первого блока сравнения, первая группа входов которого соединена с б-раэрядни ш шинги и кода числа А, а вторая группа входов - с выходами

15 генератора псевдослучайных чисел, ,+1-4 выход которого соединен с вторь входом элемента И и с запрещающим входсм элемента ИЛИ, а разрешающий вход - с выходом вто20рого блока сравнения, первая группа входов которого соединена с -разрядными ишнами кода числа В. f+1-й разряд генератора псевдослучайных чисел, как ц. остальные его разряды,

25 представляют случайную равновероятностную двоичную последовательность, т.е. р(0)р(1) . Поэтому результат на выходе реверсивного счетчика

30 ,С(А-1-В) .

Недостатком известного устройств является также низкая точность выполнени5 операции сложения.

Цель изобретения - повьииение точности.

Поставленная цель достигается те что в стохастическом сумматоре, содержащем первый и второй блоки сравнения,, первые группы входов которых являются входами слагаемых сумматора, генератор псевдослучайных чисел группа выходов которого соединена с второй группой входов первого блока сравнения, элемент И, первый вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, элемент Запрет, запрещающий вход которого соединен с вторым входом элемента И и подключен к выходу генератора псевдослчайных чисел, а разрешающий вход содинен с выходом второго блока сравнения, элемент ИЛИ,первый вход которого соединен с выходом элемента а второй - с выходом элемента Запре элемент Й-НЕ, первый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, реверсивный счетчик, суммирующий и вычитающий входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами элемента И-НЕ, третий блок сравнения, первая группа входов которого соединена с выходами реверсивного счетчика, а выход соединен с вторым входом элемента И-НЕ вторые группы входов второго и третьего блоков сравнения подключены к группе выходов генератора псевдослучайных чисел.

На чертеже приведена блок-схема стохастического сумматора.

Стохастический сумматор содержит первый блок 1 сравнения, второй блок 2 сравнения, генератор .3 псев.дослучайных чисел, элемент И 4, элемент Запрет 5, элемент ИЛИ б, элемент- И-НЕ 7, реверсивный счетчик 8, третий блок 9 сравнения.

Разрядные шины кода числа А подключены к первой группе входов блока 1 сравнения, вторая группа входов которого соединенаС выходами генератора 3 псевдослучайных чисел и с вторыми группами входов второго 2 и третьего 9 блоков сравнения,, а выход - с первым входом элемента И 4. Выход элемента И 4 соединен с первым входом, элемента , выход которого соединен с первым входом элемента И-НЕ 7. Первый выход элемента И-НЕ 7 подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика 8,,вычитающий вход которого соединен с вторым выходом элемента И-НЕ 7. Второй вход элемента И-НЕ 7 подключен к выходу третьего блока 9 сравнения, первая группа входов которого соединена с

разрядными выходами реверсивного сч.етчика 8. Рг зрядные шины кода числа В подключены к первой группе входов второго блока 2 сравнения, выход которого соединен с разрешающим входом элем.ента Запрет 5. Выход элементаЗапрет 5 соединен с вторым входом элемента ИЛИ 6, а запрещающий вход - с вторым входом элемента И 4 и с +1-м выходом генератора 3 псевдослучайных чисел.

Работа- сумматора управляется последовательностью синхроимпульсов, подаваемых насоответствующие входы первого, второго и третьего блоков

5 сравнения (входы не показаны).

nq каждому синхроимпульсу на вы- , ходах первого, второго, третьего блоков сравнения и g+1-м выходе генератора 3 псевдослучайных чисел

0 вырабатывается бинарный симво.л

1 ) : соответственно.

(О

или

а, Ь, у., k . (-t - дискретно.е время) причем вероятности появления единичного -символа соответственно 5 равны

- Р(а)А, P(b.t)B,P(y)Zt, где Z - случайная величина (содержимое реверсивного счет . чика в момент времени t);

P(k)i |.

Известно, что вероятность появления 1 в случайной последовательности d на выходе элемента ИЛИ 6

равна

А+В

.p(dt)P( Ц,Ь)у.

Последовательности d и у, далее поступают соответственно на первый и второй входы элемента И-НЕ 7. Его назначение со.стоит в том, чтобы предотвратить возможность одновременного появления единичных сигналов (+1 и -1) на суммирующем и вычитающем входах реверсивного счетчика 8. Таким образом, в схеме

известного и предлагаемого устройств реализуется одинаковая функциональная зависимость суммирования двух чисел.

Мерой погрешности устройства является дисперсия,, содержимого реверсивного счетчика . 8, т.е. дисперсия случайной величины Z.

Для предлагаемого устройства

D{Z) ).

В ТО же время для известного D(Z)(1-C) , где . Из этих уравнений видно, что D{Z)D(Z) . Коэффициент

(А+В)(2-А-В)

D(Z) IA-В; выражает относительное уменьшение статистической погрешности выполнения операции сложения -г- в

предлагаемом устройстве по сравнению с устройством с известным. .

Например, если ,6, , то . Причем, выигрыш в точности тем выше, чем ближе друг к другу значения А и В. Действительно, при D(Z)0.

Таким образом, применение предлагаемого устройства позволяет по.-, высить точность,

Формула изоен етения

Стохастический сумматор, содержащий -первый и второй блоки сравнения, первые группы входов которых являются входами слагаемых сумматора, генератор псевдослучайных чисел, группа выходов которого соединена с второй группой входов первого блока сравнения, элемент И, первый вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, элемент ЗАПРЕТ, запрещающий вход которого соединен с вторьви входом элемента И и подключен к выходу генератора псевдослучайных чисел, а разрешающий вход соединен с выходо второго блока сравнения, элемент ИЛИ, первый вход которого соединен А

с выходом элемента И а второй - с выходом элемента ЗАПРЕТ, элемент И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, реверсивный счетчик, суммирующий и вычитающий входы которого соединены.соответственно с первым и BTopbJM выходами элемента И-НЕ, третий блок сравнения, первая группа входов которого соединена с выходами реверсивного счетчика, а выход соединен с BTOIMJM входом элемента И-НЕ, отличаю-, щ и и с я тем. Что, с повышения точности, группы входов второго и третьего блоков сравнения подключены к группе выходов генератора псевдослучайных чисел.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

4.Гейне Б. Стохастическая вычислительная машина, - Электроника 1967, 14 (прототип).