Вероятностное устройство для деления чисел Советский патент 1982 года по МПК G06F7/70 

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для использования в цифровых вычислительных устройствах.

Известны делительные устройства, построенные на основе следящего стохастического интегратора, в цепь отрицательной обратной связи которого вк.пючен стохастический множительный элемент (элемент И) t2j.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для деления чисел, содержащее реверсивный счетчик разрядные выходы которого подключены к первой группе входов цифрового компараторА (схемы сравне:ния чисел) вторая груйпа входов которого соединена с выходами генератора случайных чисел, причем выход цифрового компаратора соединен с одним из входов элемента И, другой вход которого соединен с шиной делителя, а. выход - через элемент И-НЕ, состоящий из двух элементов И и двух инверторов, к вычитающёму входу реверсивного счетчика, суммирующий вход которого череэ тоТ же элемент подг ключен к шине делимого СзЗ.

в этом устройстве делимое и делитель представлены на входах случайными последовательностями импульсов, для получения которых при задании операндов в виде числовых кодов должны быть дополнительно использованы два линейных преобразователя код-вероятность, каждый из которых содержит регистр числа,цифtoровой компаратор и генератор случайных чисел. Кроме того, в устройстве в установившемся режиме дисперсия частного, накапливаемо1 о реверсивным счетчиком, при использовании иде15альных генераторов случайных чисел ; составляет

D(m)

d

20

v) - содержимое счетчика;

где Е - его разрядность; вероятности появления импульсов на выходах преобразователей код25вероятность, преобразующих соответственно коды делимого и делителя в случейные последовательности импульсов. Все это может составить значительную величину, особенно при 30 малых значениях Pq. Иныгли словами устройстро отличается аппаратурной сложностью и недостаточной точностью Цель изобретения - повшиение точности и упрощение устройства. Поставленная цель достигается тем, что в вероятностном устройстве для деления чисел, содержащем первый, второй и третий цифровые компараторы, первый и второй генераторы случайных чисел, выходы которых соединены с первыми группами входов соответственно первого и второго цифровых компараторов, регистры делимого и делителя, выходы которых соединены соответственно с первой группой входов третьего цифрового компаратора и второй группой входов второго цифрового компаратора, ревер сивный счетчик, разрядные выходы которого соединены с второй группой входов первого цифрового компаратора элемент И-НЕ, первый и второй выходы которого соединены соответственно с суммирующим и вычитающим вхо-i дами реверсивного счетчика, а первый вход соединен с выходом третьего. цифрового компаратора,элемент И, пер вый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго цифровых компараторов, а выход соединен с вторым входом элемента И-НЕ, дополнительно вторая группа входов третьего цифрового ком паратора подключена к выходам первого генератора случайных чисел. На чертеже представлена блок схема устройства. Устройство содержит первый 1, вто рой 2 и третий 3 цифровые компараторы, элемент И-НЕ 4, реверсивный сче чик 5, регистр б делителя регистр 7 делимого, первый 8 и второй 9 генераторы случайных чисел, элемент И 10 Выходы первого генератора 8 случа ных чисел соединены с пегЬвой группой входов первого цифрового компаратора 1 и второй группой входов третьего цифрового компаратора 3, первая груп па входов которого соединена с выходами регистра 7 делимого, а выход с первым входом элемента И-НЕ 4.Первый и второй выходы элемента И-НЕ 4 соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивног счетчика 5, разрядные выходы которог соединены с второй группой входов первого цифрового компаратора 1. Выходы второго генератора 9 случайных чисел соединены с первой группой вхо до,в второго цифрового компаратора 2, вторая группа входов которого соединена, с выходами регистра б делителя а выход соединен с вторым входом эле мента И 10. Первый вход элемента И 1 соединен с выходом первого цифрового KONffiapaTopa 1 а выход соединен с вторым входом элемента И-НЕ 4. Устройство работает следующим образом. В каждом такте цифровые компараторы 1,2,3 .вырабатывают на своих выходах символ с вероятностями Р , Рд, Р , соответственно равными -е е Р„ 2 m;Pg -- 2 А; Р 2 х „ - f. 41, iQ - «. f t V J где vn.,A,X содержимое соответственно реверсивного счетчика 5, регистров делителя 6 и делимого 7, выраженное цельлми числами; С- разрядность операндов. При этом зависимость между содержимым счетчика в двух последовательных тактах t и t+1 имеет вид ra(t+l)m(t)+x(t)-a(t)y(t); где y(t), a(t), x(t) - состояния выходов соответственно первого 1,второго 2 и третьего 3 цифровых компараторов в такте-t . При независимости случайных величин a(t) и y(t) , что обеспечивается использованием дня их образования независимых генераторов случайных чисел 8 и 9, имеем M{m/t + l)M(m, t)+ или с учетом (2) UM(m,t)-2 Р,, М(тЛ) + Р , (4) где М - знак математического ожидания случайной величины; ДМ - знак приращения математического ожидания за 1 такт. Конечно-разностное уравнение (4) при -t - оо имеет решение М(ш) 2 д Следовательно, прадпагаемое устройство реализует ту же вычислительную функцию, что и прототип. Однако дисперсия содержимого счетчика D(т) в данном случае определяется как D (m)M(rnV-M%)2 b lirPaI. (б, -tРО Отношение дисперсии (1) результата вычислений, характеризующей прототип, к дисперсии (6) результата в предлагаемом устройстве составляет Это отношение больше единицы, так как всегда P Р. Например, при PQ 0,75 и ,1 07 6 Технико-экономический эффект предлагаемого устройства заключается в повышении точности вычислений и его упрощении за счет исключения из схемы одного из генераторов случайных чисел., 4

Формула изобретения Вероятностное устройство для деления чисел, содержащее первый,второй и третий цифровые компараторы,первый и второй генераторы случайных чисел, выходы которых соединены с первыми группами входов соответственно первого и второго цифровых компараторов, регистры делимого и делителя, выходы которых соединены соответственно с первой группой входов третьего цифрового компаратора и второй группой входов второго цифрового компаратора, реверсивный счетчик , разрядные выходы которого соединены с второй группой входов первого цифрового компаратора, элемент И-НБ, первый и второй выходы -которого сое динены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, а первый вход соединен с выходом третьего цифрового компаратора, элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами

соответственно первого и второго цифpoBfcDC ксмпараторов, а выход соединен с вторым входом элемента И-НЕ, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и упрощения, вторая группа входов третьего цифрового компаратора подключена к выходам первого генератора случайных чисел,

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Galnes B.R. Stochastie computing systems. Advances in )nfor

mation Science. VoC. 2, ed 3, T. Tou, Plenum Press, 1969, p. 37-171.

2.Яковлев В.В., Федоров Р.Ф. Стохастические вычислительные машины. Л., Машиностроение, 1974,

с. 344.

3.Авторское свидетельство СССР 416684, кл. 606 F 7/39,

G 06 F 15/36, 1974 (прототип).