Стохастический вычитатель Советский патент 1982 года по МПК G06F7/70 

(54) СТОХАСТИЧЕСКИЙ ВЫЧИТАТЕЛЬ

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначается для выполнения вычитания 8 -раз-рядный чисел А и В (С Y о) в стохастических вычислительных машинах. Известны стохастические вычитатели, содержащие генераторы случайных равномерно распределенных чисел блоки с5равнения, двоичные счетчики, логические элементы И, ИЛИ, НЕ 1, 2 и ГЗ. Недостатком известных вычитателей является низкая точность вычислений при декодировании результата операци вычитания, что вызвано применением независимых генераторов t -разрядных случайных чисел в каналах преобразования операндов А и В и результата операции вычитания С. Наиболее близким к предлагаемому является стохастический вычитатель 4, содержащий первый, второй и тре тий блоки сравнения, генератор псевд случайных чисел, первый и второй Iэлементы ЗАПРЕТ, элемент ИЛИ, элемент И-НЕ, реверсивный счетчик, разрядные выходы которого соединены с первой группой входов третьего блока сравнения, выход третьего блока срав нения подключен ко второму входу элемента И-НЕ, второР выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика, суммирующий вход реверсивного счетчика соединен с первым выходом элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, первый вход элемента ИЛИ соединен с выходом первого элемента ЗАПРЕТ, разрешающий вход которого подключен к выходу первого блока сравнения, первая группа входов первого блока сравнения соединена с S-разрядными шинами кода числа А, а вторая группа входов - с И-выходами генератора псевдослучайных чисел, выход которого соединен с запрещающим входом первого элемента ЗАПРЕТ,выход первого элемента ЗАПРЕТ соединен со вторым входом элемента ИЛИ, а запрещающий вход - с выходом второго блока сравнения,первая группа входов которого соединена с Е -разрядными пмнами кода числа В. I +1-Й разряд генератора псевдослучайных чисел, как и остальные его разряды, выдает случайную равновероятностную двоичную последовательность, т,е. такую, в которой р(0) р(1)2 Поэтому результат на выходе реверсивного счетчика Недостатком этого устройства является также низкая точность выполнения операции вычитания. Цель изобретения - тювБПиение точности. Поставленная цель достигается тем что стохастический вычитатель, содержащий первый блок сравнения, первая группа входов которого является входами уменьшаемого вычитателя, генератор псевдослучайных чисел, группа выходов которого соединена со второй группой входов первого блока сравнения, второй блок сравнения, первая группа входов которого является входом вычитаемого вычитателя, первый элемент ЗАПРЕТ, разрешающий вход которого соединен с выходом первого бл ка сравнения, второй элемент ЗАПРЕТ, запрещающий вход которого соединен с выходом вторрго блока сравнения, запрещающий вход первого.и разрешающий вход второго элементов ЗАПРЕТ подключены к выходу генератора псевдослучайных чисел, элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами первого и второго элементов ЗАПРЕТ, . элемент И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, реверсивный счетчик, суммирующий и вычитающий входы которого соединены с выходами,элемента И-НЕ, третий блок сравнения, первая группа входов которого соединена с разрядными выходами реверсивного счетчякс1, а выхо соединен со вторым входом элемента t И-НЕ,дополнительно содержит элементов НЕ, группа выходов которого соединена со второй группой входов второг .блока сравнения, группа входов блока элемента НЕ и вторая группа входов третьего блока сравнения подключены к группе выходов генератора псевдослучайных чисел. На чертеже представлена блок-схем вычитателя . Устройство содержит первый блок 1 сравнения,генератор 2-псевдослучайных чисел, второй блок J сравнения, блок элементов НЕ 4, первый 5 и второй б элементы .ЗАПРЕТ, элемент ИЛИ 7, реве сивный счетчик 8, третий блок 9 срав Йения, элемент И-НЕ 10. Группа выходов генераторе 2 псевд случайных чисел соединена со вторыми группами выходов первого 1 и третьег 9 блоков сравнения и группой входов блока элементов НЕ 4, группа выходов которого соединена со второй группой взводов второго блока 3 рравнения. Вы ходы первого 1 и второго 3 блоков сравнения соединены соответственно с разрешающим входом первого элемента ЗАПРЕТ 5 и запрещающим входом второго элемента ЗАПРЕТ б. Запрещающий вход первого 5 и разрешающий вход второго 6 элементов ЗАПРЕТ подключены к выходу генератора 2 псевдослучайных чисел. Выходы первого 5 и второго б элементов ЗАПРЕТ соединены со входами элемента ИЛИ 7, выход которого соединен с первым входом элемента И-НЕ 10. Выходы элемента И-НЕ 10 соединены с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 8, разрядные выходы которого соединены с первой группой входов третьего блока 9 сравнения. Выход третьего блока 9 сравнения соединён со вторым входом элемента И-НЕ 10. Вычитатель работает следующим образом. Работа устройства управляется последовательностью синхроиктульсов, подаваемых на соответствующие входы первого 1, второго 3 и третьего 9 блоков сравнения (на чертеже эти входы не показаны). По каждому синхроимпульсу на выходах первого 1, второго 3, третьего 9 блоков сравнения и Е +1-М выходе генератора 2 псевдослучайных чисел вырабатывается бинарный символ (О или 1) соответственно t bt, , ikfc (t - дискретное время), причем вероятности появления единичного символа соответственно равны; p(at) A,p(bt) В,р(у) zt (z.случайная величина - содержимое реверсивного счетчика в моме«т времени t), p(kt) . . Вероятность появления 1 в случайной последовательности d, на выходе элемента ИЛИ 7 равна р(а)р( ) I -f Последовательности d и у, далее поступают соответственно на первый и второй входы элемента И-НЕ 10. Его назначение состоит в том, чтобы предотвратить возможность одновременного появления единичных сигналов (+1 и -1) на суммирующем и вычитающем входах реверсивного счетчика Б. Результат вычитания накапливается в реверсивном счетчике 8 где g - разрядность реверсивного счетчика. Таким образом, в схеме прототипа и в предлагаемом устройстве реализуется одинаковая функциональная зависимость. Мерой погрешности устройства является дисперсия содержимого реверсивного счетчика 8, т.е. дисперсия случайной величины z,. Благодаря включению в стохастический вычитатель блока элементов НЕ 4 и указанному соединению его входо и выходов со входами блоков сравнения, в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом достигается значительное уменьшение погрешности вычисления С Т между случайными последовательностями на суммирующем и вычитающем входах реверсивного счетчика в этом слу чае устанавливается положительная взаимная корреляционная связь, стаби лизирующая процесс накопления содерж мого счетчика. Коэффициент J D4z) () () W / ru 1 P 1« ч 1 f (где DCZ) и D(z) - дисперсии соответственно для прототипа и предлагае мого устройства) выражаем относитель ное изменение статистической погрешности выполнения операции вычитания С - в предлагаемом устройстве по сравнению с устройством прототипа, Например, если А 0,6; В 0,6 то Ы 5. Причем выигрыш в точности тем выше, чем ближе друг к другу зна чения А и 1-В. Формула изобретения Стохастический вычитатель, содержащий первый блок сравнения, первая группа входов которого является вхоДс1ми уменьшаемого вычитателя,, генератор псевдослучайных чисел, группа выходов которого соединена с второй группой входов первого блока сравнения, второй блок сравнения, первая группа входов которого является входом вычитаемого вычитателя, первый элемент ЗАПРЕТ, разрешаюсций вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, второй элемент ЗАПРЕТ, запрещающий вход которого соеди нен с выходом второго блока сравнения, запрещающий вход первого и разрешающий вход второго элементов ЗАПРЕТ подключены к выходу генератора псевдослучайных чисел, элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами первого и второго элементов ЗАПРЕТ, элемент И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, реверсивный счетчик, суммирлощий и вычитающий входы которого соединены с выходами элемента И-НЕ, третий блок сравнения, первая группа входов которого соединена с разрядными выходами реверсив- ного счетчика, а выход соединен со ворым входом элемента , о т л и чающийся тем, что, с целью повышения точности, он содержит блок элементов НЕ, группа выходов котоiporo соединена с второй группой вхо- . дов второго блока сравнения, группа входов блока элементов НЕ и вторая группа входов третьего блока сравнения подключены к группе выходов генератора псевдослучайных чисел. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Яковлев В.В. Случайно-импульсные вычислительные устройства. Учебное пособие. Ленинградский институт железнодорожного транспорта, 1973, с. 31, рис. 15. 2.Яковлев В.В., Федоров Р.Ф. Элементы вычислительной техники с вероятностным представлением информации. Автоматика и вычислительная техника. Рига, 1972, 5, рис.. 6. 3.Федоров Р.Ф, Яковлев В.В., Добрис Г.В. Стохастические преобразователи информации. Л., Машиностроение, 1978, с. 64. 4.Яковлев В.В., Федоров Р.Ф. Стохастические вычислительные машины. Л., Машиностроение, 1974, с. 48, рис. 22 (прототип).

ll t f