ВЕРОЯТНОСТНЫЙ КОМБИНИРОВАННЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ

Полезная модель относится к области автоматики и измерительной техники и может быть использована в устройствах измерения и обработки информации с первичных преобразователей.
Из существующего уровня техники наиболее близким к заявленному техническому решению является вероятностное множительное устройство [Вероятностное множительное устройство, АС № SU 1120350, СССР, опубл. 23.10.84, Бюл. №39], содержащее генератор случайных чисел, блок сравнения, первая группа выходов которого является группой входов первого сомножителя устройства, вторая группа входов блока сравнения подключена к выходам генератора случайных чисел, блок элементов «И», управляющий блок которого соединен с выходом блока сравнения, группа информационных входов элементов «И» является группой входов второго сомножителя устройства, выходы блока элементов «И» являются выходами устройства. Основным недостатком данного прототипа является малое быстродействие схемы в целом.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель - повышение быстродействия выполнения операции умножения вероятностно представленного операнда на операнд представленный в двоичном позиционном коде с одновременным уменьшением аппаратного объема устройства в целом.
Поставленная задача решается за счет того, что схема вероятностного комбинированного умножителя, выполняющего операцию умножения над параллельно поступающими операндами, один из которых представлен в двоичном позиционном коде, второй в виде вероятностного отображения отличается тем, что в схему включен накапливающий сумматор, конъюнктор на два входа, счетчик количества испытаний, регистр результата, генератор тактовых импульсов, первый множитель представленный двоичным позиционным кодом записывается в накапливающий сумматор, вероятностно представленный второй операнд подается на первый вход конъюнктора, на второй вход которого подается синхросигнал с генератора тактовых импульсов, синхросигнал с которого также подается на счетчик количества испытаний, единичный сигнал с выхода конъюнктора подается на разрешающий операцию суммировании вход накапливающего сумматора, выход которого подается на регистр результата, на разрешающий запись вход которого подается сигнал с счетчика количества испытаний, выход регистра результата является выходом всего устройства.
В наиболее простом случае, значение параметра преобразуемой величины либо всегда положительно, либо всегда отрицательно, а сам процесс преобразования выполняется в соответствии с правилом
i
где x - i-е значение параметра преобразуемого сигнала X(t);
ij
R(t) - j-е значение параметра вспомогательного случайного сигнала R(t), изменяющегося в интервале изменениях X(t);
- число циклов преобразования сигнала X(t);
i
i+1
i
- количество статистических испытаний каждого значения внутри временного интервала Δt=t-t;
ij
y - значение вероятностного отображения параметра сигнала из ряда .
Вероятностное отображение обладает свойствами синхронности (тактируемости) и независимости каждого члена отображения от любого другого.
i
i+1
i
j
j
Первое свойство заключается в том, что формирование членов вероятностного отображения производится через постоянный интервал времени Δt=t-t, определяемый частотой ƒ=1/Δt выполнения правила (1).
ij
ij
j
Свойство независимости каждого члена вероятностного отображения y от любого другого следует из того факта, что получение вероятностного отображения соответствует схеме испытаний Бернулли. Для случайной последовательности, полученной в соответствии с данной схемой, автокорреляционная функция представляет собой δ-функцию при τ=0. Для доказательства этого следует показать, что повторные испытания в соответствии с (I) также являются независимыми. Значения вспомогательной случайной функции R(t) формируются в дискретные моменты времени. В любой момент времени функция может находиться только в одном из своих состояний r с вероятностью P(t). Очевидно, что для любого t
j
ij
и при заданных вероятностях P(t) распределение r может быть задано плотностью вероятности:
где
ij
есть распределение фиксированной величины r, определяемое функцией Дирака.
Использование этих свойств и применение вероятностно представленных дискретных сигналов позволяет упростить функциональные узлы для выполнения арифметических и логических операций, в частности, сложения, вычитания, умножения, возведения в целую степень, деления, компарации и т.д. и, тем самым, резко уменьшить их аппаратурный объем.
С учетом исходного правила преобразования, вероятности появления «1» и «0» в вероятностном отображении равняются:
ij
Математическое ожидание от вероятного отображения определяется через ряд распределения для дискретной случайной величины y
Тогда
i
Таким образом, вероятность появления «1» в вероятностном отображении есть математическое ожидание от отображения и численно равняется значению интегрального закона распределения вспомогательного сигнала R(t) при уровне сравнения x.
Особый интерес представляет случай, когда вспомогательный случайный сигнал R(t) подчиняется равномерному закону распределения в соответствии с
Для него последнее выражение для МО перепишется в виде:
i
ij
i
M[Y(t)]=P{y=1)=x,
т.е. имеем случай линейного вероятностного преобразования.
Таким образом, количество единиц в вероятностном отображении соответствует весу значения преобразуемого в вероятностную форму, что в свою очередь позволяет выполнять операцию умножения вероятностно представленного операнда на операнд представленный в двоичных позиционных кодах. Непосредственно операция умножения может быть выполнена на сумматоре накапливающего типа, куда подается первый операнд представленный в двоичных позиционных кодах, который складывается в сумматоре сам с собой в случае, когда для текущего испытания в вероятностном отображении приходится единица.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена схема вероятностного комбинированного умножителя.
Предлагаемая функциональная схема вероятностного комбинированного умножителя представлена на рисунке.
В состав схемы входят:
1 - накапливающий сумматор;
2 - конъюнктор на 2 входа;
3 - регистр результата;
4 - генератор тактовых импульсов;
5 - счетчик числа испытаний.
Процессы в схеме специализированного комбинированного вероятностного умножителя протекают в следующей последовательности.
j
После подачи на схему электропитания, значение множителя представленного в двоичных позиционных кодах записывается в регистр накапливающего сумматора (1), второй множитель представленный вероятностным отображением  подается на первый вход коньюнктора (2), выполняющего роль ключа, на второй вход которого подается синхросигнал с генератора тактовых импульсов (4), который так же поступает на вход счетчика количества испытаний (5). В случае, когда текущее значение вероятностного отображения y=1, с выхода конъюнктора (2) подается разрешающий сигнал на накапливающий сумматор (1), в котором выполняется операция сложения текущего результата с содержимым встроенного регистра в котором находится первый множитель представленный в двоичных позиционных кодах. По истечению К тактовых импульсов с счетчика количества испытаний (5) подается разрешающий сигнал на запись в регистр результата (3), в который заносится результат выполнения операции умножения с сумматора:
где , номер члена вероятностного отображения каждого слагаемого,
K - число членов вероятностного отображения.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого решения в сравнении с прототипом состоит в следующем:
1) введение счетчика количества испытаний (5) позволяет выбирать необходимое количество испытаний К - от которого непосредственно зависит точность и быстродействие преобразования второго операнда в вероятностную форму и как следствие всей схемы;
2) на выходе регистра результата (3) предлагаемой полезной модели формируется произведение двух операндов, представленное в двоичном позиционном коде, а не промежуточный результат умножения;
3) быстродействие предлагаемой схемы значительно выше, поскольку отсутствует необходимость в выполнении вероятностного преобразования второго операнда;
4) аппаратный объем предлагаемой схемы полезной модели, для шестнадцатиразрядного произведения представленного в двоичном коде меньше прототипа в три раза.