Вычислительное устройство_ес;::со;огнаяnafaivho-m::;;-:- щ

331407

Сею Феееееем

Веенеоиетичвенно реоотелно

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства М—

Заявлено 22.V1,1970 (№ 1451153/18-24) М.Кл. G 06g 7/52 с присоединением заявки ¹â€”

Комитет оо делом изооретений и открытий ори Совете Министров

СССР

Приор птетв

Опубликовано 07 1!1.1972. Бюллетень № 9

Дата опубликования описания 13.1У.1972

УДК 681.335:519.24 (088.8) Авторы изобретения

П. В. Васильев, Ю. В. Солодянников и С. М. Широков

Куйбышевский электротехнический институт связи

Заявитель гтю . г

Г . г

ВЪ|Ч ИСЛ И ТЕЛ ЬНОЕ УСТРО и СТВО

Изобретение относится к области вычислительной техники и применяется для автоматизации расчетов законов распределения сумм случайных вел ич и н.

Задача суммирования случайных величин и определения композиции их законов распределения возникает в различных областях науки и техники, где используются вероятностно-статистические методы анализа: при расчете погрешностей измерительных и вычислительных систем, при исследованиях надежности, в ядерной физике и т. д. Наиболее важное значение указанная задача приобретает в технике связи, в частности при выработке рекомендаций по оптимальному кодированию в системах передачи дискретной информации на основе методов теории рекуррентных потоков.

Известно, что законы распределения вероятностей случайных величин, полученные на основе эмпирических данных, имеют форму чистограмм, аппроксирующих плавные кривые.

Вместе с тем, часто встречаются также случайные величины, дискретные по своей природе. Поэтому наиболее важной является задача суммирования дискретных случайных величин.

Дифференциальная функция распределения суммы двух независимых дискретных случайных величин связана с законами распределения слагаемых через операцию дискретной композиции (свертки);

2 к

С, = а 6, j (fr= 1 2,т)

- 1=-j ст (1=1, 2, ..., „) — вероятности ) отдельных значений соответственно исходных случайных величин и их суммы; и — чпсло дискретных значений суммируемых величин (или число участков их чистограмм) .

Если суммируется не две, а несколько слу1р чайных величин, возникает необходимость в многократном применении операции свертывания, что при большом числе слагаемых и при больших и связано с трудоемкими вычислениями. В настоящее время указанные операции либо выполняются вручную с применением простейших счетных приборов (счетных линеек, арифмометров), либо с использованием универсальных ЭЦВМ.

В известных устройствах. содержащих блок

20 сумматоров, согласующие, запоминающие устройства, переключатели устройства ввода, регистрирующее устройство и блок управления, имеют место малое быстродействие, высокая вероятность ошибок, непригодность для ис25 пользования в автоматических системах. Применение же универсальных цифровых машин в данном случае, как правило, экономически нецелесообразно, а с учетом затрат времени на программирование при небольшом (по сравне30 нию с возможностями ЭЦВМ) объеме вычис331407

3 лений, не дает также и существенного выигрыша во времени.

В предлагаемом устройстве, с целью расширения функциональных возможностей, один вход каждого переключателя соединен через соответствующее согласующее устройство с одним из выходов блока сумматоров и входом регистрирующего устройства, другой вход и один из выходов каждого переключателя подсоединен к соответствующему запоминающему устройству, а другой выход каждого переключателя связан с соответствующим выходом устройства ввода и через другое соответствующее согласующее устройство — с одним из входов блока сумматоров, подключенным к устройству ввода.

Предлагаемое устройство пригодно для использования в качестве элемента автоматических оптимальных и самонастраивающихся систем передачи информации.

Операция свертывания (1) может быть записана в виде:

С=А=В, (2) где .С вЂ” вектор вероятностей суммы двух случайных величин;

А — матрица, составленная из вероятностей одной из суммируемых величин;

 — вектор вероятностей второго слагаемого.

При суммировании нескольки всличин операция (2) применяется многократно:

С=А т m — t Aò „" А. А,, (3) где:А — вектор вероятностей одного из слагаемых; А, А, А — матрицы вида (3), составленные из вероятностей остальных слагаемых.

Если законы распределения суммируемых величин одинаковы, равенство (3) принимает вид:

C=А " А.

С=А" А. (4)

Равенства (2), (3), (4) определяют алгоритм работы предлагаемого устройства. Операция умножения матрицы на вектор (2) реализуется с помощью аналоговых сумматоров, а многократное ее повторение, необходимое для вычисления многомерной свертки (3) или (4), осуществляется путем периодического подключения вы:;одных сигналов сумматора к их входам через запоминающие устройства.

На фнг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; па фиг. 2 показана схема соединения контактов переключающего устройства с запоминающими емкостями.

На фиг. 1 приняты следующие обозначения: блок 1 аналоговых сумматоров; устройство 2 ввода; согласующие устройства 8; переключающие устройства 4; запоминающие устройстьа 5; регистрирующее устройство 6; блок 7 управления.

Сумматоры строятся по известной схеме суммирования постоянных напряжений с использованием резисторов и усилителей постоянного тока. Для реализации операции умножения вектора на матрицу может быть приме5 нен также любой из известных типов обратимых моделей систем линейных алгебраических уравнений с произвольной матрицей коэффициентов.

Элементы сумматоров (резисторы), с по10 мощью которых устанавливаются нужные значения коэффициентов матрицы, располагаются в устройстве ввода. Устройство ввода содержит также потенциометры (или другие аналогичные элементы), задающие. первоначальные

15 напряжения на входах сумматоров, Согласующие устройства служат .для устранения влияния запоминающих устройств на входные и выходные напряжения сумматоров и представляют собой эмиттерные повторители. В качест20 ве переключающих устройств используют электромагнитные реле, обмотки которых подключены к блоку управления.

Запоминающими устройствами служат конденсаторы большой емкости. Для регистрации

25 результатов вычислений применяется самопишущий многоточечный автокомпенсатор типа

«КС». Блок управления, в который входят мультивибратор и счетчик импульсов на триггерах, предназначен для выработки сигналов, 30 управляющих работой всей схемы.

На фиг. 2 показана схема соединения контактов переключающего устройства с запоминающими емкостями Сь С . В исходном состоянии переключатель находится в положе35 нии а, напряжение на емкостях отсутствует.

Если решается задача композиции одинаковых законов распределения, значения исходных вероятностей вводятся в устройство только один раз — перед началом вычислений. По40 тенциометры устройства ввода устанавливаются в положения, соответствующие значениям исходной функции распределения вероятностей, а счетчики блока управления настраиваются на число импульсов, отвечающее числу

45 подлежащих суммирэванию случайных величин. Если устройство используется как элемент автоматической системы, то и операция ввода осуществляется автоматически с помощью следящих систем по сигналам извне.

50 Напряжение на входах сумматоров и коэффициенты суммирования принимают значения, соответствующие исходным вероятностям (аь а, ..., а„), а на выходе сумматоров появляются напряжения, пропорциональные вероятно55 стям композиции (Сь С2, ..., С„) двух исходных законов распределения (а, а:, ..., а„) в соответствии с формулой (1) (а; =b; ). До этих напряжений заряжаются емкости С запоминающих устройств, подключенные черсз согла60 сующие устройства.

В дальнейшем работа устройства протекает циклически. Нажатием кнопки или по сигналу извне запускается мультивибратор блока управления, который и вырабатывает импульсы, 65 поступающис на обмотки реле перекл|очающих

331407

"устройств и вызывающие периодическое переключение емкостей Сь С со входов на выходы .сумматоров (через согласующие устройства) и обратно, а потенциометры, задавшие перво:начальные напряжения, отключаются.

Ввод исходного закона распределения (иь а, ..., а„) и получение композиции двух таких законов (c, c2, ..., с„) можно рассматривать как первый цикл вычислительного процесса.

На втором цикле контакты реле перебрасываются в положение б, тем самым емкости С, заряженные до напряжений, получившихся: после первого цикла на выходах сумматоров, подключаются ко входам последних, а емкости

C2 — к входам, и заряжаются до напряжений, пропорциональных вероятностям композиции трех распределений.

На третьем цикле ко входам сумматоров вновь подключаются емкости Сь содержащие результат предыдущего цикла, а емкости С заряжаются, и т. д., до образования свертки нужной кратности. После необходимого числа циклов предварительно настроечный счетчик блока управления вырабатывает импульс, отключающий мультивибратор и включающий самопишущий прибор, на ленте которого в графической форме воспроизводится окончательный результат. При необходимости могут регистрироваться также и промежуточные чистограммы. Если же устройство используется в качестве элемента автоматической системы, необходимость в регистрации результатов вычислений отпадает, и выходные сигналы устройства поступают на другие блоки системы.

Для того, чтобы сделать более быстрым заряд конденсаторов, подключенных к выходам сумматоров, и практически исключить разряд и падение напряжения конденсаторов на входе за время цикла, использованы согласующие устройства — эмиттерные повторители, обладающие высокими входными сопротивлениями и низкими выходными.

Работа устройства при суммировании случайных величин с различными функциями paclo пределения протекает в соответствии с равенством (3) и отличается от работы при суммировании одинаково распределенных величин необходимостью ввода новых значений вероятностей, т. е. установки новых элементов матри15 цы на каждом цикле.

Предмет изобретения

Вычислительное устройство, содержащее блок сумматоров, согласующие, запоминаю20 щие устройства, переключатели, устройство ввода, регистрирующее устройство и блок управления, отлича ощееся тем, что,, с целью расширения функциональных возможностей, один вход каждого переключателя соединен через

25 соответствующее согласующее устройство с одним из выходов блока сумматоров и входом регистрирующего устройства, другой вход и один из выходов каждого переключателя под-. соединен к соответствующему запоминающему

30 устройству, а другой выход каждого переключателя связан с соответствующим выходом устройства ввода и через другое соответствующее согласующее устройство — с одним из входов блока сумматоров, подключенным также к

35 устройству ввода.

331407

Фиг. 2

Состави пыь Э. Сечнна.

Техред Л. Еадоиов

Редактор А. Батыгин

Корректор E. Михеева

Областная типография Костромского управления по печати

Закан 1458 Изд. № 30.3 Тир ата 448 Подли ное

БНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при, Совете Министров СССР

Москва, Ж-Зо, Раушская наб., д, 4!5