Детерминированно-вероятностный цифровой интегратор

Авторы патента:

G06F7/70 - с помощью стохастической последовательности импульсов, т.е. случайно возникающих импульсов, средняя частота повторения которых представляет числа

G06F7/64 - цифровые дифференциальные анализаторы, т.е. вычислительные устройства для дифференцирования, интегрирования или решения дифференциальных и интегральных уравнений с помощью импульсов, представляющих приращения; другие инкрементные вычислительные устройства для решения различных уравнений (G06F 7/70 имеет преимущество; дифференциальные анализаторы, использующие комбинированную вычислительную технику G06J 1/02)

G06F7/58 - генераторы случайных или псевдослучайных чисел

ОП ИСАЙИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (il) 595749

Савв Советских

Социалистических

Республ@т (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 06.11.75 (21) 2189336/18-24 (51) М. Кл. G 06J 1/00

G 06F 15/36 с присоединением заявки Ме

Государственный комитет (23) Приоритет (43) Опубликовано 28.02.78. Бюллетень М 8 (45) Дата опубликования описания 24.03.78

Совета Министров СССР по делам иаооретений и открытий (53) УД К 681 ..3 (088. 8) (72) Автор изобретения

Э. Ь. Шпилевский

Таганрогский радиотехнический институт им. В. Д. Калмыкова (71) Заявитель (54) ДЕТЕРМИНИРОВАН НО-ВЕРОЯТНОСТНЫЙ

ЦИФРОВОЙ ИНТЕГРАТОР

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для создания детерминированно-вероятностных цифровых интегрирующих машин и структур, для цифрового моделирования и управления.

Известен (1) цифровой интегратор, построенный на основе принципа детермицированно-вероятностного представления и переработки информации, в котором основная часть сигнала, представленная в детерминированной форме, интегрируется по формуле прямоугольников, а меньшая по величине, уточняющая часть этого сигнала, представленная в вероятностной форме интегрируется методом статистических испытаний. Интегратор содержит последовательно соединенные блоки формирования кваптованного значения подынтегральной функции, блоки формирования детерминированного приращения интеграла н блоки формирования полного приращения интеграла.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является цифровой интегратор (2), содержащий последовательно соединенные блок формирования квантованной функции, блок формирования первого детерминированного приращения интеграла и блок формирования полного детерминированного приращения интеграла, выход которого является соответствуюющим выходом интегратора, при этом вход блока формирования квантованной функции подключен ко входу полного детерминирован5 ного приращения интеграла интегратора, второй вход блока формирования первого детерминированного приращения интеграла подключен ко входу независимой переменной интегратора, а выход блока формирования пол10 ного приращения интеграла подключен к выходу полного детерминированного приращеш:я. Однако для решения ряда задач моделирования и управления в реальном и опережающем масштаба.: времени, быстродействие и

15 то шость таки.; Ilнтеграторов оказываются недостаточнымп.

Цс.-.ью прсдполагаемого изобретения является повышение точности интегрирования.

Поставлс. шая Llc,lh достигается тем, что в

20 7c ep il»IIIpoiiaIIIIo-вероятностный цифровой интегратор введены блок формирования пергых вероятност ы приращений интеграла, блок формирования второго детерминированного прпращсш:я пнтсгра 7а, блок формирова25 I:ия третьего детерминированного приращения пнтегра 7а, блок формирования вторы.; вероятностных приращений интеграла, блок формирования третьих вероятностных приращений интеграла, блок формирования вероятно30 стпой коррекции интеграла, причем первые

595749

«xo.Lb! блока формиро«ания первых вероятностны: «рнрыщс:пш интеграла, блоков формироьa««H Пер«ого, Второго и третьего детерми1,«ро«анны., прнрыщ ннй интеграла, блоков (,,)Ор(,!«ро!3(!«ия второго .1 третьего вероятностны; llplfpiiiigci:.нй !ц:тс: рылы H блок формиро13Lll! fl« «СРОЯТ НОС Гll()ll КОРР СКЦИН И! ГГ. .. )) сl. (i ПОДкл!Очс !ы ко ходу «:!езы««симон !ереме«ной» нн(с(ры!Оры, ьыход блока формирования первых «ероятностных приращений интеграла я«лястс)I соотВ(. гс Ву!ощих(Быходох(иптеГ)затора, а второй вход вЂ” соединен с выходом блока формирования квантованной функции и с другим Входом блока форМНРО«с!ННЯ;!ЕР130ГО JCTЕР !ИНИРОВ2ННОI О П)З)(р;ыщс!(ня инпгсгрaÄia, «ыход которого является соот«стс!«ующ(х! Выходом шгтсгратора и сосIIIIIcII с нерв(!х(1)ходом блока формирования п)лно о дстср)я;ш(ро«aliifoio «риращсния инIct;)it. f;t, «торо,;;:.од которо! о подключен к «ыходу блоки фор:,I. ро«ыння «торого дстсрми!!uj) Oha!1!101 0 НР IIP сl ЦСН ((Я (иl! (11) сlЛ 2, f)XOJ КОТО ро(0 нодклю It ко «..Оду ««срвого дстермшшро« 1 i lifo 1 0 lip lt)) (l« .(i « ! it н ПТСi )) aË ы >> I!If 1 СГр 2ТОры, !рсгпй «ход о. Ока формирования полного дсгср)(нннро«; 0: î J:ð«paùå«èÿ ннтсf рыла

ГО(Д(1:loll С 13 Ы ХО,,0 )i ОЛ 0(< сl фoj) М(IPО В сl1 1и)1 ВСроятностной коррекции интеграла, второй вход которо!О Hto;.,f<;f(o fciI кп входу «третьих веро)!! ПОС1:li! х «Р«Р сl н(сн ПЙ I! II t сГР 2л ы>> иlпеГР атОp iI, (. Г « с р ы i! 13 х Од Ол 0 и ы ф Ор м lip o B a I I H я н Ол.!о!о дс:срмнннровыниого нрнрыщсння интеграла сосдш;ен с «ыходом блока формирования 1РС(IX .::ГО ДС1 PХ(и«11РО!32«НОГО Нj)нj)2Щ(НИЯ ИНТС! Р а.! с!, 1)ХОД 1<ОТОРОI 0 OC, I!ill(. II CÎ 13ХО 1 ОМ

«вторсп о дстсрмиш!рс)вын! )го Приращения:!нтсггрылы» интеграторы, «торой вход блока формlipo«L! Ill.я вторых вероятностных приращений шггсгрыла соединен со !)ходом «первых «ерояг(юстных Приращений шпсгра Ic!» øòñãðàòîPa, 1 (Рс!ПЙ «КОД вЂ” - co 13хОДОм <

Tp(.TI l! x «сроятностны.; Приращений нн rerpa,.Icl, 3«I XO, T КОТОРОГО НОTK, 10 .C;I K t3«IXO;U «ТР(.и н.; Всро((тностных приращений интеграла»

i;нтсгратор2.

11ii*чертс)кс нзобры)КСIJ2 блок-схемы нрсдлы";1031ÎÃÎ Дс l С)),IH!IHPOI3il и НО-13(POHÒlIOCTII 0! 0 l! I!гс! ры горы.

Онl! (Остснп нз блока (формирования квынтованного значения нодынтсграл(1(ой фу«(и,fit!) блок формнро«ынн» к«анто!)анной

Ij«H f :1 f lf, ОЛ Ока 2 (f)op M flpoifa it JISI II(".))«OÃO ДСтерм.l«ltj)otfit:.,lot 0 «рнрыщсння интеграла (блок иср«ого дстсрминиро«2(шого Приращения), блока 3 фор.нировыння lio. tíîãî дстермнннро«а«ного нрир-,ùñ! ня интегралы (блок ! !0 71! 0 O НРПР с( «1(. Н Ни 11«1С! Р 2Л 1), ВХОДЯ « f1 ÒC грытора 4 (Вход Полного дс!(рминиро()анно(с)

Hplfpèöct:fIÿ интсгры i(i), «хода интегратора 5 (к<од независимой нспемснной), выхода ннтегр tTopa б (гыход полного дстеръ(ннированного нр !ращення), блока 7 формирования первых ьероятностных пр)!ращет!и!! интеграла (блок первы.: вероятное.гных р !ращений интеграла), выхода интегратор;! 8 (выход первы . верояп!остных приращеш(н), выхода интегратора 9 (Выход IlPplsol дс!Срх!«ниро«а«ного при5 j) i! LiLBJI HR), Олока 1 О форм «рова (II«

ДСT(!PМ НН ИРО«2 Н Н<) Г» II !>HPс(Щ

1 1 Ня ИНТС(р сl,(с()>,f XO, (a Ни) (1 j) и 1 Oj) Ы 1 1 («Xoд

tICPI301 0 ДСi CP)il, ;11 РОБЫ«НО(0 НРПР сlЩСНИЯ ИН1р теграла), «ыхода интегратора 12 (выход второго детсрми«иро«1»o о нриращен!(я), илока

13 формирования третьеl î дстерм(шированного приращения н((тс(ра Та (блок трет(его дстсрминиро(3ынно(0 Приращения интеграла), 15 входа интегратора 14 («ход второго де!ерминированного приращеш(я интеграла), блока 15 формирования вторы. вероятностных Приращений интеграла (блок «!Орых Вероятностных приращений интеграла), входа интегратора 16 («ход Первых вероя Постнь(х приращений), Входа шггсгра горы 17 (вход в орых вероятностнь(х пр! ращений), «ы. :ода интегратора 18 (Вы.. од «тopblx «сроя-! Пос!!Iblx приращений), блÎкы 19 формнрî132,«ия третьих всроятностны., нр !рыщсн!и н«тс!рыла (блок третьих вероят!юстны. риращенгй инте)рала), выхода

I!! tT(I Р с(1 ОР2 213 («ЬIХОД i РСT«IIX !3СРОЯТНОСТНЫХ приращений), блока 21 формировыния веро(!!Постно(! J

)), IoK ())oPxi fIPoi3ct JI JffI КВ2 нтОВа ннОЙ ф1 нкцн и

1, блок нс рвого дстерх(иниро«анно 0 нрнраЗ5 щения инте(рыла 2 и блок Полного нриращеI!HH интсгр лы 3 соединены Послед(н(ательно.

Вход О ioK;l !<«2«10«ан!!ОЙ ф нкцин подключе! ко входу полного де.срминнрованного IlpHращения 4, второй вход блока первого детер4р ж(нированного нриращс((ня интеграла 2 нодключен ко входу независимой переменной 5, а

«ыход блока IIOXI(ого приращения инте! рала 3 нодклю !сн к «ыходу Ilo lifo!.î детерминированI! 0 t О «j) l P с! ЦС « t f SI () . О Д Н Н В . ОД 0;I O 1< а Н j) B bl X

4> ьсроятно тны Приращений шггсграла 7 подключен ко входу независимой Переменной 5, ДР Уг ОЙ 13 xo с It o;LK I Io -I (. I I K В ы х ОДУ к«анто«анной функции 1, а выход подключен к выходу iicp«biх «ероят!(остны. ; «рнращсний 8.

Выход блока нср«ого детерминированного

Приращения интеграла 2 подключен также к

«ыходу первого дстср:и!нированного Приращения 9. О;!«н «ход блока второго детсрминиро«анного приращения интеграла 10 подключен ко входу «сзависнмой перемен1(0 1 5, Дру! Ой ВХОД ПОДклlочс«КО Вход)7 и(!)130ГО дстсрм!!11«ро« l!; I! 01 0 «p lip 2(öñí:I я 1, «ыход tt()äf

65 кл!0 1(и к третьему 13ходу блок11 пол еlОГО Hpllp3HIcHHB ии" сl ра Ill 3. Один вхоч блока вторых вероятностных приращений интеграла 15

1годкл1очсп ко втчу независимой переменной

5, второй вход иодклю1еи ко входу первых вероятностных приращений 16, третий вход подк;почен ко входу вторых вероятностных прирашеиий 17. а вь1ход подключен к выходу вторых вероятностным прирашений 18. Первый вход блока третьих вероятностных приращений интеграла 19 подкл1очен ко входу вторых вероятностных прирашешш 17, второй BxoJl, подключен ко входу независимой переменной 5, а выход подключен к выходу третьих вероятностных приращений 20. Первый вход блока вероятностной коррекции интеграла 21 подключен ко входу независимой переменной 5, второй вход подключен ко входу третьих вероятностных приращений 22, а выход подкл1очси к четвертому входу блока полного детерминированного прирашегн1я интеграла 3.

По входу полного детерминированного приращения 4 на вход блока квантованной функции 1 поступает приращение подынтегральной функции VУ(Х;). В блоке 1 оносуммируется с предыдущим значением подынтегральной функции У(Х; 1), хранящимся в регистре блока, в результате чего образуется величина подынтегральной функции в i-ой точке интегрирования. Образовавшаяся величина У (Х;) с выхода блока 1 поступает на вход блока формирования первого детерминированного приращения интеграла 2 и на вход блока формирования первых вероятностных приращений интеграла 7. На другие входы блока 2и блока

7 подается приращение переменной интегрирования VX. В блоке 2 величины У (Х;) и VX перемножаются, B результате чего получается первое детерминированное приращение интеграла х771 (Х;+1), которое далее поступает на вход блока полного прирашения интеграла 3 и на выход первого детерминированного приращения 9.

В блоке 7 осуществляется преобразование величины Y(X;) в вероятностный импульсный поток т11(j)w(вЂ” 1, О, +1} с весом каждого импульса равным AZI. С выхода блока 7 величины AZIT1tg(j) поступают на выход первых вероятностных прирашений 8.

По входу 11 на вход блока1 формирования второго детерминированного прирашепия интеграла 10 поступает первое детерминированное приращение интеграла

VYt (Х;.,). Величина VYI (X;+ ) умножается на коэффициент равный VX/2. Полученное в результате этого умножения второе детерминированное приращение VZq(XI I) с выхода блока 10 поступает на вход блока 3 и на выход второго детерминированного прирашения 12. В блок третьего детепминированного прирашеьия интеграла 13 по входу 14 поступают приращения х7У,(Х;+1). По входу 5 в него поступают приращения переменной интегрирования VX. В блоке 13 величина

45 ЧУ.,(Х.;.1,) умножается па коэфф1щиент p3Rиый VX/3 и, полученное в рсзул1,тате этой опепации, третье детерминированное прирашенис интеграла VZ3(Xj+t) поступает иа третий вход

6;ника 3. В блок формирования вторых вероятностных npltpntncnnii IIHTet.paла 15 по гходу

16 поступают импульсы перв11х вероятностных приращений 3 „(j) с весом пмпучьса равиыл1

ЛУ1. По вход> 17 в HCI O IIOCT> HHIOT It;ttl>,;It>CI>I вторых вероятностным прирашешш 1ч.; (/) с пссолt ил1пуль а равным ЛУ3. а по вхо Iv 5 в него постуnBIoT приращения переменной шпcгрирования х7Х. В блоке 15 величины

ЛУ1q„(j) и ЛУ.113;(/) сумл1ируются с помощью иакапливаю1цсго сумматора или реверсивного счетчика, и каждый из промежуточных К-х результатов (К=1, N) преобразуется в импульсьl вторых вероятностных приращений т1;;(/) с весом каждого импульса pannl»t Л7.. С вь1хода блока 15 величины ЛУ3113;(1 1 поступают иа выход интегратора 18. По вхочу 17 величинь1 ЛУ;т1>и(/) поступа1от также а один из входов блока формирования третьих вероятностных прирашепий ш1теграла 19 на другой вход которого по входу 5 поступают npttpaщения перемеш1ой интегрирования х7Х. Ве,чичины ЛУ,112;(1) в блоке 19 сул1мируются, например, реверсивным счетчиком и кажчь1й их

К-х промежуточных результатов, преобразуется в импульсы треты1х вероятностных приращений q3,(j) с весом импульса равным Л73, С вь1хода блока 19 полученные величины

DZ3l » (j) поступают на выхоч интегратора 20.

На вход блока вероятностной коррекции интеграла 21 по входу 22 поступают импульсь1 третьих вероятностных прирашений q3; (j) с весом импульса равным ЛУ,. В блоке 21 величины ЛУ,q»(j) суммируются, например, реверсивным счетчиком и каждый из К-х промежуточных резу.чьтатов преобразуется в импул1,сы вероятностного корректирующего потока т1,(j) с весом импульса равным AZ. С выхода блока 21 величины ЛУ.чч>и(1) поступают в блок формирования полного прирагценпя интеграла 3. В блоке 3, поступившие в него велич 1шы приращений интеграла

gZ< (XI 1), qZs (XI I) gZs (Xt I) и лммируются. в рсзуч1татс чего формируется полное прира1цение интеграла 77(Х;11). С выхода блока 3 полное приращение интеграла

VZ(X,+1) поступает на выход полного детерминированного приращения 6.

Технико-экономическая эффективность изобретения проверялась с помощью моделиров11ния известного и предчагаел1ого устройства иа 3ВМ.

Моделирование подтвердило, что предлагаемый детерминированно-вероятностный интегратор имеет точность, превышлпощую точность известного интегратор;. на 2 вЂ” 6 десятичных порядка. Врсмя одно1.о lllага IIHTeãðèðoâàíèÿ при

595749 этом возрастает на несколько процентов, а объем аппаратурных затрат, необходимых для реализации предлагаемого устройства увеличивается примерно в два раза.

Формула изобретения

Детерминированно-вероятностный цифровой интегратор, содержащий последовательно соединенные блок формирования квантованной функции, блок формирования первого детерминированного приращения интеграла и блок формирования полного детерминированного приращения интеграла, выход которого является соответствующим выходом интегратора, вход блока формирования квантованной функции подключен ко входу «Полного детерминированного приращения интеграла» интегратора, другой вход блока формирования первого детерминированного приращения интеграла подключен ко входу «Независимой переменной» интегратора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности интегрирования, в пего введены блок формирования первых вероятностных приращений интеграла, блок формирования второго детерминированного приращения интеграла, блок формирования третьего детерминированного приращения интеграла, блок формирования вторых вероятностных приращений интеграла, блок формирования третьих вероятностных приращений интеграла, блок формирования вероятностной коррекции интеграла, причем первые входы блока формирования первых вероятностных приращений интеграла, блоков формирования первого, второго и третьего детерминированных приращений интеграла, блоков формирования второго и третьего вероятностньп IrpHращений интеграла и блок формирования вероятностной коррекции интеграла подключены ко входу «Независимой переменной» интегратора, выход блока формирования первьп вероятностных приращений интеграла является со5

З0

40 ответствующим выходом шггегратора, а второй вход сосдинен с выходом олока формирования кваптоваппой функции и с другим входом блока формирования первого детерминированного приращения интеграла, выход которого является соотве-ствующим выходом интегратора и соединен с первым входом блока формирования по,л.ого детерминированного приращения интеграла, второй вход которого подключен к выходу блока формирования второго дстсрмппироваш.or î приращения интегра ra, вход которого подключс ко входу первого детерминированного приращения интегра I3 интегратора, третий вход блока формирования полного детерминированного приращения интеграла соединен с выходом блока формирования вероятностной коррекции интеграла, второй вход которого подключен ко входу «третьих вероятносгпьп приращений интеграла» интегратора, четвертый вход олока формирования полного детерминированного приращения интеграла соединен с выходом блока формирования третьего детерминированного приращения интеграла, вход которого соединен со входом «второго детерминированного приращения интеграла» интегратора, второй вход блока формирования вторых веpoHTllocTFIrIx приращешш интеграла соединен со входом «первых вероятностных приращений интеграла» интегратора, а третий вход вЂ” со входом «вторых вероятностных приращений интеграла» интегратора и со вторым входом блока формирования третьих вероятностных

r,ðïðàrrråíèé интеграла, выход которого подключен к выходу «третьих вероятностных приращений интеграла» интегратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР №428412, кл. G 06F 1/02, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР Л" 407298, кл. G 06F 1/02, 1973.

595749

Заказ 698/3 И ад. Л 286 Тираж 841 Подписное

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4 5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель Л. Григорьян-Чтенц

Редактор P. Киселева Техред Л. Гладкова

Корректоры: Л. Орлова и Н. Федорова