Пристрій для обчислення сигмоїдальної функції

1. Пристрій для обчислення сигмоїдальної функції, який містить три регістри і блок множення, причому інформаційні входи пристрою з'єднані з інформаційними входами першого регістра, а виходи блока множення з'єднані з інформаційними входами другого регістра, який відрізняється тим, що в нього додатково введені три комутатори, перетворювач кодів і блок керування, перший вихід якого з'єднаний з установочними входами першого, другого і третього регістрів, другий вихід блока керування з'єднаний з керуючим входом прийому інформації першого регістра, керуючий вхід видачі інформації якого з'єднаний з третім виходом блока керування, виходи першого регістра з'єднані з першою групою входів першого комутатора, виходи якого з'єднані з першою групою входів блока множення, друга група входів якого з'єднана з виходами другого комутатора, виходи другого регістра з'єднані з першою групою входів третього комутатора і з входами перетворювача кодів, виходи якого з'єднані з другою групою входів третього комутатора, керуючі входи першого, другого і третього комутаторів з'єднані з четвертим виходом блока керування, п'ятий вихід якого з'єднаний з керуючим входом прийому інформації другого 2 (19) 1 3 75455 4 другого елемента І з'єднаний з виходом першого елемента НІ, вихід другого елемента І з'єднаний з другим входом третього елемента АБО, вихід якого з'єднаний з п'ятим виходом блока керування, вихід першого елемента І з'єднаний з першим входом четвертого елемента АБО, вихід якого з'єднаний з шостим виходом блока керування, вихід четвертого елемента затримки з'єднаний з другим входом четвертого елемента АБО, керуючий вхід генератора одиночного імпульсу з'єднаний з виходом другого ключа, шина логічного нуля з'єднана з першими входами першого і другого ключів і з входом другого елемента НІ, вихід якого з'єднаний з другими входами першого і другого ключів, перший і другий входи комутатора блока керування з'єднані відповідно з виходом другого елемента НІ і з шиною логічного нуля. Пристрій для обчислення сигмоїдальної функції Винахід відноситься до обчислювальної техніки і може бути використаний в нейрокомп'ютерних технологіях для обчислення функції активації нейронів у вигляді сигмоїдальної функції [1]. Відомий пристрій для обчислення сигмоїдальної функції, що містить дванадцять регістрів, чотири суматора, чотири блоки зсуву, блок аналізу знака, вісім мультиплексорів, блок аналізу аргументу і блок формування початкових умов [2]. Основний недолік відомого пристрою полягає в складності його реалізації. Відомий пристрій для обчислення сигмоїдальної функції, що містить два регістри зсуву, суматор, два тригери, три елементи І, елемент АБО й елемент затримки [3]. Основний недолік цього відомого пристрою полягає в його низькій швидкодії, яка викликана послідовним способом обробки інформації та формування функції активації нейронів у вигляді експоненціальної функції. Найбільш близьким до винаходу є пристрій для обчислення сигмоїдальної функції, описаний у роботі [4]. Пристрій містить п'ять регістрів, два суматора, квадратор, зсувач і три постійних запам'ятовуючі пристрої, причому, вхід пристрою з'єднаний з входом першого регістра, виходи якого з'єднані з входами першого постійного запам'ятовуючого пристрою і через послідовно з'єднані другий і третій регістри з входами другого та третього постійних запам'ятовуючих пристроїв, виходи першого постійного запам'ятовуючого пристрою і першого регістра з'єднані з входами першого суматора, вихід якого через четвертий регістр з'єднаний з входом квадратора, з'єднаного через п'ятий регістр з інформаційним входом зсувача, керуючий вхід якого з'єднаний з виходом другого постійного запам'ятовуючого пристрою, виходи третього постійного запам'ятовуючого пристрою і зсувача з'єднані з входами другого суматора, вихід якого з'єднаний з виходом пристрою. Основний недолік прототипу викликаний низькою точністю апроксимації сигмоїдальної функції за допомогою обчислення зворотньої 1 функції . Така апроксимація можлива тільки x 2 в дуже обмеженому діапазоні зміни аргументу. Розширення діапазону зміни аргументу вимагає його розбивки на кілька десятків сегментів, послідовне відпрацьовування яких у стільки ж раз знижує швидкодію пристрою. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення пристрою для обчислення сигмоїдальної функції шляхом введення в пристрій, що містить три регістри і блок множення, додатково перетворювача кодів, трьох комутаторів і блоку керування, що дозволяє забезпечити підвищення швидкодії пристрою при розширенні діапазону зміни аргументу. Поставлена задача удосконалити винахід вирішується тим, що в пристрій для обчислення сигмоїдальної функції, що містить три регістри і блок множення причому інформаційні входи пристрою з'єднані з інформаційними входами першого регістра, а виходи блока множення з'єднані з інформаційними входами другого регістра згідно з винаходом додатково введені три комутатори, перетворювач кодів і блок керування, перший вихід якого з'єднаний з установочними входами першого, другого і третього регістрів, другий вихід блоку керування з'єднаний з керуючим входом прийому інформації першого регістра, керуючий вхід видачі інформації якого з'єднаний з третім виходом блоку керування, виходи першого регістра з'єднані з першою групою входів першого комутатора, виходи якого з'єднані з першою групою входів блока множення, друга група входів якого з'єднана з виходами другого комутатора, виходи другого регістра з'єднані з першою групою входів третього комутатора і з входами перетворювача кодів, виходи якого з'єднані з другою групою входів третього комутатора, керуючи входи першого, другого і третього комутаторів з'єднані з четвертим виходом блоку керування, п'ятий вихід якого з'єднаний з керуючим входом прийому інформації другого регістра і з керуючим входом видачі інформації третього регістра, шостий вихід блоку керування з'єднаний з керуючим входом видачі інформації другого регістра і з керуючим входом прийому інформації третього регістра, інформаційний вхід знаку аргументу сигмоїдальної функції з'єднаний з інформаційним входом старшого розряду першого регістра, перша група входів другого комутатора з'єднана з інформаційними входами параметра адаптації сигмоїдальної функції, виходи третього комутатора з'єднані з інформаційними входами третього регістра, виходи якого з'єднані з другими 5 групами входів першого і другого комутаторів, блок керування містить генератор тактових імпульсів, генератор одиночного імпульсу, лічильник, комутатор, два ключі, тригер, п'ять елементів затримки, два елементи І, чотири елементи АБО і два елементи НЕ, причому вихід генератора тактових імпульсів з'єднаний з інформаційним входом генератора одиночного імпульсу, входом першого елемента НЕ і першим входом першого елемента І, вихід першого ключа з'єднаний з першим виходом блоку керування, керуючим входом лічильника і першим входом першого елемента АБО, вихід якого з'єднаний з входом скидання тригера, установочні входи лічильника з'єднані з виходами комутатора, вихід генератора одиночного імпульсу з'єднаний з входом першого елемента затримки, першим входом другого елемента АБО і другим виходом блоку керування, вихід першого елемента затримки з'єднаний з входом другого елемента затримки, першим входом третього елемента АБО і третім виходом блоку керування, вихід другого елемента затримки з'єднаний з установочним входом тригера, прямий вихід якого з'єднаний з другим входом першого елемента І, лічильний вхід лічильника з'єднаний з виходом другого елемента АБО, другий вхід якого з'єднаний з виходом першого елемента І, вихід переповнення лічильника через третій елемент затримки з'єднаний з другим входом першого елемента АБО і з входом четвертого елемента затримки, прямий вихід тригера з'єднаний з входом п'ятого елемента затримки, вихід якого з'єднаний з першим входом другого елемента І і четвертим виходом блоку керування, другий вхід другого елемента І з'єднаний з виходом першого елемента НЕ, вихід другого елемента І з'єднаний з другим входом третього елемента АБО, вихід якого з'єднаний з п'ятим виходом блоку керування, вихід першого елемента І з'єднаний з першим входом четвертого елемента АБО, вихід якого з'єднаний з шостим виходом блоку керування, вихід четвертого елемента затримки з'єднаний з другим входом четвертого елемента АБО, керуючий вхід генератора одиночного імпульсу з'єднаний з виходом другого ключа, шина логічного нуля з'єднана з першими входами першого і другого ключів і з входом другого елемента НЕ, вихід якого з'єднаний з другими входами першого і другого ключів, перший і другий входи комутатора з'єднані відповідно з виходом другого елемента НЕ і з шиною логічного нуля. На Фіг.1 представлена структурна схема пристрою для обчислення сигмоїдальної функції. На Фіг.2 представлена структурна схема блоку керування. На Фіг.3 зображена сигмоїдальна функція для різних значень параметру . Пристрій для обчислення сигмоїдальної функції Фіг.1 містить регістри 1-3, блок множення 4, комутатори 5-7, перетворювач 8 кодів, блок 9 керування, інформаційні входи 10-12. Інформаційні входи пристрою 11 з'єднані з інформаційними входами регістра 1 крім старшого розряду. Виходи блока 4 множення з'єднані з інформаційними входами регістра 2. Перший вихід 75455 6 блоку 9 керування, з'єднаний з установочними входами регістрів 1-3. Другий вихід блоку 9 керування з'єднаний з керуючим входом прийому інформації регістра 1, керуючий вхід видачі інформації якого з'єднаний з третім виходом блоку 9 керування. Виходи регістра 1 з'єднані з першою групою входів комутатора 5, виходи якого з'єднані з першою групою входів блока 4 множення, друга група входів якого з'єднана з виходами комутатора 6. Виходи регістра 2 з'єднані з першою групою входів комутатора 7 і з входами перетворювача 8 кодів, виходи якого з'єднані з другою групою входів комутатора 7. Керуючи входи комутаторів 5-7 з'єднані з четвертим виходом блоку 9 керування, п'ятий вихід якого з'єднаний з керуючим входом прийому інформації регістра 2 і з керуючим входом видачі інформації регістра 3. Шостий вихід блоку 9 керування з'єднаний з керуючим входом видачі інформації регістра 2 і з керуючим входом прийому інформації регістра 3. Інформаційний вхід 10 знаку аргументу сигмоїдальної функції з'єднаний з інформаційним входом старшого розряду регістра 1. Перша група входів комутатора 6 з'єднана з інформаційними входами 12 параметра адаптації сигмоїдальної функції. Виходи комутатора 7 з'єднані з інформаційними входами регістра 3, виходи якого з'єднані з другими групами входів комутаторів 5, 6. Блок 9 керування (Фіг.2) містить генератор 13 тактових імпульсів, генератор 14 одиночного імпульсу, лічильник 15, комутатор 16, два ключі 17, 18, тригер 19, п'ять елементів 20-24 затримки, два елементи І 25, 26, чотири елементи АБО 27-30 і два елементи НЕ 31, 32. Вихід генератора 13 тактових імпульсів з'єднаний з інформаційним входом генератора 14 одиночного імпульсу, входом елемента НЕ 31 і першим входом елемента І 25. Вихід ключа 17 з'єднаний з першим виходом 33 блоку 9 керування, керуючим входом лічильника 15 і першим входом елемента АБО 27, вихід якого з'єднаний з входом скидання тригера 19. Установочні входи лічильника 15 з'єднані з виходами комутатора 16. Вихід генератора 14 одиночного імпульсу з'єднаний з входом елемента затримки 20, першим входом елемента АБО 28 і другим виходом 34 блоку 9 керування. Вихід елемента 20 затримки з'єднаний з входом елемента 21 затримки, першим входом елемента АБО 29 і третім виходом 35 блоку 9 керування. Вихід елемента 21 затримки з'єднаний з установочним входом тригера 19, прямий вихід якого з'єднаний з другим входом елемента І 25. Лічильний вхід лічильника 15 з'єднаний з виходом елемента АБО 28, другий вхід якого з'єднаний з виходом елемента І 25. Вихід переповнення лічильника 15 через елемент 22 затримки з'єднаний з другим входом елемента АБО 27 і з входом елемента 23 затримки. Прямий вихід тригера 19 з'єднаний з входом елемента 24 затримки, вихід якого з'єднаний з першим входом елемента І 26 і четвертим виходом 36 блоку 9 керування. Другий вхід елемента І 26 з'єднаний з виходом елемента НЕ 31. Вихід елемента І 26 з'єднаний з другим входом елемента АБО 29, вихід якого з'єднаний з п'ятим виходом 37 блоку 9 керування. Вихід елемента І 25 з'єднаний з 7 першим входом елемента АБО 30, вихід якого з'єднаний з шостим виходом 38 блоку 9 керування. Вихід елемента 23 затримки з'єднаний з другим входом елемента АБО 30. Керуючий вхід генератора 14 одиночного імпульсу з'єднаний з виходом ключа 18. Шина 39 логічного нуля з'єднана з першими входами ключів 17, 18 і з входом елемента НЕ 32, вихід якого з'єднаний з другими входами ключів 17, 18. Перший і другий входи комутатора 16 з'єднані відповідно з виходом елемента НЕ 32 і з шиною 39 логічного нуля. Пристрій для обчислення сигмоїдальної функції працює таким чином. Початковий стан пристрою встановлюється ключем 17, що може бути виконаний у виді кнопкового перемикача, блоку 9 керування. Сигнал логічного нуля з шини 39 блоку 9 керування формує сигнал логічної одиниці на виході елемента НЕ 32, ключа 17 і першому виході 33 блоку 9 керування, що надходить на установочні входи регістрів 1-3, установлюючи у них нульові стани. Вихідний сигнал елемента НЕ 32 через ключ 17 надходить через елемент АБО 27 на вхід скидання тригера 19, установлюючи його в нульовий стан. Алгоритм роботи пристрою описується наступним виразом (1) X 1 1 C X 2m, де ( X) - сигмоїдальна функція, Х - значення аргументу задане у діапазоні 0 X 1, параметр аргументу, С - коефіцієнт активації сигмоїдальної функції, m - цілочисельна постійна. Параметр аргументу задається згідно з умовою (2) 1 2p , де р - задана цілочисельна постійна. Параметр а задає діапазон зміни аргументу сигмоїдальної функції (3) 0 X 2p . Коефіцієнт С адаптації сигмоїдальної функції задається згідно з умовою (4) 0 C 2 m 1, де m - задана цілочисельна постійна. Згідно з умов (2) і (4) маємо, що р