DE2729401C2

DE2729401C2 - Spezialisierter Digitalrechner für die statistische Informationsverarbeitung

Info

Publication number: DE2729401C2
Application number: DE2729401A
Authority: DE
Inventors: Lev Michajlovi&ccaron; Leningrad Chochlov; Vladimir Gerasimovi&ccaron; Kor&ccaron;agin; Jurij Borisovi&ccaron; Sadomov; Evgenij Evgenievi&ccaron; Vladimirov
Original assignee: GOSUDARSTVENNOE SOJUZNOE KONSTRUKTORSKO-TECHNOLOGICESKOE BJURO PO PROEKTIROVANIJU SCETNYCH MASIN LENINGRAD SU
Current assignee: GOSUDARSTVENNOE SOJUZNOE KONSTRUKTORSKO-TECHNOLOGICESKOE BJURO PO PROEKTIROVANIJU SCETNYCH MASIN LENINGRAD SU
Priority date: 1977-07-05
Filing date: 1977-06-29
Publication date: 1984-01-05
Also published as: DE2729401A1; BE856104A; GB1543852A; US4115867A

Description

Die Erfindung betrifft einen spezialisierten Digitalrechner für die statistische Informationsverarbeitung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solcher Digitalrechner ist aus der SU-PS 4 32 509 bekannt

Die meisten praktischen Aufgaben zur Untersuchung und Verwertung von komplizierten Erscheinungen werden durch zufällige Prozesse, denen zufällige zeitliche Änderungen physikalischer Größen eigen sind, gekennzeichnet

Zufällige Prozesse werden durch Zufallsfunktionen X (t)bzw. Y(t)beschrieben und enthalten eine Menge von Realisierungen dieser Funktionen, und zwar x\ (t), χι (t), ... Xi(t),. ..x_k(t)bzw.y_s (t),y₂ (t), ...yi(t),.. .y,(t),.. .yt (t), die einen Bereich von zufälligen Zahlen von 1 bis k darstellen.

Gegenwärtig werden Berechnungen statistischer Daten mit statistischen Analysatoren, die auf Digitalmethoden beruhen und befähigt sind, Rechnungen im reellen Zeitmaßstab auszuführen, sowie mit Digitalrechnern, die für die Berechnung statistischer Daten zufälliger Prozesse programmiert sind, durchgeführt.

Gewöhnlich sind statistische Analysatoren, z. B. die Modelle TE-9300, TE-9400, TE-9450 der Firma Tekelec Airtronic (Frankreich), Modelle 7001 der Firma Uniscope, SAl -51A-54A der Firma SAI COR, 3721A und 3729A der Firma Hewlett Packard (USA), kompliziert und apparativ aufwendig, was zu zusätzlichen Ausgangen der Hersteller von Rechenmitteln führt. Sie gestatten nicht, im Grob-Fein-Meßverfahren zu arbeiten und verfügen nicht über hinreichend weite Funktionsmöglichkeiten, was zu einer schlechten Nutzung dieser Technik führt. Die Digitalrechner sind aber kostspielig und gestatten es t.icht, Resultate im reellen Zeitmaßstab zu erhalten. Die Lösung von Aufgaben der statistischen Informationsverarbeitung, insbesondere die Korrelations- und Spektralanalyse mit dem Digitalrechner Typ IBM-360 nimmt viel Zeit (einige Stunden) in Anspruch.

So ist zum Beispiel aus der SU-PS 4 02 873 ein Digitalschnellanalysator für zufällige Signale bekannt. Der Analysator enthält einen Analog-Digital-Umsetzer, eine Einheit für die Wahrscheinlichkeitsabrundung der Information, deren Eingang mit dem Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers verbunden ist, einen dynamischen Speicher, bei dem ein Eingang mit dem Ausgang der Einheit für die Wahrscheinlichkeitsabrundung der Information und ein Ausgang mit dem Eingang eines Wahrscheinlichkeitsbinärlementes verbunden ist, einen Geber für gleichmäßig verteilte Zufallszahlen, eine UND-Einheit, einen Digital-Analog-Umsetzer, eine Vergleichseinheit, bei welcher an den einen Eingang der Ausgang des Gebers für gleichmäßig verteilte Zufallszahlen und der andere Ausgang der Einheit für die Wahrscheinlichkeitsabru.idung der Information und aus den anderen Eingang der entsprechende Ausgang des dynamischen Speichers angelegt sind, während an den Ausgang derselben der Eingang der UND-Einheit angeschlossen ist eine Steuereinheit, deren Ausgang mit dem anderen Eingang der Einheit für die Wahrscheinlichkeitsabrundung der Information und dem entsprechenden Eingang des dynamischen Speichers in Verbindung steht und eine Integratoreinheit bei welcher an den einen Eingang der Ausgang der Steuereinheit an den Ausgang der Eingang des Digital-Analog-Umsetzers und an den anderen Eingang

ίο der Eingang der UND-Einheit der Ausgang der UND-Einheit und der Ausgang des Wahrscbeinlichkeitsbinärelementes, dessen anderer Eingang mit dem entsprechenden Ausgang des Gebers für gleichmäßig verteilte Zufallszahlen in Verbindung steht angelegt

is sind.

Der aus der SU-PS 4 32 509 bekannte spezialisierte Digitalrechner enthält über die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale hinaus eine Mikroprogrammsteuereinheit

Die bekannten Anlagen gestatten .licht die Berechnung der Entropie zufälliger Prozesse mit unabhängigen Ablesungen, was deren Funktionsmöglichkeiten und Anwendungsbereich einengt, die Möglichkeiten der bekannten Einrichtungen herabsetzt und keine Informationsverdichtung gewährleistet was wiederum zu einer Vergrößerung des physikalischen Volumens und Erhöhung des apparativen Aufwandes für den spezialisierten Digitalrechner für die statistische Informationsverarbeitung führt

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen spezialisierten Ditalrechner für die statistische Informationsverarbeitung zu schaffen, dessen schaltungsmäßige Lösung die Berechnung der unbedingten Entropie zufälliger Prozesse mit unabhängigen Ablesungen

}5 ermöglicht und eine Informationsverdichtung sowie eine Verminderung des Apparaturaufwandes sichert

Die gestellte Aufgabe wird ausgehend von dem gattungsgemäßen spezialisierten Digitalrechner erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung, deren schaltungsmäßige Lösung auf der Verwendung von Wahrscheinlichkeitsinforrnalionsverarbeitungsmethoden beruht, gestattet es, die Produktivität bei der Untersuchung zufälliger Prozesse, insbesondere bei der Berechnung der statistischen Kenndaten derselben wesentlich zu erhöhen, die elektronischen Schaltungen zu vereinfachen, den Apparaturaufwand zu reduzieren und die Abmessungen der spezialisierten Digitalrechner zu vermindern.

Außerdem kann bei der Verarbeitung und Speicherung des immer wachsenden Umfangs der Informationsflüsse das Problem der Informationsverdichtung teilweise bei Benutzung des erfindungsgemäßen spezialisierten Digitalrechners für die statistische lnformaticnsvera:beitung gelöst werden.

Die Anwendung des spezialisierten Digitalrechners ermöglicht wesentliche technische Fortschritte auf solchen Gebieten ^J.er Wissenschaft und Technik, wie z. B. Hydrometeoroglogie, Geophysik, Meteorologie, Medizin, Elektronik und Physik.

Eine bevorzugte Weiterbildung des erf'ndungsgemäßen Digitalrechners ist Gegenstand des Patentanspruchs 2.

Die Erfindung wir.¹, im folgenden anhand des in der

6') Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Strukturschema eines spezialisierten Digitalrechners für die statistische Informationsverar-

beitung.

F i g. 2 ein Funktionsschema eines Festspeichers.

Der spezialisierte Digitalrechner für die statistische Informationsverarbeitung enthält einen Generator 1 (Fig. 1) für Zufallszahlen, eine Betriebsartensynchronisiereinheit 2, deren Mehrkanaleingang mit dem Mehrkanalausgang des Generators 1 verbunden ist, Einheiten 4, 5, 6, 7 zur Wahrscheinlichkeitsabrundung der Information. Die Mehrkanaleingänge 8, 9 der Einheiten 4 bzw. 5 sind an die Eingangsinformationsschienen 10, 11 gelegt.

Darüber hinaus enthält er einen Quantisierungsschrittzähler, dessen Eingang 13 mit dem Ausgang der Betriebsartensynchronisiereinheit 2 verbunden ist, während der eine Mehrkanalausgang an den Mehrkanaleingang 14 der Wahrscheinüchkeitsabrundungseinheit 4 und der andere Mehrkanalausgang — an den Mehrkanaleingang 15 der Wahrscheinlichkeitsabrundungseinheit 5 angelegt sind, sowie Toreinheiten 16, 17. Der Eingang 18 der Toreinheit 16 und der Eingang 19 der Toreinheit 17 sind an die entsprechenden Ausgänge der Einheit 2 angeschlossen, während die Mehrkanaleingänge 20,21 der Toreinheiten 16,17 mit den Mehrkanalausgängen der Einheiten 4 bzw. 5 verbunden sind.

Der spezialisierte Digitalrechner für die statistische Infoi mationsverarbeitung enthält Aufnahmeregister 22, 23, 24, wobei der Mehrkanaleingang 25 des Aufnahmeregisters 22 mit dem Mehrkanalausgang der Einheit 16, der Mehrkanaleingang 26 des Aufnahmeregisters 23 mit dem Mehrkanalausgang der Einheit 17, der Mehrkanal- )o eingang 27 des Aufnahmeregisters 24 mit dem Mehrkanaleingang 25 der Einheit 22 verbunden sind, und eine Schieberegistereinheit 28, deren Mehrkanaleingang 29 mit dem Mehrkanalausgang der Einheit 23 und dem Mehrkanalausgang der Einheit 24 verbunden ist, während der Mehrkanalausgang mit dem Mehrkanaleingang 29 der gleichen Einheit 28 und dem Mehrkanaleingang 27 der Einheit 24 in Verbindung steht. Der Mehrkanalausgang der Einheit 24 ist auch mit dem Mehrkanaleingang 30 der Wahrscheinlichkeitsabrun- -to dungseinheit 7 verbunden.

Ferner enthält der Rechner einen Addierer 31, dessen Mehrkanalausgang an die Ausgangsschienen 32 gelegt und mit dem Mehrkanaleingang 25 der Einheit 22 verbunden ist, ein Eintaktmultiplikationsmodul 33, dessen Eingang 34 mit dem Ausgang der Einheit 6 und dem Ausgang des gleichen Moduls 33 verbunden ist. während sein Eingang 35 mit dem Ausgang der Einheit 7 und dem Ausgang des Moduls 33 in Verbindung steht, einen Informationsspeicher 36, dessen Eingang 37 mit dem Ausgang des Moduls 33 und der Mehrkanaleingang 38 mit den Mehrkanaleingängen 20, 21 jeweils der Einheiten 16, 17 verbunden sind, sowie einen Festspeicher 39. bei dem der eine Mehrkanaleingang 40 mit dem .Mehrkanalausgang der Einheit 2.der andere Mehrkanal- ϊί eingang 41 mit dem Mehrkanaiausgang des Speichers 36 und den Ausgangsschienen 4Z der Mehrkanalausgang mit dem Mehrkanaleingang 43 des Addierers 31 in Verbindung steht, während der Ausgang mit dem Eingang 44 des Generators 1. dem Eingang 45 der Einheit 2. dem Eingang 46 des Aufnahmeregisters 22, dem Eingang 47 des Addierers 31. dem Eingang 48 des Aufnahmeregisters 23. dem Eingang 49 der Einheit 28. dem Eingang 50 des Speichers 36. dem Eingang 51 des Aufnahmeregisters 24 verbunden ist, wobei der Mehrkanaiausgang der Einheit 2 an die Mehrkanaleingänge 14, 15 der Einheiten 4 und 5. den Mehrkanaleingang 52 der Einheit 6 und den Mehrkanaleingang 53 der Einheit 7 angelegt ist. Der andere Mehrkanaleingang 54 der Einheit 6 ist an den Mehrkanaiausgang des Aufnahmeregisters 22 angeschlossen.

Der Festspeicher 39 enthält eine Eingangseinheit 55 (F i g. 2), die einen Adressenregister, einen Adressenzähler und einen Adressendekodierer (das Adressenregister, der Adressenzähler und der Adressendekodierer sind nicht mitgezeichnet) umfaßt. Die Eingangseinheit 55 ist nach einem bekannten Schema ausgeführt.

Der Festspeicher 39 enthält auch eine Konstanteneinheit 56, deren Mehrkanaleingang 57, ... 57» mit dem Mehrkanalausgang der Eingangseinheit 55 verbunden ist, ein Ausgangsregister 58, dessen Mehrkanaleingang 59 mit dem Mehrkanalausgang der Einheit verbunden ist, ODER-Schaltungen 6Oi ... 60» für Inversionskode, ODER-Schaltungen 61, ... 61» für Direktkode, wobei die Eingänge 621 ... 62» und 63, ... 63» jeweils der Schaltungen 60. ... 60_ und 61 ■ ... 61 -. mit den Ausgängen 64ι... 64» und 65|... 65» des Ausgangsregisters 58 verbunden sind.

Der Festspeicher enthält auch Tore 66| ... 66» für Inversionskode, Tore 67| ... 67» für Direktkode, einen Dekodierer 68 für Mirobefehle.

Die Ausgänge der Tore 66i... 66» und 67,... 67» sind vereinigt und jeweils an die Eingänge 69i ... 69» des Mehrkanaleinganges 69 des Dekodierers 68, den Mehrk-tnaleingang 70 der Eingangseinheit 55, der mit dem Mehrkanaleingang 41 des Festspeichers 39 in Verbindung steht, angeschlossen.

Der Mehrkanalausgang des Dekodierers 68 gilt als Mehrkanalausgang des Festspeichers 39.

Der Festspeicher enthält außerdem einen Dekodierer 71 des Informationsmerkmals, dessen Mehrkanaleingang 72 mit dem Mehrkanalausgang des Ausgangsregisters 58 verbunden ist. während sein Mehrkanalausgang an den anderen Mehrkanaleingang 73 des Dekodierers angelegt ist, und Tore 74i ... 74» für Adressenkode, bei welchen die einen Eingänge 75i ... 75» mit den Eingängen 57| ... 57» des Mehrkanaleingangs 57 der Einheit 56 verbunden sind, während die anderen Eingänge 76|... 76» vereinigt und mit dem Mehrkanaleingang 40 des Festspeichers 39, an den auch die vereinigten Eingänge 77| ... 77» und 78|... 78» jeweils der Tore 66| ... 66» und 67| ... 67» angelegt sind, in Verbindung stehen. Die anderen Eingänge 79i, 8Oi und 79», 80» jeweils der Tore 66|, 67| und 66», 67» sind mit den Ausgängen der Schaltungen 60i. 611, 60», 6I₁, verbunden.

Die Eingänge 811. 821 und die Eingänge 81», 82» der ODER-Schaltungen 60,, 61, bzw. der ODER-Sd. jltungen 60», 61» sind vereinigt und an die Ausgänge der Tore 74i... 74» für Adressenkode angelegt.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen spezialisierten Digitalrechners für die statistische Informationsverarbeitunggemäß Fi g. 1 besteht im folgenden.

Es sollen zum Beispiel hydrometeorologische Daten, die an Temperaturgebern bzw. Meerwassersalzgehaltsgebern abgenommen werden, verarbeitet werden, d. h. es sollen folgende statistische Kenndaten berechnet werden:

— mathematische Erwartung/n,;

— Autokorrelationsfunktion /?„{1);

— Leistungsspektrumsdichte 5, (p):

— Entropie H(x).

Hierbei werden die zufälligen Prozesse, die die Temperatur bzw. den Salzgehalt des Wassers kenn-

/dehnen, den Gebern in Form von Spannen /V zufälliger Zahlcnimpulsfolgen im Binär-Dezimalkode entnommen und in den spezialisierten Digitalrechner eingegeben.

Vor dem Arbeitsbeginn werden sämtliche Einheiten und Baugruppen des Rechners in den Nullzustand gebracht. In der Einheit 2 wird in Abhängigkeit von der erforderlichen Rechengenauigkeit der statistischen Kenndaten die Länge der zu verarbeitenden Spanne von Zufallzahlen eingestellt.

Hierbei sind in dem Festspeicher 39 die Funktionen

i, log₂ — , Somit werden im Ergebnis der oben angefühlten Operationen die Werte der mathematischen Erwartung /π, und die Werte

N - 1

■V, · -V . ι

cos — 1 p; - P₁

κ «n

»Korrelationsfenster«-Funktionen und die Mikrobefehle gespeichert.

Zur Berechnung der statistischen Kenndaten jedes beliebigen von zwei zufälligen Prozessen wird die Zut'aiisimpuistoige, die durch die Zuiaiisiuiikiiuiicu Y(i) bzw. X (t)beschrieben und beispielsweise im binär-dezimalen r-stelligen Kode dargestellt wird, über die Informationsschienen 10 bzw. 11 auf den Mehrkanaleingang 8 und 9 der Einheiten 4 bis 5 gegeben.

Nehmen wir an, daß die r-stelligen binär-dezimalen Zahlen von den Informationsschienen 11 in die q-stellige Einheit 5 eingegeben werden. Gleichzeitig wird vom Ausgang des Generators 1 über die Einheit 2 auf den Eingang 15 der Einheit 5 eine Folge unabhängiger gleichmäßig verteilter Pseudozufallszahlen gegeben.

Die Folge der in der Einheit 5 eingetroffenen r-stemgen Zahlen werden in dieser stochastisch bis auf r-q+ 1 Stellen abgerundet und über die Einheit 17 und den Aufnahmeregister 23 auf den Mehrkanaleingang 29 der Einheit 28 gegeben. Somit werden in die Einheit 28 »b« erste Zahlen des Informationsfeldes N während »c« Arbeitstakten des spezialisierten Digitalrechners eingeschrieben.

Bei der Berechnung der Werte der mathemtaischen Erwartung M, und der Autokorrelationsfunktion /?„ (1) wird die erste Zahl des Informationsfeldes N von dem Mehrkanalausgang der Einheit 28 in das Aufnahmeregister 22 eingeschrieben.

Von dem Mehrkanalausgang des Aufnahmeregisters 22 gelangt die Information zum Mehrkanaleingang 54 der Einheit 6, auf deren Mehrkanaleingang 52 vom Ausgang des Generators 1 über die Einheit 2 eine Folge unabhängiger gleichmäßig verteilter Pseudozufallzahlen gegeben werden. Im ersten Arbeitstakt wird vom Ausgang der Einheit 6 die Information in den Informationsspeicher eingespeichert. Dann findet eine synchrone Verschiebung der sich in der Einheit 28 und in dem Informationsspeicher 36 befindlichen Information statt. Danach wird der zweite Zahlenwert von dem Mehrkanalausgang der Einheit 28 in das Aufnahmeregister 24 eingegeben. Dann wird der erste Zahlenwert von dem Aufnahmeregister 22 auf den Mehrkanaleingang 54 der Einheit 6 und der zweite Zahlenwert von dem Aufnahmeregister 24 auf den Mehrkanaleingang 30 der Einheit 7 gegeben. Die Werte der jeweils in die. Einheiten 6 und 7 eingegebenen ersten und zweiten Zahl werden auf r" Binärstellen abgerundet und gelangen zu den Eingängen 34 und 35 des Moduls 33, wo eine Wahrscheinlichkeitsmultiplikation derselben erfolgt und das Ergebnis wird in den Informationsspeicher 36 eingespeichert. Dies geschieht »C« mal und die erhaltenen Werte werden im Informationsspeicher 36 gespeichert. Dieser Rechenzyklus wiederholt sich in Abhängigkeit von der geforderten Genauigkeit und der vorgegebenen Zahlenspanne.

der Auiokorrclationsfunktion /?,_v(l)berechnei.

Bei der Quadrierung des Wertes der mathematischen

ι» Erwartung ni, wird die im Speicher 36 befindliche Information auf die Mehrkanaleingänge 8 und 9 der F.inheiten 4 und 5 gegeben. Von den Mehrkanalausgängen der Einheiten 4, 5 gelangt die Information zu den Toreinheiten 16 und 17. Weiter wird die Information auf die Eingänge 34 und 35 des Eintaktmultiplikationsmoduls 33 über die Mehrkanaleingänge 25 und 26 der Aufnahmeregister 22 und 23 und über die Mehrkanaleingänge 54 und 30 der Einheiten 6 und 7 gegeben. Vom Ausgang des Moduls 33 wird das Ergebnis in den

:o Informationsspeicher 36 eingespeichert. Dieser Prozeß wird mehrfach wiederholt und die Anzahl der Wiederholungen wird durch die erforderliche Rechengenauigkeit bestimmt.
Für die Berechnung des Quadratwertes der mathema-

:5 tischen Erwartung πι², aus dem Ausdruck

1 ^

jo wird die Information in Form eines dem Wert m², proportionalen Binärkodes vom Ausgang der Einheit 4 über die Einheit 16, das Aufnahmeregister 22, die Einheit 6, das Modul 33 auf den Eingang 37 des Informationsspeichers 36 gegeben. Im Speicher 36 wird die r> Information in Form eines Binärkodes aus den »b« Werten der Ordinaten der Autokorrelationsfunktion Rxx (1). die in dem gleichen Speicher 36 gespeichert sind, subtrahiert. Dann werden die Werte m², erneut über die Einheit 4, die Einheit 16. den Aufnahmeregister 22 und die Einheit 6 in den Speicher 36 eingeschrieben und der Vorgang wird so viele Male wiederholt, wie dies die Rechengenauigkeit der betreffenden Werte der Autokorrelationsfunktion /?.,(!) erfordert.

Somit werden in den Speicher 36 nach den erwähnten Umformungen die Werte der Autokorrelationsfunktion R_x, (1) eingeschrieben.

Weiter wird auf einen Steuerbefehl der Betriebsartensynchronisiereinheit 2 der am Mehrkanaleingang 40 des Festspeichers 39 eintrifft, von dem Mehrkanalausgang derselben auf den Mehrkanaleingang 43 des Addierers der Wert der Funktion B\ »Korrelationsfenster« gegeben. Diese Information wird von dem Ausgang des Addierers 31 über den Aufnahmeregister 22, die Einheit 6 auf den Eingang 34 des Eintakt-Multiplikationsmoduls 33 gegeben. Hierbei wird der in dem Informationsspeicher 36 befindliche Wert der Autokorrelationsfunktion Rxx (1) über die Einheit 5, die Toreinheit 17, den Aufnahmeregister 23, die Schieberegistereinheit 28, den Aufnahmeregister 24 und die Einheit 7 auf den Eingang 35 des Eintaktmultiplikationsmoduls gegeben. In dem Modul 33 findet eine Multiplikation der Autokorrelation /?,, (1) und der Funktion B\ »Korrelationsfenster« statt. Das Ergebnis der Multiplikation wird in den Informationsspeicher eingeschrieben. Auf diese Art wird »b« mal mit alien Werten der Autokorrelationsfunktion R_x, (1) verfahren und das Einschreiben der Werte von R_xx (1) in den Speicher 36 nimmt »C« Arbeitstakte des spezialisierten

Digitalrechners in Anspruch. Hierbei werden alle errechneten und eingeschriebenen Ergebnisse in diesem Speicher 36 gespeichert.

Zur Berechnung der Leistungsspektrumdichte S, (p) wird der Wert

^C0S

aus dem Festspeicher 39 über den Addierer 31, das Aufnahmeregister 22 und d'e Einheit 6 auf den Eingang 34 des Moduls 33 gegeben. Der Wert der Autokorrelationsfunklion /?„ (I) gelangt vom Speicher 36 zum Eingang 35 des Moduls auf gleiche Art wie oben angegeben. In dem Modul 33 werden die Werte von η

cos — · I · ρ

und der Autokorrelaiionsfunktion /?,, (I) multipliziert und das Ergebnis wird vom Ausgang des Moduls 33 in den Informatiosspeicher eingeschrieben. Hierbei wird j die Rechengenauigkeit durch die Vielfachheit der Wiederholung der Multiplikation der Ordinate der Autokorrelationsfunktion /?_%> (1) mit dem Wert von

bestimmt. Dann erhält man auf ähnliche Weise die folgenden Werte von

η .

cos — · 1 · ρ k

und der Vorgang wiederholt sich unter Multiplikation mit dem Wert der zweiten Ordinate der Autokorrelationsfunktion /?», (I) und so weiter. So wird »b« mal verfahren und der gesamte Rechenzyklus der Spektrumdichte 5, (Pj läuft in 2c² Arbeitstakte ab.

Zur Berechnung des Wertes der unbedingten Entropie H(x)bzv/. Hy) von Zufallsprozessen schaltet die Betriebssynchronisiereinheit 2 den Generator 1 für Zufailzahlen von den Einheiten 4, 5, 6 ab und liefert Steuersignale, wobei ein Signal auf den Eingang 13 des Quantisierungsschriuzählers 12 gegeben wird, während zwei andere Signale, die jeweils auf die Eingänge 18 und 19 der Einheiten 16 und 17 gegeben werden, das Ansprechen dieser Einheiten 16 und 17 verbieten. Bei der Berechnung des Wertes der Entropie H(x). H(y) wird die Wahrscheinlichkeit jedes beliebigen /-Zustandes der Realisierung X_x des Zufallprozesses als Häufigkeit, mit der die Werte dieser Ergebnisse in die entsprechenden Amplitudenintervalle im Feld /Vgeraten, bewertet.

Die Zufallsimpulsfolge, die durch die Zufallsfunktionen X(t)\yv*i. K^beschrieben wird, gelangt jeweils auf den Mehrkanaleingang 8 bzw. 9 der Einheiten 4 bzw. 5, an deren Mehrkanaleingängen 14 bzw. 15 Signale von den Mchrkanalausgängcn dcsQuantisierungsschrittzählers 12 eintreffen. Mit Hilfe der Einheiten 4 und 5 und des Zählers 12 wird die Nummer des Amplitudenintervalls der Realisierung .V» dessen Wen im Binärkode dargestellt ist. bestimmt. Von dem Mehrkanalausgang der Einheit 4 b/w. 5 gelungen diese Werte des Amplitudcnintervalls der Realisierung X, über den Mehrkanaleingang 38 zum Informationsspeicher 36, wo die Zahl der Realisierungen A",.die in das entsprechende Ampliludcninlervall geraten sind, gespeichert werden. Bei der Auswahl des Informalionsfckles mil dem Gehalt N~ 2^l, wobei k= I, 2 ... Weine ganze Zaf>* ist. wird die

Division— bei der Ermittlung der Wahrscheinlichkeit P, mit der die Werte der Zufallsimpulsfolgc in das Amplitudenintervall geraten, durch eine Kommaübertragung in dim Wert jeder Realisierung X, ersetzt, d. h. es findet eine Verschiebung der Information im Speicher 36 statt. Dann werden nach den ermittelten Wahrscheinlichkeiten P„ deren Werte im Speicher 36 gespeichert sind und als Adressen des Festspeichers 39 gelten, Adressensignale im Speicher 36 formiert. Diese Adressensignale werden von dem Mehrkanalausgang des Speichers 36 auf den Mehrkanaleingang 41 des Festspeichers 39 gegeben. Von dem Mehrkanalausgang des Festspeichers 39 wird entsprechend dem Ausdruck (6) die (lein Wert Λ log? P₁ proportionale Information auf den Mehrkanaleingang 43 des Addierers 31 als erster Operand gegeben. Weiter werden auf ein Steuersignal von der Einheit 2, das an dem Mehrkanaleingang 40 des Festspeichers 39 eintrifft, von diesem über seinen Mehrkanalausgang die Werte des Korrekturkoeffizienten a„ ausgegeben. Diese Werte a„ gelangen über den Mehrkanaleingang 43 zum Addierer 31 als zweiter Operand. In dem Addierer findet eine Addierung der Werte P₁ log; P, mit dem Korrekturkoeffizienten a„ statt und das Addierungsergebnis, das den Wert der unbedingten Entropie H (x) darstellt, gelangt über den . Mehrkanalausgang des Addierers 31 auf die Ausgangsschienen 32 und weiter auf die peripheren Geräte. Auf die peripheren Geräte gelangen auch die anderen mathematischen Kenndaten — die mathematische Erwartung m„ die Autokorrelationsfunktion /?_>v (1) und ι die Leistungsspektraldichte S₁ (p), die in dem Speicher 36 gespeichert sind.

Somit wird durch Berechnung der oben angeführten statistischen Kenndaten mit Hilfe des spezialisierten Digitalrechners eine Verarbeitung der betreffenden » durch Zufallsprozesse dargestellten Information durchgeführt. Die Kenntnis der statistischen Kenndaten gestattet es, sichere sowohl kurzzeitige als auch langfristige hydrometeorologische Prognosen zu machen.

Die Funktion des in Fig.2 dargestellten Festspeichers 39 besteht in folgendem.

Der Funktion des Festspeichers 39 liegt das Superpositionsprinzip zugrunde. Nach der Anfangseinstellung des Adressenregisters, des Zählers und des . Adressendekondierers (nicht abgebildet) der Eingangseinheit 55 und des Ausgangsregisters 58 wird von dem Informationsspeicher 36 über den Mehrkanaleingang 41 des Festspeicher 39 auf den Mehrkanaleingang 70 der Eingangseinheit 55 der Adressenkode gegeben. Von " dem Mehrkanalausgang der Eingangseinheit 55 wird der Adressenkode auf den Mehrkanaleingang 57 der Konstanteneinheit 56 und die Eingänge 75, ... 75„ der Adressenkodetore 74i ... 74„ gegeben. Der in der Konstanteneinheit 56 eingetroffene Adressenkode wird '· dekodiert und die Information aus der Konstanteneinheit 56, die der betreffenden Adresse entspricht, gelangt zu den Eingängen 62,. ... 62„; 63i ... 63„ der ODER-Schaltungen 60, ... 60„; 61, ... 6I„ jeweils finden Direktkode und den Inversionskode. Von der ··■ Belricbsarlcnsynchronisicrcinheil 2 (Fig. 1) wird über den Mchrkanaleingang 40 des Festspeichers 39 auf die Eingänge 76, ... 76» (F i g. 2) der Adressenkodetore 74, ...74„ ein Steuersignal i> (t)gegcbcn.

Hierbei wird auf die Eingänge 77i ... 77 „ der

. Iiiversionskodctore6&i ...6&„ einSignal /if/yundaufuie Eingänge 78_T ... 78» der Direklkodetorc 67, ... 67„ — ein Steuersignal Λ (t) gegeben. Wird über >' die adresscnkodeabhängige Variable und über ij? — die in

der Konstanteneinheit 56 des Festspeichers 39 gespeichten Variable bezeichnet, so erhält man je nach der Kombination der Signale [Zi, h, Λ]'. die von dem Mehrkanalausgang der Betriebsartensynchronioiereinheit 2 (F i g. 1) auf die entsprechenden Tore 74i ... 74», 66, ... 66», 67i ... 67., (F i g. 2) gegeben werden, an den Mehrkanaleingängen 69i... 69* des Dekodierers 68 und 70 der Eingangseinheit 55 die veränderliche Information Ω (t). deren Kode durch Operationen mit den Variablen Kund ψ bestimmt wird.

Hierbei sind für die Signale [f_u Z₂, /3]' folgende Begrenzungen eingeführt:

[Λ · 4Λ, VI · /2 · /^ = O
Die Information von den höchsten Stellen des

Ausgangsregisters 58 gelangt über den Mehrkanaleingang 72 zum Merkmaldekodierer 71 und weiter über den Mehrkanaleingang 73 zum Dekodierer 68, von dessen Mehrkanalausgang die Information zu den entsprechenden Einheiten des spezialisierten Digitalrechners für die statistische Informationsverarbeitung gelangt.

Die Adressenkodetore 74, ... 74», die ODER-Schaltungen 611 ... 61», die Tore 661 ... 66», 67| ... 67» gestatten die Ausführung von logischen Operationen mit den Variablen Y und φ, was zur Vergrößerung der Informationskapazität der Konstanteneinheit 56 bei gleichbleibendem physikalischem Volumen derselben führt, d. h. es wird damit eine Informationsverdichtung realisiert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Spezialisierter Digitalrechner für die statistische Informationsverarbeitung (F i g. 1), der einen Generator für Zufallszahlen (11), welcher zur Gewinnung einer zufälligen gleichmäßig verteilten Folge von pseudozufälligen Zahlen bestimmt «st, vier Wahrscheinlichkeitsabrundungseinheiten (4, 5, 6, 7), die zur linearen Umsetzung des Kodes in seine Wahrscheinlichkeit und zur Wahrscheinlichkeitsabrundung der Zahlen bestimmt sind und elektrisch mit dem Generator für Zufallszahlen gekoppelt sind, wobei die Mehrkanaleingänge (8,9) der ersten zwei Wahrscheinlichkeitsabrundungseinheiten mit entsprechenden Eingabeinformationsschienen (10, 11) verbunden sind, eine Schieberegistereinheit (28), drei Aufnahmeregister (22,23,24), wobei die Mehrkanaleingänge {25,26) der ersten zwei Aufnahmeregister (22,23) elektrisch mit den Mehrkanalausgängen der entsprechenden Wahrscheinlichkeitsabrundungseinheiten (4,5) verbunden sind, während der Mehrkanaleingang (27) des nächsten Aufnahmeregisters (24) mit dem Mehrkanaleingang (25) des ersten Aufnahmeregisters (22), welches an die dritte Wahrscheinlichkeitsabrundur.gseinheit (6) angeschlossen ist, verbunden ist und an den Mehrkanalausgang der Schieberegistereinheit (28), die mit ihrem Mehrkanaleingang (29), mit den Mehrkanalausgängen der letzten zwe^; Aufnahmeregister (23,24) und mit dem Mehrkanaleingang (30) der letzten Wahrscheinlichkeitsabrundungseinheit (7) in Verbindung steht, angeschlossen ist, einen Informationsspeicher (36) für die Speicherung und Grujvenverschiebung der Information, ein Eintakt-Multiplikationsmodul (33) für die Wahrscheinlichkeitsmultiplikation von Zahlen, dessen Eingänge (34, 35) jeweils mit den Ausgängen der letzten zwei Wahrscheinlichkeitsabrundungseinheiten (6,7) verbunden sind, und dessen Ausgang auch mit dem Eingang des Informations-Speichers in Verbindung steht, wobei der Mehrkanalausgang des Informationsspeichers (36) mit den Mehrkanaleingängen (8, 9) der ersten zwei Wahrscheinlichkeitsabrundungseinheiten (4, 5) und mit entsprechenden ersten Ausgangsschienen (42) verbunden ist, enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein Quantisierungsschrittzähler (12) zur Ermittlung des Amplitudenintervalls der Information, dessen Mehrkanalausgänge an die Mehrkanaleingänge (14, 15, 52, 53) der Wahrscheinlichkeitsabrundungseinheiten (4, 5, 6, 7) angelegt sind, einen Festspeicher (39) für die Speicherung von harmonischen Funktionen, »Korrelationsfensterw-Funktionen, Funktionen der Art

-P- \0g1P

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und für die Speicherung von Mikrobefehlen, bei dem ein Mehrkanaleingang (41) mit dem Mehrkanalausgang des Informationsspeicher (36), dessen Mehrkanaleingang (38) mit den Mehrkanalausgängen der (>o ersten beiden Wahrscheinlichkeitsabrundungseinheiten (4, 5) in Verbindung steht, verbunden ist, wobei die elektrische Kopplung der Aufnahmeregister (22, 23) mit den Wahrscheinlichkeitsabrundungseinheiten (4, 5) über Toreinheiten (16, 17) und b5 die elektrische Kopplung des Generators (1) für Zufallszahlen mit den Wahrscheinlichkeitsabrundungseinheiten (4, 5, 6, 7) über die BetricJsartensynchronisiereinheit (2) realisiert ist, wobei der eine Mehrkanalausgang der erwähnten Betriebsartensynchronisiereinheit mit den Mehrkanaleingängen (14,15,52,53) der Wahrschemlichkeitsabrundungseinheiten (4,5, 6, 7), der andere Mehrkanalausgang mit dem Mehrkanaleingang (40) des Festspeichers (39), ein Ausgang mit dem Einging (13) des Quantisierungsschrittzählers (12) und die iiächstfolgenden Ausgänge mit den Eingängen (18, 19) der Toreinheiten (16, 17) verbunden sind, und ein Addierer (31), dessen Mehrkanaleingang (43) mit dem Mehrkanalausgang des Festspeichers (39), in Verbindung steht, während der Mehrkanalausgang des Addierers an den Mehrkanaleingang (25) des Aufnahmeregisters (22) angelegt und mit zweiten Ausgangsschienen (32) verbunden ist, und wobei die Ausgänge des Festspeichers (39) mit dem Eingang (44) des Generators (1) für Zufallszahlen, den Eingängen (46,48,51) der Aufnahmeregister (22,23, 24), dem Eingang (45) der Betriebsartensynchronisiereinheit (2), dem Eingang (50) des Informationsspeichers (36), dem Eingang (49) der Schieberegistereinheit (28) und dem Eingang (47) des Addierers (31) in Verbindung stehen, enthalten sind.

2. Spezialisierter Digitalrechner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Festspeicher (39) enthält: eine Empfangseinheit zur Aufnahme des Informationsadressenkodes sowie zur Dekodierung und Verschiebung desselben, eine Konstanteneinheit zur Speicherung der konstanten Information, deren Mehrkanaleingang mit dem Mehrkanalausgang der Eingangseinheit, deren Mehrkanaleingang als Eingang des Festspeichers dient, verbunden ist, ein Ausgangsregister zur Aufnahme der Information, dessen Mehrkanaleingang an den Mehrkanalausgang der Konstanteneinheit angeschlossen ist, einen Dekodierer für Mikrobefehle, dessen Mehrkanaleingang elektrisch mit dem Ausgrig des Ausgangsregisters gekoppelt ist, Adressenkodetore (74j ... 74»·), einen Dekodierer (71) für Informationsmerkmale, dessen Mehrkanaleingang (72) mit dem Mehrkanalausgang des Ausgangsregisters (58) und dessen Mehrkanalausgang mit dem Mehrkanaleingang des Dekodierers (68) für Mikrobefehle verbunden ist, während die elektrische Kopplung des Ausgangsregisters (58) mit dem Dekodierer (68) über die ODER-Schaltungen (6Oi ... 60» und 61, ... 61 _w) für Inversions-und Direktkode und die Tore (661 ...66«,; 67i... 67») für Inversions- und Direktkode realisiert ist, wobei die einen Eingänge (62|... 62»; 63i... 63».) der ODER-Schaltungen (60, ... 60„; 611 ... 61»,) für Inversions- und Direktkode mit den entsprechenden Ausgängen (64|... 64»; 65i... 65») des Ausgangsregisters (58) verbunden sind, während ihre Ausgänge mit den Eingängen (79,... 79„; 80, ... 80*) der Tore (661 ... 66».; 67i ... 67»·) für Inversions- und Direktkode verbunden sind, wobei die Ausgänge der entsprechenden Tore für Direktkode (67| ... 67») und Inversionskode (661 ... 66».) vereinigt und mit den Mehrkanaleingängen (69, 7Ö) des Dekodierers (68) für Mikrobefehle und der Eingangseinheit (55) in Verbindung stehen, während die einen Eingänge (75i ... 75») der Adressenkodetore (74| ... 74»-) mit dem Mehrkanaleingang (57) der Konstanteneinheit (56). die Ausgänge derselben mit den Eingängen (811 ... 81 „; 82, ... 82») der entsprechenden ODER-Schaltungen (6O1 ... 60»; 61, ... 61») für Inversions- und Direktkode und die anderen Eingänge (76i ... 76„)

vereinigt und mit dem entsprechenden Eingang des Mehrkanaleingangs (40) des Festspeichers (39) verbunden sind, wobei die anderen Eingänge des Festspeichers (39) an die vereinigten Eingänge (771 ... 77».; 78i... 78»,) der entsprechenden Tore (661... 66».; 67i ... 67»-) für Inversions- und Direktkode angeschlossen sind.