книги из ГПНТБ / Аналоговые запоминающие и адаптивные элементы
..pdf
Незабвенной |
памяти |
|
|
Бориса |
Степановича |
Сотскова |
|
посвящают |
авторы |
|
|
эту книгу |
|
|
|
• a Q a P f r D D E f l D D D DD
^•••••Нссжюп
• • • • • • п р о
••••••Шшшпппп
Аналоговые
запоминающие и адаптивные элементы
Под редакцией |
Б. С. Сотскова |
•
•••••••••••••• • • • • • • п о о п п
•
« Э Н Е Р Г И Я »
МОСКВА 1973
1
6Ф7
А64
У Д К 681.337:621.377.4
Авторы: М. А. Боярченков, Б. Л. Мазо, В. К. Раев, А. П. Шорыгин.
Аналоговые запоминающие и адаптивные элемен- А 64 ты. Под ред. Б. С. Сотскова. М., «Энергия», 1973.
260 с. с ил.
На обороте тит. л. авт.: М. А. Боярченков, Б. Л . Мазо,
В. К- Раев, А. П. Шорыгин.
Вкниге рассмотрены вопросы построения и применения аналого вых запоминающих и адаптивных элементов (АЗЭ и АЭ) . Вводятся
понятия АЗЭ и АЭ, рассматривается |
общее и различное в построении |
||||
и функционировании этих |
элементов |
и дается |
определение точности |
||
работы |
АЗЭ и АЭ. Проведен обзор |
существующих физических |
прин |
||
ципов, построения элементов. |
|
|
|
||
' . Основное-внимание уделено магнитным и электрохимическим |
эле |
||||
ментам |
ввиду их широкого |
распространения. В |
книге впервые систе |
||
матически изложен материал по АЗЭ и АЭ, построенных на базе тон ких магнитных пленок. В работе рассматриваются некоторые вопросы системного применения АЭ, являющихся функционально новым клас сом элементов.
Книга предназначена для научных работников и аспирантов и может быть полезна студентам старших курсов по специальностям «Автоматика и телемеханика» и «Вычислительная техника».
3313-616 |
173-73 |
6Ф7 |
|
051(01)73 |
|||
|
|
© Издательство «Энергия», 1973 г.
Развитие техники автоматического управления характеризуется в по следнее время все более широким
применением методов адаптивной переработки информации. Адаптивные системы обладают уникальными свойствами, в пер вую очередь при решении задач, сводящихся к корреляции боль шого числа" входных переменных. Эти переменные представ ляют собой признаки некоторого «образа», а сама система — классификатор образов. Примерами подобных задач являются задачи распознавания речи, интерпретации осциллограмм или фотографий, прогнозирования погоды, задачи технической и медицинской диагностики.
Некоторые задачи управления могут быть также решены адаптивными методами, более эффективными, чем обычные классические методы. Возможность управления объектами в условиях неполной априорной информации основана на при менении в автоматических системах методов адаптации и обу чения, уменьшающих первоначальную неопределенность по средством использования информации, получаемой в процессе управления.
Адаптивные сети обычно требуют для своей реализации большого числа элементов с управляемым (адаптируемым) коэффициентом передачи. Существенным свойством таких эле ментов является способность запоминать и сохранять в течение требуемого времени приобретенное в процессе автоматической настройки значение коэффициента передачи при отсутствии сигнала адаптации.
В арсенале существующих технических средств элемент, необходимый для экономичной, надежной реализации таких систем, отсутствовал. Образовался определенный разрыв между теоретическими исследованиями и применениями адаптивных систем на практике. Усилия разработчиков технических средств постоянно были направлены на ликвидацию этого разрыва, и они привели в последнее время к его заметному сокращению. Была создана гамма элементов аналоговой памяти с широким спектром различных характеристик, позволяющих создать адап тивные элементы и системы.
5
Применение аналоговой памяти в адаптивных системах по сравнению с другими типами элементов дает такие преимуще ства, как высокое быстродействие, надежность, простота функ ционального построения, и исключает необходимость сложных преобразований из аналоговой в цифровую форму сигнала и обратно.
Хотя адаптивные системы и явились мощным стимулом раз вития аналоговых запоминающих элементов, эти элементы на ходят и свое вполне самостоятельное применение.
Запоминание непрерывной информации необходимо в ана логовой вычислительной технике, в информационных системах, в задачах стабилизации параметров в системах управления и связи, при моделировании сложных динамических систем, при создании временных задержек аналоговых сигналов, в иссле дованиях быстропротекающих процессов и в целом ряде других областей.
Вразвитии аналоговых запоминающих и адаптивных эле
ментов в настоящее время можно выделить несколько основ ных направлений.
1. Создание высокоточных АЗЭ в основном для аналоговой вычислительной техники и некоторых задач автоматического управления. В настоящее время необходимы АЗЭ с погреш ностью, не превышающей 0,1% и менее. Практически построены приборы с минимальной погрешностью 0,1% при времени записи 1 мсек.
2. Создание |
быстродействующих АЗЭ с временем записи |
|||
1—2 мксек и |
|
менее |
и |
погрешностью работы не выше 1—2%. |
Потребность |
в |
АЗЭ |
с |
такими характеристиками ощущается |
прежде всего |
при записи быстродействующих процессов. |
|||
3. Создание дешевых АЗЭ и АЭ, которые допускают матрич ную выборку при записи, для работы в больших информацион ных и адаптивных системах. Как правило, точность работы эле
ментов в таких системах может быть не очень высока |
(всего |
|
несколько процентов), однако число компонентов в |
рамках |
|
одной |
системы могут достигать десятков и сотен тысяч, |
в связи |
с чем |
на первый план выдвигаются экономические показатели. |
|
6
В основу построения элемента аналоговой памяти и адап тивного элемента могут быть положены различные физические явления. Известны, например, электромеханические, электрохи мические, криотронные, гальваномагнитные, ферромагнитные и другие типы элементов. Однако наилучшим образом перечис ленным выше требованиям удовлетворяют магнитные и элек трохимические приборы. Важной особенностью этих типов аналоговой памяти является возможность микроминиатюриза ции элементов, которая служит залогом их дальнейшего успеш ного развития.
Работы по изучению аналоговых запоминающих и адаптив ных элементов успешно проводились как в СССР, так и в ряде
зарубежных |
стран (США, Япония, Ф Р Г , Польша, Франция). |
В СССР это направление развивали Б. В . Болотов, В . А. Го |
|
стев, В . П. |
Зинкевич, О. Г. Касаткин, Ф. И. Кербников, |
Н. С. Лидоренко, А. А. Липман, П. Л . Луковцев, Р. Ш. Нигма-
туллин, М. А. |
Розенблат, А. А. |
Ромащев, В . А. |
Семененко, |
В. М. Сидоров, |
Б. С. Сотсков, И. |
В . Стрижевский |
и др. |
Среди зарубежных ученых наибольший вклад в развитие этого направления внесли Бояджан, Крафтс, Макмиллан, Надь,
Уидроу, Ховард, |
Фридляндер |
(США), Дунайский, Наленч, Тор- |
|||
<1ич |
("Польша), |
Гейсельхардт, |
Каль, Хаас, |
Штейнбух |
( Ф Р Г ) , |
Рёслер ( Г Д Р ) , |
Ватанабе, Кикучи, Миура, Ошима, Оно, Отеру, |
||||
Кобаяси, Сакао, |
Сакураи, Харада (Япония), |
Ипполито |
(Фран |
||
ция) |
и другие. |
|
|
|
|
К настоящему времени возникла необходимость системати ческого обобщения большого и разнородного материала, ка сающегося основных принципов построения и применения АЗЭ и АЭ. Данная книга является одной из первых попыток в этом направлении. Она построена с использованием как оригиналь ных результатов авторов, так и критического анализа и обоб щения лучших отечественных и зарубежных работ.
Следует отметить, что к рассматриваемому в настоящей кни ге направлению примыкают также работы по многоустойчивым элементам памяти (М. А. Раков, В . П. Сигорский), не нашед шим в ней отражения. Последние отличаются от элементов аналоговой памяти главным образом тем, что в них с функцио-
7
нальной точки зрения требуется четкое квантование по запоми наемым уровням, и тем, что при заданном режиме работы чис ло таких уровней строго определено (хотя и может быть очень велико).
Библиография, помещенная в конце книги, включает в себя наиболее полный список публикаций по рассматриваемым эле ментам и их применению за период с 1959 г. и по настоящее время.
Идея написания этой книги принадлежит Б. С. Сотскову, уделявшему огромное внимание вопросам развития новых тех нических средств в СССР . При отборе материала и оценке результатов научных исследований авторы постоянно консуль тировались с Б. С. Сотсковым. По прочтении отдельных глав рукописи им были сделаны ценные замечания, которые были учтены авторами.
Авторы
Введение |
а ) Аналоговые |
запоминающие |
эле- |
||
• • • • • • • • • • • • • • п п |
менты. |
При управлении |
технологи |
||
|
ческими |
процессами, при |
обработке |
||
|
и передаче данных часто возникает |
||||
в-1. Определение |
необходимость |
запоминать и |
дли- |
||
аналоговых |
тельное |
время |
сохранять |
отдельные |
|
запоминающих |
|||||
элементов |
значения непрерывно изменяющихся |
||||
(АЗЭ) |
электрических |
величин. |
Подобные |
||
и адаптивных |
задачи |
решаются посредством |
при- |
||
элементов ( n j ) |
|
|
|
|
|
* |
менения |
так |
называемых |
аналого |
|
вых запоминающих элементов (АЗЭ), функционирование кото рых в идеальном случае происходит следующим образом. На вход АЗЭ (рис. В-1) поступает аналоговая входная
переменная |
XBX(t), |
|
не |
воспринимаемая элементом |
до тех |
пор, |
|
пока в момент t = |
t0 |
не |
будет подан |
управляющий |
сигнал |
U, |
|
в результате |
чего |
в |
соответствии со |
значением XBX(to) |
происхо |
||
дит изменение физического состояния определенных схемных
компонентов, определяющих способность |
к запоминанию |
свойств памяти АЗЭ *. Процесс изменения |
физического состоя |
ния в соответствии со значением входного |
сигнала называется |
записью информации в АЗЭ. Возникшее новое состояние может быть определено (идентифицировано) посредством подачи спе
циального сигнала считывания или возбуждения |
V. |
При этом |
на выходе АЗЭ появляется сигнал, определяемый |
соотношением |
|
Xam=KXm(t0). |
|
(В-1) |
Таким образом, в идеальном случае функция |
АЗЭ |
сводится |
к запоминанию, хранению и воспроизведению величины, значе
ние которой |
пропорционально значению |
входной |
переменной, |
|||||||
принимаемому в |
заданный |
момент |
времени t = U. |
|
|
|||||
|
На практике |
запись |
не |
может |
быть |
произведена мгновенно |
||||
и |
занимает |
некоторый |
интервал |
времени |
|
где |
||||
Тзап — длительность |
записи. |
|
|
|
|
|||||
|
Так как входной сигнал за это время может меняться, то |
|||||||||
выходной сигнал |
Хвых |
|
определяется не некоторым |
фиксирован |
||||||
ным значением |
Хвх, |
а |
его |
поведением |
во время |
всей |
записи, |
|||
т. е. связь между Хъых |
|
и Хвх |
задается не функцией, |
как |
в ( В - 1 ) , |
|||||
а |
функционалом |
|
|
|
|
|
|
|
||
XBUX=F(XBX). |
|
|
|
|
|
|
|
|
(В-2) |
|
* Указанные компоненты часто называют носителями или накопителями информации (например, магнитные сердечники в магнитных А З Э ) .
9