DE1194188B - Elektrischer Zuordner mit Lerncharakter fuer Gruppen von analogen Signalen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

G06f

Deutsche Kl.: 43 a - 41/03

1194 188
St18653IX c/43 a
7. Dezember 1961
3. Juni 1965

Die Erfindung befaßt sich mit einer elektrischen Schaltungsanordnung mit Lerncharakter, die als elektrischer Zuordner für Gruppen von analogen Signalen dient. Die Gruppen von analogen Signalen werden nachfolgend auch als analoge Muster bzw. als Sätze von Eigenschaften bezeichnet.

Es ist ein anderer elektrischer Zuordner mit Lerncharakter bekanntgeworden, der besonders zur Verarbeitung von Gruppen von binären Signalen, d. h. von binären Mustern, geeignet ist (Kybernetik, 1, Heft 1, 1961, S. 36 bis 45). Sowohl die bekannte als auch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung werden auch »Lernmatrix« genannt.

Die bekannte Schaltungsanordnung besteht im wesentlichen aus einer Matrix mit m Zeilen und η Spalten. Auf sämtliche Spalten werden in einem ersten Schritt, der sogenannten Lernphase, m verschiedene Muster, dargestellt durch je η binäre Signale, gegeben. Diesen Mustern werden bei ihrer Eingabe bestimmte Bedeutungen durch Markierung der Zeilen zugeordnet. Die Muster können praktisch aus allen Vorgängen gewonnen werden, die sich durch elektrische Signale bzw. durch eine Signalfolge darstellen lassen. Bei der Eingabe jedes Musters wird eine der m Zeilen erregt, so daß die Verknüpfungselemente an den Kreuzungspunkten der betreffenden Zeile entsprechend dem m-ten Muster markiert werden, d. h. den »1«- bzw. »O«-Zustand entsprechend dem eingegebenen Muster annehmen. In einem zweiten Schritt, der sogenannten Kannphase, kann ein beliebiges der m verschiedenen Muster oder ein diesen ähnliches Muster auf die Spalten gegeben werden. An die Zeilen der Matrix ist eine Extremwertbestimmungsschaltung angeschlossen, die dazu dient, festzustellen, welche der Zeilen für ein eingegebenes Muster das größte Signal abgibt, d. h., welchem der in der Lernphase eingelernten Muster das in der Kannphase eingegebene Muster entspricht.

In vielen Fällen liegen die Muster jedoch in analoger bzw. in digitaler Form mit vielen untereinander verschiedenen Wertstufen vor. Die Amplituden der einzelnen Signale des Musters können also in diesem Falle beliebige Werte annehmen.

Aus der Zeichenerkennung ist es auch schon bekannt, fest verdrahtete Zuordner zu verwenden, die analoge Signale verarbeiten können. In den Kreuzungspunkten einer Matrix werden dabei elektrische Verbindungen mit den Einzelsignalen der Muster entsprechenden Leitwerten hergestellt, z. B. durch Einlöten von Festwiderständen. 5>^Ί

Ausgehend von diesem Stand der Technik, wird eine neue Schaltungsanordnung angegeben, mit der die Elektrischer Zuordner mit Lerncharakter für
Gruppen von analogen Signalen

Anmelder:

Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft,

Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Karl Steinbuch, Ettlingen (Bad.);

Dr.-Ing. Peter Müller, Karlsruhe

Leitwerte an den Kreuzungspunkten einer Matrix durch die angebotenen Muster selbst erst aufgebaut werden.

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung, die eine Vielzahl von Gruppen von Eingabeinformationen (Muster, Sätze von Eigenschaftsmerkmalen) den entsprechenden Bedeutungen zuordnet, bei der die Eingabe- und Ausgabeleitungen matrixartig angeordnet sind, jeder Zeile eine vorher bestimmbare Bedeutung beigegeben ist und bei der die Muster darstellenden Gruppen von elektrischen Signalen bei ein- oder mehrfacher Eingabe über die Spalten und gleichzeitiger Markierung einer Zeile eine elektrische Veränderung an den Kreuzungspunkten der Matrix dahingehend hervorrufen, daß eine bestimmte elektrische Kopplung zwischen Spalten- und Zeilenleitung entsteht, und bei der nach erfolgter Veränderung der Kreuzungspunkte (Lernphase) bei Eingabe eines Musters diejenige Zeile von einer Extremwertbestimmungsschaltung ausgewählt wird (Kannphase), deren Ausgangssignal als Summe der Übereinstimmungen von eingegebenen Einzelwerten des Musters und Kopplungsgrad am größten ist und damit die zugehörige Bedeutung angibt. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die Muster in der Lern- und Kannphase als Gruppen von analogen elektrischen Signalen eingegeben werden, die nur während der Lernphase gruppenweise auf eine für alle Gruppen gleiche Konstante normiert sind, und daß in der Lernphase die Verknüpfungselemente zeilenweise mit Hilfe von den Spalten zugeordneten Regelschaltungen so verändert werden, daß die einzelnen Verknüpfungselemente den entsprechenden Einzelwerten des Musters proportionale analoge Werte annehmen.

Zum Verständnis der Erfindung wird nun kurz die Theorie der erfindurigsgemäßen Anordnung im Zu-

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sammenhang mit den F i g. 1 bis 3 erörtert, wobei über unterschiedliche Muster {a}i und {a}ic angeboten und

die Art der Verknüpfungselemente an den Kreuzungs- durch entsprechende Einstellung der Leitwerte G

punkten der Matrix zunächst noch nichts ausgesagt der Zeilen i und k der Matrixschaltung gespeichert

wird. worden sind.

Die Lernmatrix für analoge Muster ist derart aus- 5 Die Muster {a}i und {a}k besitzen je η Amplituden

geführt, daß η Spalten, entsprechend der Zahl ν der Ot₁ ... ai_v ... m_n bzw. Ok₁ ... a^_v ... cikn·

Einzelmerkmale «<„ eines zu lernenden Musters {a}t, Man kann sich jedes Muster auch durch einen

und m Zeilen, somit m Bedeutungsleitungen, eine Vektor ü{ bzw. α* in einem n-dimensionalen Raum

matrixförmige Struktur (F i g. 2) bilden. In den vorstellen, wobei die Amplituden at_v bzw. a^v als die

Kreuzungspunkten der Spalten A₁ ... A_n und der io Komponenten dieser Vektoren aufgefaßt werden.

Zeilen B₁ ... B_m sind Zweipole, im folgenden als Nach dem Lernvorgang sind die Muster {a}i und {a}k

Verknüpfungselemente Gt_v bezeichnet, eingeschaltet, gespeichert und durch je η Leitwerte Gt bzw. Gk

die in der Lernphase dem angebotenen Muster ent- gegeben. Wie die zu lernenden Muster selbst kann man

sprechend eingestellt werden und deren definiertes sich auch diese gespeicherten Muster durch Vektoren

Verhalten in der Kannphase die Ermittlung der einem 15 %{ bzw. g^ dargestellt denken, mit den Leitwerten Gt

angebotenen Muster {a}j zugeordneten Zeile Bi er- bzw. Gn als deren Komponenten. Beide Vektoren

möglicht. F i g. 1 zeigt ein solches Muster {a}t bzw. {a}j. sind in der Fig. la gezeigt, wobei ein zweidimen-

Sämtliche Zeilen sind an einer Extremwertbestim- sionaler Raum, also Muster mit zwei Amplituden-

mungsschaltung angeschlossen. Die Aufgabe der werten und eine Lernmatrix mit zwei Spalten voraus-

Extremwertbestimmungsschaltung ist es, in der Kann- 20 gesetzt sind. Die Vektoren gj und g& besitzen gleiche

phase die Zeile maximaler Erregung anzuzeigen. Länge, d. h., ihre Endpunkte liegen auf einem Kreis,

Unter Muster {a}t bzw. {a}j wird hierbei eine im weil auch die Muster {a}t und {a}k bzw. die entallgemeinen endliche Folge von skalaren Größen sprechenden Vektoren α« und αχ durch die Nor-(Merkmalen) verstanden (Fig. 1). mierungsvorschrift

{a}{ = {a_tl, ö<₂ ... a_in} ■ ^£a_v ² = C = konst

Die Merkmale α<_ν des Musters {a}t können dabei auf gleiche Länge gebracht worden sind,

beliebige Beträge annehmen. Es ist jedoch erforderlich, In der Fig. 1 a ist auch ein Vektor fy eingezeichnet,

daß die zu lernenden Muster {a}t normiert werden, 30 der ein in der Kannphase angebotenes Muster {a}j

d. h., daß in der Lernphase die Summe der Quadrate repräsentiert.

der Merkmale eines Musters eine für alle Muster Während der Kannphase muß nun durch Vergleich

gleiche konstante Größe ist. des Vektors % mit den Vektoren g« und g^ entschieden

In der Kannphase werden die Beträge der einzelnen werden, zu welchem dieser Vektoren der Vektor α/ die

Verknüpfungselemente Gi_v je Zeile aufsummiert und 35 größte Ähnlichkeit besitzt. Hierzu wird, gleichsam

die Zeilenbeträge der Extremwertbestimmungsschal- als Ähnlichkeitsmaß, der von gj und <Xj eingeschlossene

tung zugeführt. Unter Berücksichtigung dieser Tat- Winkel φι und der von g& und α; gebildete Winkel (pk

sache genügt es, nur ein Verknüpfungselement Gi_v herangezogen, und es wird definiert, daß die Ähnlich-

zu betrachten. Weiter wird vorausgesetzt, daß die keit um so größer ist, je kleiner der eingeschlossene

Verknüpfungselemente so arbeiten, daß die sich in der 40 Winkel wird. Da in der Lernmatrix nur die Kompo-

Lernphase ergebenden Verknüpfungen proportional nenten der Vektoren gegeben sind, muß der

den Eingabewerten at sind. In der Lernphase wird Winkel φ als Ähnlichkeitsmaß auch durch die Kom-

daher auf die Spalte ν ein Wert at_v gegeben, und ponenten von α und g ausgedrückt werden. Hierzu

damit wird das Verknüpfungselement in der Lern- eignet sich das Skalarprodukt von g* und Cty bzw. g*

phase auf den Wert 45 und fy:

eingestellt und auf diese Weise der Eingabewert α«» ,„

in dem Verknüpfungselement gespeichert. K₁ ist eine 50 _ _ Z^Sicv · <*iv

von der Ausführungsform des Verknüpfungselementes ~S\gkv^z ' *Σ^α3ν²
abhängige Konstante. Während der Kannphase wird

dann der Erregungsbeitrag des Verknüpfungselementes Die Ähnlichkeit ist um so größer, je größer der

Giv zur Gesamterregung der Zeile ν zu Cosinus des eingeschlossenen Winkels wird. Die

55 einzelnen Cosinuswerte müssen also miteinander ver-

S = K₂ · Giv · ü]v · glichen werden, um den größten Cosinuswert ermitteln zu können. Nun ist aber in obiger Formel

Betrachtet man nun wieder die ganze Zeile während wegen der durchgeführten Normierung
der Kannphase, so ergibt sich die Zeilenerregung zu

„ „ ^6o ]Esi«² = lE/gkv²;

Zi = K₂- jyGiv · Cl]V = K · 2jCli_V · dj_V. AJt 1_ · ^. 1_ · LJA

7=\ 7=\ dieser Ausdruck erscheint ebenso wie auch der Aus

druck

Eine nach den vorstehenden Gleichungen arbeitende "<o ₂

Anordnung hat den Vorteil, daß sie die amplituden- 65 ¹^-^{1 jv}

invariante Erkennung von analogen Mustern ermög- in beiden Gleichungen des Skalarprodukts mit

licht, wie nachstehend erläutert wird. Es wird dabei gleicher Größe. Er ist deshalb für den Vergleich

angenommen, daß während der Lernphase zwei unerheblich. Beide Ausdrücke können also gestrichen

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werden, und man erhält für die Zeilenerregungen Θ₈· das Abfragen des jeweiligen Zustandes der Ringkerne bzw. Θ χ: erfolgt dann mit hochfrequentem Wechselstrom, der

„ an die betreffende Zeile gelegt wird und der in den

cos ψί~Θι = "^giv ajv, ^emen Spaltendrähten eine Spannung induziert, deren

v=i 5 Amplitude und Phase den Induktionszustand der

Ringkerne kennzeichnet und die mit den die zu

~6>- = ^V a- lernenden Merkmale kennzeichnenden Wechselspan-

* i~"i ^{kv iv}' nungen verglichen wird. Der sich aus dem Vergleich

ergebende Differenzstrom wird zusammen mit dem

Diese Werte werden von der Lernmatrix als Zeilen- ¹Q Zeilenstrom zur Änderung des Zustandes der Vererregung geliefert. knüpfungselemente verwendet.

Die Lernmatrix für analoge Muster verwendet also Die Erfindung wird im folgenden an Hand der

den von einem gespeicherten Muster (g) und einem F i g. 1 bis 5 beispielsweise erläutert. Es zeigt
angebotenen Muster (α) eingeschlossenen Winkel als F i g. 1 ein beliebiges analoges Muster {a}{ mit den

Ahnlichkeitsmaß und berücksichtigt nicht die Länge ¹S Merkmalen cn_v,

des angebotenen Vektors α. Diese kann folglich F i g. 1 a drei Muster in Vektordarstellung zur Erbeliebig geändert werden, ohne daß dadurch das läuterung der Amplitudeninvarianz der Lernmatrix Ergebnis in der Kannphase beeinträchtigt würde. Eine für analoge Muster,

Änderung der Länge des Vektors um den Faktor λ F i g. 2 eine Lernmatrix für analoge Muster, die nur

entspricht aber einer Multiplikation sämtlicher Am- ²° positive Merkmale verarbeitet,
plituden des entsprechenden Musters {α} mit dem Fig. 3 eine Lernmatrix für analoge Muster, die

gleichen Faktor λ. Die Lernmatrix für analoge Muster positive und negative Merkmale verarbeitet,
ist also unempfindlich gegen Änderungen der Ampli- F i g. 4 eine schematische Darstellung für die

tuden aller Merkmale eines Musters um den gleichen Veranschaulichung der Regelvorgänge bei der Lern-Betrag, d. h., sie ist amplitudeninvariant. Infolgedessen ²5 matrix für analoge Muster,

können von der Lernmatrix für analoge Muster alle F i g. 5 eine Lernmatrix für analoge Muster gemäß

durch affine Transformation, d. h. durch Multi- der Erfindung.

plikation aller Merkmale des Musters mit einem F i g. 1 zeigt ein beliebiges Muster {«}« mit einer

gleichen Faktor, hervorgegangenen Muster nicht Anzahl η beliebiger Amplituden au. Um ein derartiges unterschieden werden. Sie gehören alle zu einer 3 ο Muster zu erkennen und dabei einer bestimmten Bedeutungsklasse. Die Lernmatrix für analoge Muster Bedeutungsklasse zuzuordnen, kann man die in teilt daher in der Kannphase die zu erkennenden Fi g. 2 dargestellte Matrixschaltung verwenden; hier-Muster in Bedeutungsklassen ein. bei ist jeder Amplitude au eine Spalte A_v zugeordnet

Da negative Leitwerte nicht realisierbar sind, wären und jeweils ein Muster in einer Zeile Bi zusammengemäß den obigen Gleichungen nur Merkmale mit 35 gefaßt, indem an den Kreuzungspunkten den beBeträgen au ä 0 zulässig. Diese Einschränkung wird treffenden Amplituden au entsprechende Leitwerte Gu dadurch vermieden, daß für jedes Merkmal eine in der Lernphase aufgebaut werden. Bei einer späteren Doppelspalte vorgesehen ist. Eingabe (Kannphase) eines der in der Matrixschaltung

Wenn die Eingangssignale positiv sind, werden sie bereits enthaltenen Musters oder eines einem dieser bei dieser Anordnung auf die eine Spalte der Doppel- 40 Muster ähnlichen Musters in die Spaltenleitungen spalte und wenn sie negativ sind, auf die andere wird dann mittels der Extremwertbestimmungs-Spalte der Doppelspalte gegeben (F i g. 3). schaltung 0_max die dem angebotenen Muster zu-

Bei der Lernmatrix für analoge Muster ist der geordnete Zeile ermittelt, und dementsprechend er-Betrag eines Verknüpfungselementes in der Kannphase scheint an dem Ausgang bi die Bedeutungsklasse,
nicht ein Maß für eine mehr oder weniger große 45 Die in F i g. 3 dargestellte Lernmatrix unterscheidet Sicherheit der Aussage, wie bei der Lernmatrix für sich dadurch von der Matrix der F i g. 2, daß für jede binäre Muster, sondern ein Maß für den Betrag des Amplitude au eine Doppelspalte +A_v und —Α_υ vorbetreffenden Merkmals a_v. Sieht man von komplexen gesehen ist. Eine derartige Matrix kann verwendet Verknüpfungselementen ab, so ergibt sich, daß ein werden, wenn das Muster {a}i sowohl positive als auch Einlernen in nur einem Schritt möglich ist. Hiervon 50 negative Amplituden atv hat. An die Spalte +A_v unbeschadet kann ein einmal eingelerntes Muster werden dann die positiven Amplituden (+au) und an später entweder ganz oder teilweise umgelernt, d. h. die Spalte — A_v die negativen Amplituden (—at_v) korrigiert werden. angelegt mittels eines Umkehrverstärkers. Entsprechend

Die physikalische Ausbildung der Verknüpfungs- erhält man Leitwerte Gu bzw. Gu- Die Feststellung elemente der Lernmatrix für analoge Muster ist an 55 der Bedeutungsklasse des Musters {a}t erfolgt wieder sich beliebig, ihre Eigenschaften müssen lediglich in über die Extremwertbestimmungsschaltung ©_max.
gewissen Grenzen reversibel sein. So kann man als F i g. 4 zeigt die Anordnung nach F i g. 2 aus-

Verknüpfungselemente Ferritkerne mit rechteckiger führlicher, und zwar das Blockschaltbild für die Hystereseschleife, Bandkerne, Metallpapier-, Metall- Beeinflussung der Verknüpfungselemente in der Lernfolien- oder Aufdampfkondensatoren verwenden. 60 phase. In der Lernphase sollen die einzelnen Ver-Ebenso können auch Tantalkondensatoren, welche knüpfungselemente einer ausgewählten Zeile auf die durch eine nichtleitende Deckschicht in einer Tantal- an den Spaltenleitungen anliegenden Analogwerte des Elektrolyt-Anordnung gebildet werden oder ähnliche zu lernenden Musters eingestellt werden. Jede Spalte elektrochemische Anordnungen als Verknüpfungs- A₁ ... A_n enthält einen Lesedraht SL_V und einen elemente Verwendung finden. 65 Schreibdraht SS_V. Die zu den Zeilen^ .. .B_m ge-

Verwendet man Ferritkerne als Verknüpfungs- hörenden Zeilendrähte Z₁ ... Z_m sind je über Schalter elemente, so ist es zweckmäßig, durch jeden Ringkern SS₁ ... SB_m mit einem Generator G verbunden, zwei Spaltendrähte und einen Zeilendraht zu legen; Jedes Verknüpfungselement wird also von einem

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Zeilendraht Zi und den Drähten SS_V und SL_V der In der Schaltung der F i g. 5 werden die einzelnen Spalte durchsetzt. Mit jedem Spaltenlesedraht SL_V ist Analogwerte cn_v einer Gruppe (Muster) als Wechselein Wandler W_v verbunden, der wiederum mit einem spannungen mit der Amplitude ai_v, der Frequenz ω Eingang eines Vergleichers V_v verbunden ist. Auf den und dem zeitlichen Verlauf anderen Eingang des Vergleichers V_v wirkt das zu 5 _ lernende Eingangssignal a_iv. Die zu lernenden analogen ^üiv^ ^{= üiv cos ω l} Signale einer Gruppe werden vor der Eingabe mit dargestellt. Der Generator G, mit dem die ausgewählte Hilfe einer elektronischen Rechenmaschine oder ohne Zeile durch Schließen eines Schalters SBi verbunden aufwendige technische Hilfsmittel normiert. Auf die wird, liefert einen Wechselstrom Spaltenleitungen gelangen also nur normierte Gruppen io

von analogen Signalen. Das Ausgangssignal des Ver- i_z sin — t.

gleichers V_v steuert einen Schreibgenerator SG_V, der 2

mit dem Schreibdraht SS» der gleichen Spalte ver- Die zur Darstellung der zu lernenden analogen

bunden ist. Signale erforderliche Schwingung cos ω t wird in an Vor Beginn des Lernvorganges wird einer der 15 sich bekannter Weise aus der vom Generator G

Schalter SB, z. B. der Schalter SBi geschlossen und * ο 1. · · ^ω . j u τ- j

damit die Zeile B_t ausgewählt, die das zu lernende ^erzeuS^ten Schwingung sm_y t durch Frequenzverdop-

Muster, d. h. eine Gruppe von analogen Signalen, pelung und Phasenverschiebung gewonnen. Die Ampli-

aufnehmen soll. Der Schalter SBt bleibt während des tude i_z ist so zu wählen, daß bei der gegebenen

ganzen Lernvorganges geschlossen. Zum Einlernen 20 ω , _T , , .. . , , „ . _Lj_

einer anderen Grupp} von analogen Signalen wird eine ^Fre(l^uenz Ύ ^{der Induktionszustand der} Kerne nicht

andere Zeile ausgewählt. bleibend geändert wird, d. h., die Kerne werden

Die Wirkungsweise der Anordnung nach F i g. 4 zerstörungsfrei abgelesen.

ist wie folgt: Durch den Generator G wird der Zu- Für die folgende Beschreibung wird nur ein Kreustand eines jeden Verknüpfungselementes der aus- 25 zungspunkt der ausgewählten Zeile betrachtet. Der gewählten Zeile in der Lernphase dauernd zer- hochfrequente Wechselstrom i_z(t) induziert in dem störungsfrei abgefragt. Es erscheint daher auf jeder Spaltendraht SL_V eine Wechselspannung U_v, die inLeitung SL_V ein Signal. Die Verknüpfungselemente der folge der nichtlinearen ©-/-Kennlinie des Ringkerns Zeile können beim Beginn dieses Abfragens in der einen Spannungsanteil a_!v mit der doppelten Frequenz Lernphase entweder — vom vorhergehenden Lern- 30 des erregenden Wechselstromes 4, also der Frequenz ω Vorgang herrührend — eine Gruppe von analogen enthält (erste Oberwelle). Die Amplitude der Ober-Signalen gespeichert enthalten oder aber alle sich im wellenspannung hängt — wie bekannt — vom Betrag gleichen, z. B. gelöschten Zustand befinden. Das im der Magnetisierung und die Phasenlage von der Lesedraht SLv induzierte Ausgangssignal, das vom Magnetisierungsrichtung ab, d. h., bei der Umkehr Wandler W_v aufgenommen wird, stellt das gespeicherte 35 der Magnetisierungsrichtung tritt ein Phasensprung Analogsignal des Verknüpfungselementes dar. Es wird von 180° ein. In dem Wandler W_v wird die Oberim folgenden als Istwert und der angebotene und zu wellenspannung aus der Wechselspannung U_v auslernende Analogwert als Sollwert bezeichnet. Im gesiebt, verstärkt und in ihrer Phase um 270° gedreht. Vergleicher V_v wird die Differenz aus Soll- und Istwert Der Ausgang des Wandlers W_v ist also eine Wechselgebildet. Sie kann positiv oder negativ sein. Über den 40 spannung der Amplitude a'_iv und der Frequenz ω, Schreibgenerator SG_V wird mit dem Differenzwert der also der Form eingestellte Wert des Verknüpfungselementes verändert. / _COS(ot Das Verknüpfungselement wird deshalb verändert, ^IV

weil auf es die Signale vom Zeilendraht Z und vom Diese Wechselspannung wird ebenfalls der Vergleichs-

Spaltenschreibdraht SS¹ gleichzeitig einwirken. Der 45 schaltung V_v zugeführt, welche eine Differenzspan-

veränderte Zustand bleibt nach Abschalten eines der nung U_sv aus den zugeführten Wechselspannungen

beiden Signale erhalten. Die sich ergebende veränderte at_v cos ω t und a!_iv cos ω t bildet.

Einstellung wirkt sich wegen der dauernden Abfrage _n _ , _ _» \ __nc,,,

sofort auf den Lesedraht SL_V und damit auch auf den ^Usv ~~ ^Ka*^{v a}'^{v) COS(Ot}·

Differenzwert aus, und zwar so, daß der Differenz- 50 Die Spannung U_sv kann auch so gewonnen werden,

wert kleiner wird. Dieser Regelvorgang läuft so lange, daß in dem Wandler W_v die Oberwellenspannung in

bis der Differenzwert Null ist und dann der Schreib- ihrer Phase nicht um 270°, sondern um 90° gedreht

generator SG_n kein Signal mehr abgibt. Dann ist wird und daß die Vergleichsschaltung V_v nicht die

Sollwert gleich Istwert, und das angebotene Signal ist Differenz, sondern die Summe der ihr zugeführten

im Verknüpfungselement gespeichert. 55 Wechselspannungen an, cos co t und a'_iv cos ω t bildet.

Im Zusammenhang mit der Anordnung nach Die Spannung U_sv wird in dem Schreibgenerator SG_V

F i g. 4 wurde die Wirkungsweise der Lernmatrix in einen Wechselstrom i_sv umgewandelt: für analoge Signale in der Lernphase allgemein

erläutert. An Hand der F i g. 5 wird die Lernphase Uv — C (ai_v — «4) cos ω t = i_sv cos ω t. bei Verwendung von Ringkernen als Verknüpfungs- 60

elemente genauer beschrieben, wobei zum Beeinflussen Es wirkt also neben dem vom Generator G herder Kerne hochfrequente Wechselströme verwendet rührenden Zeilenstrom werden. In diesem Zusammenhang wird darauf

hingewiesen, daß Verfahren zum Einschreiben binärer i_z sin — t

Informationen für Magnetkernspeicher durch Koinzi- 65 ^

denz zweier Hochfrequenzströme unterschiedlicher auch der Spaltenstrom i_sv cos ω t auf die Kerne der

Frequenz und Phase bekannt sind (z. B. deutsche durch Schließen des Schalters SB_t ausgewählten z-ten

Patentschrift 1 023 486). Zeile ein. Beide Ströme stehen in einem Frequenz-

verhältnis von 2: 1 und sind in ihrer Phase gemäß sin- bzw. cos-Verlauf gegeneinander verschoben.

Es besteht die Forderung, daß bei der erfindungsmäßigen Anordnung in der Lernphase nur der Zustand der Kerne der ausgewählten Zeile durch den Vorgang bleibend geändert werden soll. Diese Forderung wird durch einen Koinzidenzbetrieb, d. h. durch gleichzeitig einwirkende Hochfrequenzströme i_z und isv, erfüllt. Diese beiden Hochfrequenzströme dürfen jeder für sich keine bleibenden Induktionsänderungen in den Kernen hervorrufen. Diese Bedingung wurde für den in der ausgewählten Zeile fließenden Lesestrom i_z bereits angegeben (zerstörungsfreies Ableseverfahren); sie gilt ebenso auch für die Spaltenströme i_sv, damit Kerne, die wohl der v-ten Spalte, jedoch nicht der ausgewählten Zeile zugehören, keine bleibenden Induktionsänderungen erfahren. Es ist also zu fordern, daß

iz = izmax und isv = ismax

ist, wobei izmax bzw. ismax die maximal zulässigen Stromamplituden bei den Frequenzen ~ bzw. ω sind,

die je für sich noch keine bleibenden Induktionsänderungen in den von ihnen durchsetzten Kernen hervorrufen. Erst durch das Zusammenwirken beider Hochfrequenzströme i_z und i_sv entstehen bleibende Induktionsänderungen in den Kernen der ausgewählten Zeile.

Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren ist es möglich, die Kerne auf beliebige Induktionswerte einzustellen, die zwischen den Werten der negativen und positiven Sättigungsremanenz liegen. Es wird dabei immer der eine Strom (z_z) konstant gehalten und der andere Strom (z_s) geändert.

Während des Lernvorganges werden — wie bereits allgemein in Verbindung mit F i g. 4 erläutert wurde — fortwährend die zu lernenden analogen Signale ai_v cos ω t mit den bereits in den Kernen gespeicherten Signalen αί·_ν cos ω ί in den Vergleichsschaltungen verglichen. Wegen der durch die Koinzi- denz der beiden Hochfrequenzströme z_z und i_sv verursachten bleibenden Induktionsänderungen der Kerne der ausgewählten Zeile wird die Differenz aus den zu lernenden Signalen und der nach den vorangegangenen Induktionsänderungen bereits gelernten Signale verkleinert und damit auch der hochfrequente, mit z"_z koinzidierende Spaltenstrom i_sv· Die Schreibgeneratoren SG_V sind Verstärkerstufen üblicher Bauart, deren Ausgangsströme z_SK proportional zur jeweils angelegten Eingangsspannung U_sv sind. Für den Fall, daß

ai_v cos ω t = a'i_V cos ω t

ist, d. h. wenn die zu lernenden Signale mit den gelernten Signalen übereinstimmen, wird der Spaltenstrom isv und damit auch die Induktionsänderung zu Null, d. h., es finden keine weiteren bleibenden Induktionsänderungen statt, und der eingestellte Induktionszustand der Kerne bleibt erhalten.

Nach der oben beschriebenen Einspeicherung der zu lernenden Muster in die Zeilen während der Lernphase kann die Lernmatrix für analoge Signale in der Kannphase zur Feststellung der Bedeutungsklassen der angebotenen Gruppen von analogen Signalen verwendet werden. Das Verhalten der Lernmatrix 6g für analoge Signale in der Kannphase unterscheidet sich grundsätzlich nicht von dem Verhalten der bekannten Lernmatrix für binäre Signale.

Bei dieser werden in der Kannphase sämtliche Ringkerne der Matrixanordnung durch die als Hochfrequenzströme der Frequenz ω in die Spaltenleitungen eingegebenen Signalgruppen zerstörungsfrei abgefragt. An den Kernen ist dabei eine Ausgangswechselspannung mit einem Anteil der Frequenz 2ω abnehmbar. Die von den einzelnen Kernen herrührenden Ausgangssignale werden zeilenweise aufsummiert, auf eine Extremwertschaltung gegeben, und dort wird der Anteil mit der Frequenz 2ω verarbeitet.

Bekanntlich ist das Ausgangssignal des einzelnen Ringkerns sowohl dem im Ringkern gespeicherten, d. h. in der Lernphase eingelernten Signal, als auch der Amplitude des abfragenden Hochfrequenzstroms proportional. Bei der Anordnung nach F i g. 5 sind dabei sämtliche Schalter SBt zu öffnen. Die Zeilendrähte Zi wirken nunmehr als Lesedrähte und speisen die Extremwertschaltung.

Bei der vorhergehenden Beschreibung der Lernphase war angenommen worden, daß die Einstellung der Matrix bzw. der ausgewählten Zeile entsprechend dem angebotenen Muster erfolgt. Es läßt sich jedoch auch erreichen, daß diese Einstellung vorzeitig abgebrochen wird, so daß nicht das Muster, wohl aber die Tendenz des Musters wirksam wird. Hierzu ist lediglich erforderlich, nur eine bestimmte Anzahl von Schwingungen des hochfrequenten Spaltenstromes i_sv mit dem hochfrequenten Zeilenstrom i_z koinzidieren zu lassen. Hierbei ist die Anzahl der koinzidierenden Stromschwingungen dem statistischen Gewicht der zu korrigierenden Signale proportional zu wählen.

Die Schaltungsanordnung nach der F i g. 5 kann dahingehend abgeändert werden, daß die Ringkerne einer Spalte nur von einem Spaltendraht durchsetzt sind. In diesem Spaltendraht fließt der Spaltenstrom Z₈I,; gleichzeitig wird aber auch in diesem Spaltendraht die beim Abfragen des Kernes entstehende Wechselspannung U_v induziert. Diese Wechselspannung kann in der Vergleichsschaltung V_v vom Spaltenstrom isv wegen der unterschiedlichen Frequenzen auf einfache Weise elektrisch getrennt werden, beispielsweise durch selektive Filter.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Elektrische Schaltung, die eine Vielzahl von Gruppen von Eingabeinformationen (Muster, Sätze von Eigenschaftsmerkmalen) den entsprechenden Bedeutungen zuordnet, bei der die Eingabe- und Ausgabeleitungen matrixartig angeordnet sind, jeder Zeile eine vorher bestimmbare Bedeutung beigegeben ist und bei der die Muster darstellenden Gruppen von elektrischen Signalen bei ein- oder mehrfacher Eingabe über die Spalten und gleichzeitiger Markierung einer Zeile eine elektrische Veränderung an den Kreuzungspunkten der Matrix dahingehend hervorrufen, daß eine bestimmte elektrische Kopplung zwischen Spalten- und Zeilenleitung entsteht, und bei der nach erfolgter Veränderung der Kreuzungspunkte (Lernphase) bei Eingabe eines Musters diejenige Zeile von einer Extremwertbestimmungsschaltung ausgewählt wird (Kannphase), deren Ausgangssignal als Summe der Übereinstimmungen von eingegebenen Einzelwerten des Musters und Kopplungsgrad am größten ist und damit die zugehörige Bedeutung angibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Muster in der Lern- und Kannphase als Gruppen von analogen elektrischen Signalen eingegeben

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werden, die nur während der Lernphase gruppenweise auf eine für alle Gruppen gleiche Konstante normiert sind, und daß in der Lernphase die Verknüpfungselemente zeilenweise mit Hilfe von den Spalten zugeordneten Regelschaltungen so verändert werden, daß die einzelnen Verknüpfungselemente den entsprechenden Einzelwerten des Musters proportionale analoge Werte annehmen.

2. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Lernphase zum Einlernen eines Musters in eine Zeile der Matrix der gespeicherte Zustand (Istwert) jedes Verknüpfungselementes dieser Zeile mit Hilfe der zugeordneten Regelschaltung abgefragt wird und mit dem entsprechenden zu lernenden normierten «5 Wert (Sollwert) verglichen wird und daß aus diesem Vergleich eine Steuergröße abgeleitet wird, die den gespeicherten Zustand (Istwert) des Verknüpfungselementes in Richtung auf den Sollwert verändert, und daß dieser Vorgang so lange abläuft bzw. so so oft wiederholt wird, bis das Verknüpfungselement den Sollwert erreicht hat.

3. Elektrische Schaltung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Verknüpfujagselemente reversible, insbesondere ferro- «s magnetische Elemente, z. B. Ferritringkerne, verwendet werden.

4. Elektrische Schaltuog nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Ferritringkernen als Verknüpf angselemente die Abfrage des gespeicherten Zustandes zeilenweise mit Hochfrequenzwechselstrom einer bestimmten Frequenz (ig sin -^-1) und die Veränderung der Kreuzungspankte durch Koinzidenz des Abfragestromes mit einem Schreibstrom der doppelten Frequenz (i_s cos ω t) erfolgt, wobei die beiden Ströme je für sich keine bleibenden Veränderungen der Verknüpfungselemente hervorrufen.

5. Elektrisch© Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ringkern von zwei Spaltendrähten, von denen der eine (SL) als Lesedraht und der andere (SS) als Schreibdraht dient, und von einem Zeilendraht (Z) durchsetzt wird und daß die je Spalte vorgesehenen Regelschaltungen folgende Elemente entharten: einen Wandler (W), mit dessen Eingang der Spaltenlesedraht (SL) verbunden ist, eine Vergleichsschaltung (F), auf die einerseits das normierte Eingangssignal (a) und andererseits das Ausgangssignal des Wandlers (W) gegeben werden, und einen Schreibgenerator (SG), dessen Eingang mit dem Ausgang der Vergleichsschaltung (F) und dessen Ausgang mit dem Spaltenschreibdraht (SS) verbunden ist.

6. Elektrische Schaltung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (W) aus dem vom Lesedraht (LS) abgenommenen Signal die Oberwelle mit der doppelten Frequenz aussiebt und eine Phasendrehung um 90 bzw. 270° bewirkt, so daß das auf den einen Eingang des Vergleichers (F) gelangende Signal so umgeformt ist, daß im Vergleicher (F) die Summe bzw. Differenz der beiden Signale gebildet werden kann.

7. Elektrische Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Spaltendraht vorgesehen ist, in dem Lesespannung und Schreibstrom gleichzeitig auftreten, und daß diese beiden Signale durch selektive Filter voneinander getrennt werden.

8. Elektrische Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfungselemente einer Zeile beim Lernvorgang nicht vollständig auf die entsprechenden Werte des angebotenen Musters eingestellt werden, sondern daß die Einstellung vorzeitig abgebrochen wird, so daß nur die Tendenz des Musters wirksam wird.

9. Elektrische Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Metallpapier-, MetallfoKen- oder Aufdampfkondensatoren als Verknüpfungselemente verwendet werden.

10. Elektrische Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Tantalkondensatoren, welche durch eine nichtleitende Deckschicht in einer Tantal-Elektrolyt-Anordnung gebildet werden, oder ähnliehe elektrochemische Anordnungen als Verknüpfungselemente Verwendung finden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1023 486;
»Lernende Automaten«, R. Oldenbourg Verlag München, 1961, S. 75 bis 83;
Kybernetik, 1/1961, S. 36 bis 54.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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