Цифрові та імпульсні нейроелементи для образних нейрокомп’ютерів

Abstract

Дисертацію присвячено розробці та дослідженню нейроелементів, тобто компонентів комп’ютерної техніки, що виконують функції перетворення інформації, властиві біологічному нейрону. У дисертації вирішено важливу науково-прикладну задачу вдосконалення нейроелементів, яка полягає в збільшенні швидкодії багаторозрядних цифрових нейроелементів; зменшенні апаратурних витрат логіко-часових нейроелементів; збільшенні вихідної потужності (навантажувальної спроможності) імпульсних нейроелементів; покращенні конструктивно-технологічних показників нейронних мереж, які можна будувати на запропонованих імпульсних нейроелементах, а саме - зменшення масо-габаритних показників апаратних реалізацій оптоелектронних нейромереж. Наведено удосконалені структурні організації та математичні моделі цифрових, логіко-часових та імпульсних нейроелементів. Практична цінність роботи полягає в тому, що запропоновано схемотехнічні рішення реалізації нейроелементів та оптоелектронних нейронних мереж на їх основі, проведено комп’ютерне моделювання та експериментальні дослідження нейроелементів. Результати роботи можна використовувати в подальших дослідженнях для побудови функціональних вузлів нейрокомп’ютерів.

Диссертация посвящена разработке и исследованию нейроэлементов, т.е. компонентов компьютерной техники, которые выполняют функции преобразования информации, свойственные биологическому нейрону. В работе проведена классификация известных нейроэлементов, анализ их недостатков и предложены направления совершенствования нейроэлементов. Разработаны структурно-функциональные модели трех вариантов многоразрядного цифрового нейроэлемента, который имеет повышенное быстродействие благодаря ускорению операции накапливания взвешенных входных сигналов за счет пространственно-временного суммирования разностных срезов. Усовершенствована математическая модель этого нейроэлемента. Разработана структурно-функциональная модель импульсного нейроэлемента, который выполняет большинство функций биологического нейрона, имеет оптические входы, выходы и характеризуется повышенной выходной мощностью (нагрузочной способностью), что позволяет строить на его основе оптоэлектронные нейронные сети с улучшенными конструктивно-технологическими показателями. На основе предложенных нейроэлементов была разработана компьютерная нейросетевая система для определения утечек подземных трубопроводов, которая была внедрена в аппаратуре для определения места повреждения водопроводов.

Thesis is devoted to development and research of neuroelements, i.e components of computer technique, which implements the information processing functions, incident to the biological neuron. The important scientifically-applied task of neuroelement perfection is solved in dissertation. The task consists in the multibit digital neuroelements fast-acting increasing; logic-time neuroelement apparatus expenses decreasing; pulsed neuroelement output power (fan-out possibility) increasing; neural network structurally-technological indexes improving; namely is diminishing of weight and size indexes of optoelectronic neuronet hardware representations. The improved structural organizations and mathematical models of digital, logic-time and pulsed neuroelements are represented. The practical value of work consists in offering the circuitry solution of neuroelement and optoelectronic neural network realization, conducting the computer simulation and experimental researches of neuroelements. The thesis results can be used in future researches for construction of functional units of neurocomputers.