Стохастическое устройство для вычисления характеристик графов Советский патент 1983 года по МПК G06F15/173 G06F7/70 

группой входов блока выходных счетчиков , группа йыходов блока наборного поля соединена с группой входов регистра сдвига.

1

Изобретение относится к вычислительной технике, а более конкретно к специализированным вычислительным устройствам, предназначенным для полу ения оценок качества функционирования систем управления, пред ставляемых сложными вероятностными графами.

Известно устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, блок выходных счетчиков, счетчик циклов и другие блоки Cl. Это устройство позволяет последовательно разыгрывать случайные состояния элементов вероятностного графа.

Однако оно отличается ограниченными функциональными возможностями и низким быстродействием.

Наиболее близким к предлагаемому является вероятностное устройство анализа сетей, представляемых вероятностными графами, которое содержит генератор тактовых импульсов, триггерJформирователи импульсов, элемент И, счетчик циклов, блок наборного поля, блок гп (1,2,...) преобразователей код-вероятность по числу максимального количества вероятностных элементрв исследуемых се.тей, формирователь двоичного кода и блок выходных счетчиков 2.

Основным недостатком этого устройства является отсутствие возможности вычисления законов распределения случайного числа неизолированных (управляемых ) выходных звеньев вычисляемых графов вероятностной сети. Закон распределения является наиболее полной характеристикой любой случайной величины. Зная его, можно вычислить и любые другие числовые характеристики случайной вели чины, например дисперсию и математическое ожидание.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем оп ределения законов распределения случайного числа выходных звеньев вычисляемых графов.

Поставленная цель достигается тем, что стохастическое устройство, содержащее первый и второй формирователи импульсов, входы которых являются соответственно пусковым входо и входом записи числа циклов устройства, первый триггер, единичный вход которого соединен с выходом первого

формирователя импульсов, первый элемент И, первый вход которого соединен с единичным выходом первого триггера, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, счетчик циклов, вход записи которого соединен с выходом второго формирователя импульсов , счетный вход подключен к выходу первого элемента И, а выход соединен с нулевым входом первого триггера, блок наборного поля, первый вход которого подключен к выходу первого элемента И, блок преобразователей код-вероятность, группа выходов которого соединена с группой входов блока наборного поля, формирователь двоичного кода, нулевой и единичный входы которого являются соответственно нулевым и единичным входами устройства, а группа выходов соединена с группами установочных входов счетчика циклов и блока преобразователей кодвероятность, третий формирователь импульсов, вход которого подключен к выходу первого элемента И, а выход соединен с группой сдвиговых входов блока преобразователей кодвероятность , четвертый формирователь импульсйв, вход которого под лючен к выходу третьего формирователя импульсов, блок выходнух счетчиков, вход сброса которого подключен к выходу первого формирователя импульсов , а группа выходов является выходами устройства, дополнительно содержит регистр сдвига, дешифратор, первый и второй счетчики, генератор импульсов , пятый и шестой формирователи импульсов, второй триггер и второй элемент И, причем вход пятого формирователя импульсов, второй вход блока наборного поля и вход записи регистра сдвига подключены к выходу четвертого формирователя импульсов, выход пятого формирователя импульсов соединен с единичным входом второго триггера, входом записи первого счетчика и входом сброса второго счетчика, счетный вход которого соединен с выходом регистра сдвига, а разрядные выходы соединены с группой входов дешифратора, единичный выход второго триггера соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход соединен со счетным входом первого счетчика и тактовым входом регистра сдвига, выход первого счетчика соединен с нулевым входом второго триггера и входом шестого формирователя импульсов, выход которого соединен с управляюиим входом дешифратора, выходы дешифратора соединены с группой входов блока выходных счетчиков, групп выходов блока наборного поля соединена с группой входов регистра сдвига. На чертеже изображена блок-схема устройства.. Устройство содержит первый 1 и второй 2 формирователи импульсов, первый триггер 3, генератор 4 такто вых импульсов, первый элемент 5 И, счетчик 6 циклов, третий 7, четвертый 8 и пятый 9 формирователи импульсов, второй триггер 10, генератор 11 импульсов, первый счетчик 12, второй элемент 13 И, шестой фор мирователь 14 импульсов, блок 15 на борного поля, формирователь 16 двоичного кода, регистр 17 сдвига, вто рой счетчик 18, дешифратор 19, блок 20выходных счетчиков и пре образователей код-вероятность. Выход первого формирователя 1 им пульсов соединен с единичным входом первого триггера 3 и входом сброса блока 20 выходных счетчиков, а вход является пусковым входом устройства Вход второго формирователя 2 импульсов является входом записи числа циклов устройства, а выход подключе к входу записи счетчика 6 циклов, выход которого соединен с нулевым входом первого триггера 3. Второй вход элемента 5 И соединен с выходом генератора 4 тактовых импульсов, а первый вход - с единичным выходом первого триггера 3, Выход элемента 5 И соединен с входом третьего формирователя 7 импульсов, счетным входом счетчика 6 циклов и первым входом блока 15 наборного поля. Вход четвертого формирователя 8 импульсов подключен к выходу третьего формирователя 7 импульсов и соединен с группой сдвиговых входов блока 21преобразователей код-вероятность а выход соединен с вторым входом бло ка 15 наборного поля, входом записи регистра 17 сдвига и входом пятого формирователя 9 импульсов, выход которого соединен с единичным входом второго триггера 10, входом сброса второго счетчика 18 и входом записи первого счетчика 12. Нулевой вход второго триггера 10 соединен с входом шестого формирователя 14 импульсов и выходом первого счетчика 12, а единичный выход подключен к первому входу второго элемента 13 И, второй вход которого связан с выходом генератора 11 импульсов. Выход второго элемента 13 И соединен со счетным входом первого счетчика 12 и тактовым входом регистра 17 сдвига. Выход шестого формирователя 14 импульсов подключен к управляющему входу дешифратора 19. Группа выходов формирователя 16 двоичного,кода связана с груп пами входов блока21 преобразователей код-вероятность счетчика 6 циклов. Группа входов блока 15 наборного поля соединена с группой выходов блока 21 преобразователей код-вероятность, а группа выходов - с группой входов регистра 17 сдвига, выход которого подключен к счетному входу второго счетчика 18. Группа входов дешифратора 19 соединена с разрядными выходами второго счетчика 18, а группа выходов соединена с группой входов блока 20 выходных счетчиков. Влок 15 наборного поля идентичен аналогичному блоку прототипа и состоит изш(1,2...) импульсных вентилей (по числу максимального количества вероятностных элементов исследуем1зх сетей J и шнурового коммутатора, с помощью которого из импульсных вентилей реализуется физическая модель/ графа исследуемой вероятностной сети. Модель реализуется как с помощью соответствующих соединений между задействованными на данное испытание импульсными вентилями (элементами сети), так и коммутацией входов и выходов этих вентилей на соответствующие выходы и входы блока. Блок.21 преобразователей код-вероятность также идентичен аналогичному блоку прототипа и состоит из ni{21 - 21,) одиночных преобразователей, каждый из которых в свеж очередь, состоит из датчика псевдослучайных чисел (ДПСЧ), регистра числа и цифрового компаратора. Каждый задействованный на конкретное испытание преобразователь предназначен для разыгрывания случайного состояния соответствующего элемента исследуемой вероятностной сети, для чего выход цифрового компаратора этого преобразователя соединяют с соответствующим входом указанного элемента (,импульсного вентиля в блоке 15 наборного поля ) Формирователь 16 двоичного кода также идентичен аналогичному блоку прототипа и представляет собой группу переключателей, коммутирующих сигналы уровней О и 1 в соответствии с установленным адресом и заданным кодом на разрядные входы либо счетчика 6 циклов,, либо соотве1тствующего ДПСЧ или соответствующего регистра числа в соответствующем преобразователе код-вероят ость блока .71. Устройство работает следующим образом.

На блоке 15 наборного поля посреством шнуровой коммутации реализуэтся граф анализируемой или опорный структурный граф синтезируемой вероятностной сети, причем выходные звенья сети подключаются к информационным входам регистра 17 сдвига, а входные звенья соединяются с выходом первого элемента 5 И. Импульсы, поступающие с этого выхода, используются в качестве сигнала проэвонки сети. Затем с помоицзЮ формирователя 16 двоичного кода по соответствующим адресам в блок 21 преобразователей код-вероятность заносятся начальные случайные комбинации двоичных чисел для ДПСЧ, а также двоичные коды вероятностей состояния элементов сети для регистров числа. Далее посредством фомирователя 16 двоичного кода и второго формирователя 2 импульсов в счетчик б циклов заносится необходимое число циклов моделирования, по- к:оманде Пуск сбрасываются выходные счетчики блока 20 и первый триггер 3, а затем происходит моделирование сети методом Монте-Карло.

Каждый элементарный цикл моделирования проходит следующим образом.

По переднему фронту каждого импульса генератора 4 тактовых импульсов, прошедшего на выход первого элмента 5 И и далее в счетчик б циклов и блок 15 наборного поля, посредством формирователя 7 импульсов сначала формируется короткий импульс для одновременного обновления содержимого всех ДПСЧ блока 15 преобразователей код-вероятность которое с помощью цифровых компараторов сравнивается с содержимым регистров числа, и далее на выходах компараторов появляются сигналы, рарешающие или не разрешающие прохождение импульса через соответствующий импульсный вентиль, причем сигналы на выходах компараторов сохраняются в течение всего элементарного цикла моделирования. Затем с помощью формирователя 8 импульсов формируется стробирующий импульс, отпирающий одновременно все импульсные вентили блока 15 наборного поля и обеспечивающий прохождение импульса прозвонки только в период действия стробирующего импульса. В противном случае в структурах, содержащих обратные связи, возникают участки сети, которые остаются в устойчивом состоянии и препятствуют нормальному прохождению импульса прозвонки по этим участкам во втором, третьем и других последующих тактах. Задний фронт стробирующего импульса используют для записи логических состояний выходных звеньев сети в регистр 17 сдвига.

Далее вступает в работу часть схемы управления, состоящая из формирователя 9 импульсов, второго триггера 10, первого счетчика 12, генератора 11 импульсов, второго элемента 13 И и формирователя 14 импульсов. Задний фронт стробирующего импульса поступает на формирователь 9 импульсов, который формирует короткий импульс, устанавливающий второй триггер 10 в единичное состояние, сбрасывающий второй счетчик 18 и одновременно записывающий в первый счетчик 12 фиксированное двоичное число, соответствующее числу разрядов регистра 17 сдвига. Появившаяся логическая 1 на выходе второго триггера 10 дает возможность прохождению импульсов генератора 11 импульсов на счетный вход первого счетчика 12 и тактовый вход- регистра 17 сдвига, который после прохождения стробирующего импульса с выхода формирователя 8 импульсов переходит в режим сдвига записанной в нем информации. Для того, чтобы не снижать быстродействия всего устройства, генератор 11 импульсов работает на повышенной по сравнению с генератором 4 тактовых импульсов частоте. По мере сдвига унитарного двоичного кода, записанного в регистр 17 сдвига, и заполнения второго счетчика 18 происходит вычитание содержимого перво, го счетчика 12,и в момент, когда содержимое этого счетчика обратится в нол на его выходе появляется импульспереноса, который сбрасывает второй триггер 10, запрещая тем самым прохождение импульсов с выхода генератора 11 импульсов на тактовый вхо регистра 17 сдвига, одновременно запуская формирователь 14 импульсов. В этот момент на входах дешифратора 19 сформировано двоичное число, соответствующее числу неизолированных выходных звеньев вероятностной сети, полученное в данной реализации. Далее с выхода формирователя 14 импульсов поступает короткий импульс, разрешающий работу дешифратора 19,,в результате чего меняется содержимое одного из счетчи ков .блока 20.

С формированием каж,цого импульса генератора 4 тактовых импульсов одновременно происходит вычитание содержимого счетчика б циклов. Затем описанный процесс повторяется.

Число описанных элеме;-;тарных циклов занесено в счетчик 6 циклов и в момент, когда содерджмое зтс-го счетчика становится равным нулгор происходит переключение первого триггера 3, который формирует сигнал, запрещающий прохождение импульсов генератора 4 тактовых импульсов на выход элемента 5 И до момента подачи очередного сигнала Пуск на вход формирователя 1 импульсов .

После окончания работы устройства в блоке 20 выходных счетчиков содержится полная информация об искомом законе распределения, которая далее может использоваться для вычисления различных статистических числовых характеристик.

Предлагаемое устройство выгодно отличается от прототипа расширенными функциональньми возможностями, что позволяет эффективно решать задачи анализа и синтеза сложных технических систем, представленных в виде вероятностного графа. Положительный эффект изобретения помимо высокого быстродействия, состоит в том, что оно позволяет вычислять распределения случайного числа неизолированных звеньев. Такие характеристики особенно важны при оценке эффективности различных вариантов структур систем управления различной физической природы. Предлагаемое устройство позволяет также оперативно оценивать надежность разноo6pa3fft ix технических систем, формализованньдх в виде вероятностного графа.