Генератор потоков случайных событий Советский патент 1983 года по МПК G06F7/58 

2. Генератор по п. 1, , о т л и чающийся тем, что блок выравнивания интенсивностей потоков импульсов содержит первый и второй элементы ИЛИ, первый, второй, третий и четвертый элементы И, триггер и высокочастотный генератор импульсов, выход которого подключен к счетному входу триггера,прямой выход которого соединен с первыми входами первого и четвертого элементов И, а инверсный выход триггера -соединен с первыми входами второго и-третьего элементов И, вторые входы первого и второго, эле10 9905

ментов И об-ьединены между собой и являются первым входом блока, вторые входы третьего и четвертого элементов И объединены между собой и являются вторым входо; блока, выходы первого и третьего элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами первого элемента ИЛИ, выход которого является первым выходом блока, выходы второго и четвертого элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ, выход которого является вторым выходом блока,

1. ГЕНЕРАТОР ПОТОКОВ СЛУЧАЙ-НЫХ СОБЫТИЙ, содержащий первый датчик пуассоновского потока импульсов, делитель частоты, управляющий вход которого является управляющим входом генератора, счетчик, разрядные выходы которого соединены с соответствующими разрядными входами стробированного дешифратора, выходы которого через коммутатор соединены с соответствующими входами блока элементов ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью упрощение генератора без снижения точности работы, в него введены второй датчик пуассоновского потока импульсов и блок выравнивания интенсивностей потоков импульсов, первый и.второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго датчиков пуассоновского потока импульсов, а первый и второй выходы блока выравнивания интенсивностей поS токов импульсов соединены соответст 3 венно со счетным входом счетчика и с (П входом делителя частоты, выход которо. го соединен с входом Сброс счетчика, управляющий вход стробированного де шифратора является входом Опрос генератора, а выходы блока элементов ИЛИ являются выходами генератора. icik :о со о СП

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исподьз вано для создания вычислительных ус ройств с вероятностным представлением информации, для аппаратурного моделироаания нecoв мecтныx случайных событий и построения датчиков случайных чисел с заданным распределением. Известен генератор, в котором задание требуемого закона распределени вероятностей производится путем объе динения и (ийи перенумерации равноВероятных выходов дешифратора m . Однако такие генераторы требуют большого объема электронного оборудования. Известен также генератор потоков случайных событий, в котором число первичных источников случайного процесса сокращено до одного. Он содержит датчик случайного потока импульсов, кипп-реле, элемент И и последовательно соединенные счетчик импульсов, стробированный дешифратор, коммутатор и блок элементов ИЛИ z . Однако генератор характеризуется невысокой точностью работы, так как первичные вероятностные константы, формируемые в генераторе, зависят от трудностабилизируемой интенсивности датчика случайного потока импульсов. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является генератор потоков случайных событий, содержащий датчик пуассоновского потока импульсов, выход которого соединен со счетным входом счетчика и через последовательно соединенные линию задержки и управляемый делитель частоты - с входом Опрос дешифратора и входом Сброс счетчика, разрядные выходы которого соединены с соответствующими разрядными входами дешифратора, выходы которого через коммутатор соединены с входами блока элементов ИЛИ З . . Недостатком известного генератора является сложность его устройства, обусловленная необходимостью использования линии временной задержки импульсов, выполняющей роль статистической развязки при формировании второго идентичного по интенсивности пуассоновского потока импульсов. Требуемая величина временной задержки составляет десятки средних периодов следования импульсов пуассоновского потока -j (5)-, где К - параметр делителя частоты, принимающий целочисленные значения 0,1,2..., и при Я 10 имп./с достигает coteH МКС. Практическая реализация больших величин временной задержки импульсных сигналов в широкой полосе частот представляет собой сложную техническую задачу. Цель изобретения - упрощение устройства генератора за счет сокращения электронного оборудования без сниже- . ния точности работы путем исключения сложной по реализации линии временной задержки. Для достижения поставленной цели в известный генератор, содержащий первый датчик пуассоновского потока импульсов, делитель частоты, управлiRюu ий вход которого является управляющим входом генератора, сметчик, разрядные выходы которого соединены с соответствующими разрядными входами стробированного дешифратора, выходы которого через коммутатор соеди нены с соответствующими входами блока элементов ИЛИ, введены второй дат чик пуассоновского потока импульсов и блок выравнивания интенсивностей потоков импульсов, первый и вторр й входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго датчиков пуассоновского потока импульсов, а первый и второй выходы блока выравнивания интенсивностей по токов импульсов соединены соответственно со счетным входом счётчика и с входом делителя частоты, выход которого соединен с входом Сброс счетчика, управляющий вход стробированного дешифратора является, Опрос генератора, а выходы блока элементов ИЛИ являются выходами генератора. Кроме того, блок выравнивания интенсивностей потоков импульсов содержит первый и второй элементы ИЛИ, первый второй, третий и четвертый элементы И, триггер и высокочастотны генератор импульсов, выход которого подключен к счетному входу триггера, прямой выход которого соединен с пер выми входами первого и четвертого элементов И, ,а инверсный выход триггера соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, вторые входы первого и второго элементов И объединены между собой и являются первым входом блока, вторые входы третьего и четвертого элементов И объединены между собой и являются вт рым входом блока, выходы первого и третьего элементов И соединены соответственно с первым и вторым вхрда |МИ первого элемента ИЛИ, выход которого является первым выходом блок выходы второго и четвертого элементов И соединены .соответственно с пер вым и вторым входами второго элемента ИЛИ, выход которого является BTQ- рым выходом блока. В предложенном генераторе для фор мирования первичных вероятностных констант используется дискретная под система делитель частоты - счетчик с конечным числом состояний, находящаяся под воздействием двух независимых пуассоновских потоков импульсов с равной интенсивностью Я .. При этих условиях численные значения вероятностных констант Pf)(K), п 6,1,2,..., К 0,1,2,.., не зависят, от параметра, а высокоинтенсивная смена состояний характеризуется отсутствием последействия, что в целом обеспечивает высокие точность и быстродействие генератора. При этом функцию линии временной задержки, связанную с формированием двух независимых пуассо- новских потоков импульсов с равными интенсивностями, выполняет устройство выравнивания, которое может быть выполнено на базе типовых элементов дискретной техники. На фиг. 1 приведена структурная схема генератора; на фиг. 2 - граф состояний подсистемы делитель частоты - счетчик, на фиг. 3 - вероятностные константы Pf, (к), К 6,6; п 0,12. Генератор потоков случайных событий содержит первый 1 и второй 2 датчики пуассоновских потоков и мпульсов, блок 3 выравнивания интенсивностей потоков импульсов, регулируемый делитель 4 частоты, счетчик 5, стробированный дешифратор 6, коммутатор 7 и блок 8 элементов ИЛИ. Кроме того, устройство 3 выравнивания содержит высокочастотный генератор 9, триггер 10, первый 11, второй 12, третий 13, четвертый 1 элементы И, первый 15 и второй 16 элементы ИЛИ. Датчики 1 и 2 пуассоновских потоков импульсов могут быть выполнены по типовой схеме, содержащей последовательно соединенные источник шума, усилитель, пороговый элемент и форми-, рующий каскад. Счетчик 5 и делитель частоты, представляющий собой пересчетную схему с заданным коэффициентом (К+1) деления, могут быть выполнены по схеме последовательного соединения статических триггеров в режиме счета импульсов. Для делителя частоты вводятся обратные связи, обеспечивающие различные коэффициенты деления (К+1) - 1 Стробированный дешифратор 6 может быть выполнен в виде группы элементов И {по числу выходов) и дешифратора состояний счетчика 5 с потенциаяьными выходами, соединенными соответственно с управляющими входами элементов И группы. При этом информационные входы элементов И группы объединены и являются управляющим входом стробированного дешифратора. Работа генератора сострит в еледующем. С помощью блока 3 выравнивания пуассоновские потоки импульсов датч ков 1 и 2, имеющие в общем случае разную интенсивность, преобразуются в потоки с равной интенсивностью бе нарушения их вероятностных свойств и первоначальной взаимной независимости. Интенсивность выходных потоков устройства выравнивания предст ляет собой среднее арифметическое Я от интенсивностей -ft , Я 2 входны потоков --- л , МВЫХ ЙЫХ Для этой цели частота генератора 9 , , определяющая частоту переключений триггера 10, устанавливается на один порядок выше наибольшей интенсивности одного из двух потоков f,, 5 10 max (2) it 1 ,2 При выполнении условия (2) произво Аится равномерное распределение импульсов потоков А /( и Д 2 по выхо дам четырех элементов И (11,, 12 и 13, 1), при котором форм11руются не зависимые пуассоновские потоки с ин -Д . тенсивностями Я-.г-Д. -7г И 42- -2 на выходах соответст 15 4 а вующих элементов И. С учетом Перекрестных связей .между выходами элеме тов И (12 и 13) и входами элементов ИЛИ (15 и 16) на выходах последних образуются потоки с интенсивностямИ (1) . Каждый импульс с выхода элемента ИЛИ 15 увеличивает состояние n(t) счетчика 5 на единицу. Импульсы с выхода элемента ИЛИ 16 увеличивают состояние делителя частоты, и каждый (К+1)-й импульс производит сброс содержимого счетчика 3 в нуль. В стробированном дешифраторе 6 процесс n(t) отображается временем .удержания в открытом состоянии толь ко одного п-го Выхода. Импульсы опроса, поступающие «в произвольные моменты времени, распределяются по вы ходам дешифратора с безусловнь(ми вероятностями Pfi(K), составляющими полные группы событий при различных значениях К, 1Р„(К) 1, К 0,1,2,...,(3) h--o - номер выхода дешифратора 6; (К+1) - коэффициент деления делителя t. Численные значения вероятностей Р(К) определяются в помощью графа состояний дискретной системы делитель k частоты - счетчик 5, приведенного на фиг. 2. . На графе переходы вправо происходят под воздействием потока на . счетном входе счетчика 5, а переходы вниз - под воздействием потока Я на счетном входе делителя . Интенсив ности возможных переходов рассматриваемой пуассоновской системы одинаковы и равны Я. По этой причине система алгебраических уравнений для предельных условных вероятностей Рцj состояний счетчика 5 не зависит от раметра 7 ,--2Poo Р - OD 00 РП, -QP, РОО . . ,ни ; 4, к-г Р ЗР пи,о по Pn-,.n4o2V Pn.,. р.1. Р-ОР П-1.К-4 П.И--2 Чк-ч Параметр О, входящий в левые и правые части уравнений системы (k) , сокращается. Безусловные вероятности Р (К) со стояний Sf)(K) (фиг. 2)счетчика 5 определяются суммами условных вероятностей состояний счетчика 5 при различных состояниях делителя Ц частоты S

где -«возможные состояния делителя

4 частоты 0,1,2,..., К-1. Из решения системы () линейных алгебраических уравнений при услови Г (3) и с учетом (5) находим безусловные вероятности состояний S),j(K) счетчика 5 в произвольный момент времени

Наборы вероятностных.констант, ра считанные по формуле (6) с учётом т таблицы коэффициентов ), приве-. дены на графике фиг. 3. Таким образом, в предлагаемом генераторе формируемые вероятностные константы РП(К) не зависят от параметров , датчиков 1 и 2. Благодаря этому предлагаемый генератор по точности работы не уступает известному генератору. Поскольку вероятности возбуждения каждого выхода дешифратора 6 априори известны, то при объединении этих выходов с помощью коммутатора 7 и блока 8 элементов ИЛИ можно формировать несовместимые случайные события распределенные в пространстве (по выходам гейератора) в соответствии с требуемым законом. Процедура настройки предлагаемого генератора аца логична процедуре-настройки известногбгенератора. При этом используются приведенные на фиг. 3 наборы вероятностных констант Pfj (к). Для формирования независимых слуI чайных событий период Т опроса ге

где Ьп{К) - коэффициенты, значения которых для п 1 и К1 1 определяются с помощью рекуррентного соотношения Ь„(К) - bj(K-1)i Ь„ (К) при двух граничных условиях Ь(0) 1 при п

.5 0,1,2,.. и Ьо(К) . при К 0,1,2,...

Численные значения коэффициентов нератора, как и в случае известного генератора, должен превышать величину Т , о Я Таким образом, замена линии временной задержки логическим устройством выравнивания интенсивностей двух потоков импульсов сокращает объем электронного оборудования и упрощает конструкцию генератора методическая погрешность при формировании вероятностных констант практически отсутствует, повышается надежность работы, при выходе из строя одного из датчиков генератор сохраняет работоспособность при некотором снижении быстродействия (формулы J и 7). Кроме того,схема предлагаемого генератора, содержит небольшое число внешних контактов и состоит из простейших .Структурных и логических элементов дискретной техники, что создает улучшенные возможности для выполнения значительной его частей в виде унифицированной микросхемы на основе интегральной технологии. t 2 3 Ц 5 6 1 8 в Фиг.З Ю tr t