Генератор потоков случайных событий Советский патент 1984 года по МПК G06F7/58 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь зовано при моделировании систем с учетом влияния взаимосвязанных случайных внешних воздействий, при построении вычислительных и моделирую щих устройств, а также при построении автоматизированных испытательных комплексов. Известен генератор потоков корреля ционно зависимых событий, содержа щий датчик потоков случайных импуль сов, линию задержки, триггер, генератор импульсов и конъюнктор Cl. Недостатком данного генератора является то, что на его выходе формируется одноразрядное двоичное слу чайное число (1 или О,), что затрудн ет формирование с помощью этого уст ройства случайных процессов сложной структуЕФл, Кроме того, между требуе мым коэффициентом корреляции и перио дом следования сигналов от генератор импульсов достаточно сложная матема тическая зависимость. Наиболее близким к предлагаемому является генератор потоков случайных событий, содержащий датчик .первичных потоков случайных импульсов, кипп-реле, схему совпадения и последовательно соединенные счетчик импул сов, дешифратор, коммутирующее устррйство и блок схем ИЛИ, причем выход датчика первичных потоков случай ных импульсов подключен к импульсному входу схемы совпадения, потенциальный вход которой соединен с выходом кипп-реле, а выход схемы совпадения подключен к входу счетчика импульсоэ, другие входы которого связаны с входами кипп-реле, а выходы подключены к входам дешифратора C2J Однако известный генератор не позволяет формировать потоки случайных cqбытий с требуемыми корреляцион ными свойствами, в то время как при решении многочисленных задач надежности, связи я статической радиотех НИКИ возйнкает необходимость именно в потоках корреляционно зависимых сшучайных событий, Цепь изобретения - расширение функциональиых возможностей генератора потоков случайных событий за счет обеспечения автокорреляционной зависимсюти в выходной последовательности. Поставленная цель достигается тем, что в генератор потокощ, случайных событий, содержащий датчик перг вичного потока случайных импульсов, одиовибратор, вход которого является входом Опрос генератора и соединеи с установочным входом счетчика, а выход одновибратора соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен со счетным Входом , разрядов которого соединены с соответствующими входами дешифратора, выходы которого соединены с соответствующими входами коммутатору, выходы которого соединены с соответствующими входами блока элементов ИЛИ, выходкоторого является выходом генератора, введены мультиплексор, два элемента задержки и элемент ЗАПРЕТ, выход .которого соединен с управляющим входом мультиплексора, выход которого соединен с вторым входом элемент И и с входом первого элемента задержки, выход которого соединен с первым входом мультиплексора, второй вход которого подключен к выходу датчика первичного потока случайных импульсов, выход одновибратора соединен с входом второго элемента задержки и с прямым входом элемента ЗАПРЕТ, инверсный вход которого подключен ;к выходу второго элемента задержки, управляющий вход которого является управляющим входом, генератора. На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого генератора; на фиг. 2 - то же, варианта построения первого элемента задержки} на фиг.З временная диаграмма работы генератора. Генератор потоков случайных событий содержит датчик 1 первичного потока случайных импульсов,одновибратор 2, второй элемент 3 задержки,элемент ЗАПРЕТ 4,мультиплексор 5,элемент И 6,первый элемент 7 задержки,счетчик 8, дешифратор 9, коммутатор 10 и блок 11 элементов ИЛИ. Рассмотрим назначение отдельных блоков генера-зрора. Датчик 1 потоков случайных импульсов предназначен для формирования первичного случайного импульсного потока с требуемой интенсивностью, одновибратор 2 - для формировайия прямоугольного импульсного сигнала длительностью Т при поступлении на вхэд генератора импульса опроса (ио, фиг.1), а элемент 3 задержки - для формирования прямоугольного импульсного сигнала длительностью Т, идентичного исходному сигналу, формируемому одновибратором 2, но Сдвинутому относительно исходного сигнала на управляемый интервал времени Т . Элемент 3 задержки содержит блок 12 из г неуправляемых элементов задержки и второй мультиплексор 13 (фиг. 31. Элемент 3 задержки работает следующим образом. Код, определяющий время задержки f, поступает на управляющие входы мультиплексора 13. Мультиплексор 13 осуществляет коммутацию входа1 с номером равным коду, поданному на его управляющие входы, с выходом мультиплексора 13. На первый вход элемента 3 поступает сдвигаемый сигнал с выхода одновибратора 2 На выходе первого элемента 7 задерж ки блока 12 элементов задержки сигнал сдвинут на время Т время задержки на одн9м элементе, н выходе второго элемента - на время 2to и т.д. Таким образом, на выхо де мультиплексора 13, т.е. на выходе управляемого элемента 3 задержки сигнал появляется через время где (Ц, - код, поданный на управляющ входы мультиплексора. Блок 12 элементов задержки обеспечивает задерж ку сигнала на время 1 гТ , где Ч (V разрядность управляющего кода мультиплексора 13 ). Элемент 4 предназначен для формирования сигнала, управляющего ком мутацией мультиплексора 5. Мультиплексор 5 применяется для коммутации на вход элемента И б потоков импульсов с выхода датчика 1 потоко случайных импульсов и с выхода элемента 7 задержки, элемент И б - для осуществления логического подключения счетного входа счетчика 8 к выходу мультиплексора 5 при наличии сигнала на выходе одновибратора 2, :а элемент 7 эгщержки - для хранения последовательности импульсов, посту пивших на счетный вход счетчика 8 импульсов в предыдущем цикле формирования случайного кода. Время задержки /.3 элемента 7 задержки равйо длительности сигнала, формируемого одновибратором 2 по импульсу опроса, И, следовательно, длительности последовательности импульсов, поступивших на счетный вход счетчика 8 импульсов. Хранение последовательности импульсов обеспечивается за.счет того что выход элемента 7 задержки подключен в промежутках между импуль сами опроса к его входу, благодаря чему последовательность импульсов циркулирует в элементе 7 задержки без изменения до следующего цикла формирования случайного кода. Счетчик 8 предназначен для подсч та числа случайных импульсных сигналов, поступающих на его счетный вход с выхода элемента И 6, дешифратор 9 для получения пространствен ного представления случайного кода, хранящегося в счетчике 8 импульсов, а коммутатор 10 и блок 11 элементов ИЛИ - для преобразования пространственно распределенной случайной величины на выходе дешифратора 9, подчиняющейся известному закону распределения вероятностей, в пространственно распределенную случайнуй величину, подчиняющуюся требуемой функции распределения вероятностей. Цепочка элементов 8, 9, 10 11 по функциональному назначению и при ципу действия полностью аналогична соответствующим элементам известного, генератора ГЗ3. Коммутатор 10 может быть реализован с использованием любых переключателей; тумблеров, наборных полей и т.п. Мультиплексор 5 и мультиплексор 13, входящий в состав управляемого элемента 3 задержки, могут быть реализованы на соответствующих элементах широко распространенных серий интегральных комплексов элементов . 133, 155, 500, 533: 133КП1 (16-- 1 , 133КП7 (8-«-Ц, 133КП2 (, К155КП5 (, К500 ИД4 164М ( и К533 КП15 () . Все указанные мультиплексоры имеют разрешающий вход W , что позволяет объединять их для кo Ф yтaции большего количества информационных каналов, например 12, 16, 20, 24 и т.д. Элемент 3 задержки и блок 12 неуправляемых элементов задержки, входящий в состав управляемого элемента 3 задержки, могут быть реализованы, например, с использованием линий задержки типов МЛЗ и ЛЗТ, которые сопрягаются с интегральными комплексами элементов. Кроме того, элементы задержки могут быть реализованы на триггерах (Ими т та, входящих в интегральные комплексы элементов серий 133 и 155: 133ТЛ1 и К155ТЛ1, в которых время задержки определяется значениями величин R и С. Генератор потоков случайных событий (фиг.1 и 2) работает следующим образом. Поступающий импульс опроса (ИО сбрасывает, в нуль счетчик 8 и запускает одновибратор 2, на выходе которого появляется прямоугольный сигнал длительностью Т. Этот сигнал открывает элемент ЗАПРЕТ, поступает на первый вход элемента И и на вход управляемого элемента 3 задержки. После поступления НО в течение времени Т управляемого элемента 3 задержки на его выходе присутствует низкий уровень. Следовательно, в течение этого времени на выходе элемента 4 находится высокий уровень, и мультиплексор 5 пропускает импульсы от датчика 1 потоков случайных импульсов на вход элемента 7 задержки и через откЕжлтый элемент И б на счетный вход счетчика 8. Через время Т после прихода ИО на выходе управляемого элемента 3 задержки появляется сигнал, который закрывает элемент 4, и мультиплексор 5 пропускает импульсы с выхода элемента 7 задержки через открытый элемент И 6 на счетный вход счетчика 8 и на вход элемента 7 задержки (фиг.2К Эти импульсы сохраняются элементом 7 задержки от предыдущего цикла формирования случайно.го кода, лоэт(4у подав их на счетный зход счетчика 8 обеспечим наличие корреляционной за висимости между величиной случайного кода, сформированного в счетчике 8 в предыдущем цикле, и величиной случайного кода, формируемого в текущем цикле. Изменяя время заде1)жки f управляемого элемента 3 за держки, можно управлять долей импульсов от предыдущего цикла, участ вующих в формировании текущего случа ного кода, а следовательно, и степенью корреляционной зависимости между формируемыми случайными величи нами. Количество импульсов, поступивших на счетный вход счетчика 8 - случайный код - определяется интенсивностью Д и вероятностными свойствами потока сигналов, формируемого датчиком 1 потоков случайных импульсов, а также длительностью интервала времени Т. Случайный код, сформированный в счетчике 8, при помощи дешифратора 9 преобразуется в пространственно распределенную случайную величину, которая подчиняется известно закону распределения вероятностей, определяемому вероятностными свойствами потока, формируемого датчиком 1 потоков случайных импульсов. При помощи коммутатора 10 и блока 11 элементов ИЛИ известная функция распределения вероятностей может быть преобразована в з;айанный закон распределения случайных величин. С приходом следующего импульса опроса процесс формирования повторяется. Технико-экономическая эффективность предлагаемого генератора потоJKOB случайных событий определяется тем, что по сравнению с ЭВМ общего назначения (базовым объектом)/ он требует на 2-3 порядка меньших аппаратурных затрат для формирования потока случайных событий с требуемыми корреляционным свойствами. Кроме того, генератор позволяет формировать потоки как случайных, так и псевдослучайных величин, а также обеспечивает на 2-3 порядка более высокое быстродействие при формировании потоков корреляционно зависимых случайных событий. Структура предлагаемого генератора потоков случайных событий позволяет достаточно просто осуществлять агрегатирование идентичных генераторов и на ЗУОА основе создавать многоканальные генераторы потоков случайных событий. При этом генератор П1Я1 совместном использовании его с микропроцессором или микро-ЭВМ дает возможность фОЕМировать нестационарные потоки случайных событий, а при фиксировсшных (заданных / корреляционных связях между событиями в потоке изменять (регулировать/ функции распределения вероятностей формируемых случайных величии.

ГЕНЕРАТОР ПОТОКОВ СЛУЧАЙНЫХ СОИЛТИЙ, содержащий датчик первичного потока случайных импульсов, одновибратор, вход которого является входом Опрос генератора и соединен с установочным входом счетчика, а выход одновибратора соединен с пер вым входом элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчи ка, выходы разрядов которого соединены с соответствующими входами дешифратора , выходы которого соединены с соответствующими входами коммутатора, выходы которого соединены с соответствующими входами блока элементов ИЛИ, выход которого является выходом генератора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения автокорреляционной зависимости в выходной последовательности, он содержит мультиплексор, два элемента задержки и элемент ЗАПРЕТ, выход которого соединен с управляющим входом мультиплексора, выход которого соединен с вторим входом элемента И и с входом первого элемента задержки, выход которого соединен с первым входом муль-g типлексора, второй вход которого подключен к выходу датчика первичного потока случайных импульсов, выход одновибратора соединен с входом второго, элемента задержки и с прямым входом элемента ЗАПРЕТ, инверсный 2 вход которого подключен к .выходу второго элемента задержки, управляющий вход которого является управляющим входсм генератора.

Ф1/.2.

Фиь.З