Устройство для анализа распределения случайного процесса Советский патент 1984 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к вычисли тельной технике, предназначено для анализа и вычисления плотности вероятностей и функции распределения случайных процессов и может быть использовано в вычислительной технике, а именно в устройствах цифро вой обработки сигналов, применяемы в медицине, геодезии, радиолокацией Известно устройство для анализа случайных процессов, содержащее аналого-цифровой преобразователь, регистры, счетчик импульсов lj . Недостатками данного устройства являются сложность устройства и невозможность выполнения в одном устр стве анализа распределения, вычисления плотности вероятностии функции распределения случайного процесса. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для вычисления относительной плотности вероятности по алгоритму, в соответствии с кото рым определяются количества одинако вых значений в случайном процессе, содержащее сумматор, аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с информационным входом устройства, блок памяти, выход кото рого соединен первым входом сумматора 2 . Недостаток известного устройства - низкое быстродействие, так как невозможно формирование следующего значения на выходе аналого-цифрового преобразователя до окончания цикла записи в блок памяти. Результат вычисления относительной плотно ти вероятности в данном устройстве неудобен для дальнейшего анализа и обработки; так как отличается в М раз от .истинного значения, М - количество анализируемых отсчетов, которое может изменяться с каждым новым измерением. Кроме того, прото тип не имеет возможности вычислять такую важную характеристику случайного процесса как функцию распределения. Цель изобретения - увеличение бы стродействия устройства, а также распирение его функциональных возможностей путем вычисления истинног значения плотности вероятности и функции распределения. . Поставленная цель достигается тем, что в устройство для анализа случайного процесса, содержащее бло памяти, выход которого соединен с первым входом, сумматора, аналого-ци ровой преобразователь, вход которог является информационным входом устройства, введены счетчик импульсов, элемент И-НЕ, коммутатор адреса, регистр адреса, блок деления,элемен НЕ, коммутатор данных, регистр и ге нератор тактовых импульсов, выход которого подключен к первому входу элемента И-НЕ, к входу синхронизации регистра адреса, управляющему входу блока памяти и к счетному входу |счетчика импульсов, разрядность которого равна п-. k (где м - количество разрядов в слове, а 2 N - количество слов) выходы m-k разрядов которого подключены к первому входу блока деления, k младших разрядов счетчика импульсов соединены с первым входом коммутатора адреса, второй вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, выход k -го разряда счетчика импульсов соединен с вторым входом элемента И-НЕ, третий вход которого объединен с входом элемента НЕ, с управляющими входами коммутатора адреса, коммутатора данных, блока деления и является управляющим входом устройства, выход элемента подключен к входу синхронизации регистра, выход которого подключен к второму входу.сумматора, выход KOTOpioro соединен с информационным входом регистра, первым информационным входом коммутатора данных и является выходом устройства, второй информационный вход коммутатора данных подключен к выходу блока деления, вто|зой вход которого соединен с выходом блока памяти, выход коммутатора адреса подключен к информационному входу регистра адреса, выход которого соединен с адресным входом блока памяти. На чертеже представлена структурная схема устройства. Устройство для анализа распределения случайного процесса содержит аналого-цифровой преобразователь 1, вход которого соединен с информационным входом устройства, а выход с вторым входом коммутатора 2 адреса , выход коммутатора 2 адреса подключен к входу регистра 3 адреса, выход которого соединен с адресным входом блока 4 памяти; генератор 5 тактовых импульсов своим выходом подключен к счетному входу счетчика 6 импульсов, к входу управления записью считыванием блока 4 памяти, к первому входу элемента И-НЕ и к синхровходу регистра адреса 3, управляющий вход устройства соединен с входом элемента НЕ 8, с управляющим входом коммутатора 2 адреса и коммутатора 9 данных, с входом приема делимого в блок 10 деления и с вторым входом элемента И-НЕ 7, выход элемента НЕ 8 подключен к входу переноса в младший разряд сумматора 11, с младших разрядов счетчика импульсов 6 соединены с пер вым входом коммутатора 2 адреса, а П4-К разрядов - с входом блока 10 деления, k -ый разряд счетчика б им пульсов, кроме того, соединен с третьим входом элемента И-НЕ 7, вхйд блока 4 памяти соединен с выходом коммутатора 9 данных, первый вход которого соединен с выходом блока 10 деления, а второй - с выходом сумматора 11 входом регистра 12 и выходом устройства, выход блока 5 памяти соединен с первым входо сумматора 11, с вторым входом блока 1.0 деления, выход регистра 12 соединен с вторым входом сумматора 11, а синхровход регистра 12 подключен к выходу элемента И-НЕ 7. На управляющий вход устройства п тупает признак режимов: Анализ слу чайного процесса, Вычисление плот ности вероятности и функции распределения. Устройство выполняет режим Анализ случайного процесса в соответс ВИИ с алгоритмом, по которому зна:чение операнда А; на выходе аналого цифрового преобразователя 1 являемс ал1эесом ячейки блока 4 памяти, k и формации Р хранящейся в ячейке А, прибавляется единица и результат Р записывается по адресу А;. Выражение для получения истинног значения плотности вероятности Имее . Р, Р, „. Н-. ,. 21 Р; М о Из 1) видно, что требуется выпо нить формирование значений/Р,- т.е. вьтолнить анализ распределения случайнрго процесса по .всем адресам А, {л 0, 1 . .. ), а затем каждое значение Р разделить на суммарное .количество данных М, доступивших в устройство. Выражение, ,,i,,..h-l Является функцией распределения. Сл дует отметить, что необходимым условием -работы устройства является М.ТТИ , - VrTH 04 АЦП ГТИ г А ;; ) где Т - период формирования зна чения А; аналого-цифровым преобразователем 1; - .. ., гти период следования синхроимпульсов генератора 11 тактовых импульсов; .ми - длительность положитель ного 1мпульса в синхроимпульсе д - период синхроимпульсов для блока 10 деления (не показано); . п - требуемая разрядность р зультата; п - коэффициент, зависящий от выбранного алгоритма деления. Рассмотрим работу устройства в режиме Анализ распределения случайного процесса .В исходном положении счетчик б импульсов, регистр 12 и все ячейки блока 4 памяти содержат нули (цепи установки исходного положения не показаны). Пусть этому режиму соответствует нулевое значение на. управляющем входе устройства, которое разрешает прохож-, дение через коммутатор 2 адреса информации с выхода аналого-цифрового преобразователя 1, через коммутатор 9 данных информации с выхода сумматора 11, обеспечивает с помощью элемента НЕ 8 единичное значение на входе переноса в младший разряд сумматора 11, запрещает прохождение через элемент И-НЕ 7 синхроимпульсов с выхода генератора 5 тактовых импульсов на синхровход регистра 12. Пусть на входе аналого-цифрового преобразователя 1 присутствует значение А;, . В первом тйкте первый синхроимпульс положительным перепа-дом устанавливает счетчик б импульсов в состояние 00. . ,01. Этим же перепадом вьшолняется прием информации А с выхода аналого-цифрового преобразователя 1 в регистр 3 .адреса и в это же время с выхода генератора 5 тактовых импульсов единичное значение синхроимпульса,.-которое пусть соответствует режиму считывания данных из блока 4 памяти, поступает на вход управления записью, считыванием блока 4 памяти. Выполняется считывание операнда P.J W. . .0 по адресу А, . Значение Р поступает на вход сумматора 11 и прибавляется к единичному значению на входе переноса в младший разряд. Величина Р; 00,...01 с выхода сумматора 11, пройдя через коммутатор 9 данных, поступает на вход блока 4 памяти. В это время с выхода генератора 5 тактовых импуль сов поступает нулевое значение, которое пусть соответствует режиму записи в блок 4 памяти. Р 00...01 записывается в блок 4 памяти по адресу А . Остальные М-1 тактов.выполняются аналогично. Значение М - количество анализируемых данных,произвольно может устанавливаться оператором, но М не должно быть более 2, так как будет переполнение счетчика импульсов б. После оконча.ния режима Анализ распределения случайного процесса оператором устанавливается режим Вычисление .плотности вероятности и функции распределения, которому соответствует единичное значение на управляющем входе устройства, присутствие единичного значения на управляющем входе устройства разрешает прохождение k разрядов с выхода счетчика 6 иктульсов через

коммутатор 2 адреса на вход регистра 3 адреса, информации с выхода блока 10 деления через коммутатор

9данных на вход блока 4 памяти, обеспечивает с помощью элемента НЕ

8 нулевое значение на входе переноса в-младший разряд сумматора 11. Положительный перепад на управляюще входе, поступая на вход управления блока 10 деления, выполняет приём делителя, а.именно кода М счетчика 6 импульсов в блок 10 деления, после чего счетчик 6 импульсов устанавливается начальной установкой в исходное состояние 00...00. После установки исходного положения в пер вом такте положительным перепадом синхроимпульса генератора 5 тактовых импульсов выполняется прием адреса .O с выхода счетчика 6 импульсов в регистр 3 адреса. Соетояние счетчика б импульсов при этом изменяется на 00...01. Выполняется считывание операнда по ресу АО , который поступает в бло

10деления, где выполняется деление Значение 8 через коммутатор 9 данных поступает на вход блока 4 памяти. Отрицательный уровень этого же синхроимпульса разрешает запись BO по адресу Ад в блок 4 памяти. Во втором такте с приходом второго синхроимпульса код счетчика

6 импульсов 00...01 записывается в регистр 3 адреса, а состояние счетчика 6 импульсов изменяется на 00... 10. При положительном уровне С1|нхроимпульса выполняется считывание Р по адресу А, 00...01, операцияi/M - Bfc в блоке 10 делени$1, при отрицательном - запись Bi по адресу А, в блок 4 памяти. Вьгчисление остальных значений 8i (i 0,1... г плотности вероятности осуществляет.ся аналогично.-вышеописанным тактам.

Признаком окончания вычисления плотности вероятности является единичное значение в k -том разряде счетчика б, которое разрешает прохождение синхроимпульсов с выхода генератора 5 через элемент И-НЕ 7 на синхровходе регистра 12, На синхровход регистра 12 поступают инвер-тированные импульсы относительно синхроимпульсов генератора 5.

л рри состоянии счетчика б

0...010...00 очередной положительный перепад синхроимпульса счетчика ддписывает в регистр Э адреса код 00...00 изменяет счетчика б импульсов на 0. . .01&777б 1 . Единичное значение на входе управления записью, считывания разрешает считывание информации Bj, по адресу й 00...00 из блока 4 памяти. Положительным перепадом на синхровходе регистра 12 BQ записывается в него. Значение В с выхода регистра 12 поступает на вход сумматора 11. Следуемая далее запись данных в блок 4 памяти не влияет на результат вычисления функции распределения F) . Следующий положительный перепад синхроимпульса на входе регист а 3 записывает в него адрес А 00... 01, изменяет сос ряние k счетчика б импульсов на О ... 01 О ... 1 О, положительное значение синхроимпульт са разрешает считывание В по адресу А; . На сумматоре 11 выполняется суммирование BO и 8 , а результат суммирования f, положительным перепадом на синхровходе записывается в регистр 12. Остальные такта выполняются аналогично. После выполнения j -го такта в регистре 12 получаем значение функции распределения Fy , которое поступает на выход устройства.

Заметим, что переполнение сумматора 11 исключено, так как значение FJ всегда меньше 1, считая, что запятая зафиксирована перед старшим разрядом.

Устройство для анализа распределения случайного процесса входит в состав процессора спектральной обработки сигналов, и составляет около 10% его аппаратурных затрат. По сравнению с базовым объектом,. серийно выпускаемым, который является процессором спектральной обработки сигналов предлагаемый процессор, а вместе с ним и предлагаемое устройство, .имеют повышенное быстродействие.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА, содержащее блок памяти, выход которого соединен с первым входом сумматора, аналого-цифровой преобразователь, вход которого является информационным входом устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем определения истинного значения плотности вероятности и функции распределения, он содержит счетчик импульсов, элемент И-НЕ, коммутатор адреса, регистр адреса, блок деления, элемент НЕ, коммутатор, данных, регистр и генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к первому входу элемента И-НЕ, к входу синхронизации регистра адреса, управляющему входу блока памяти и к счетному входу счетчика импульсов, разрядность которого равна Л+k (где и - количество разрядов в слове, а 2 Н - количество слов выходы nf k разрядов которого подключены, к первому входу блока деления, k младших разрядов счетчика импульсов соединены с первым входом коммутатора адреса, второй вход которого соединен с выходом аналого-ци(ового преобразователя, выход k -го разряда счетчика импульсов соединен с вторым входом элемента И-НЕ, третий вход которого объединен с. входом элемента НЕ, с управляющими- входами коммутатора адреса, коммутатора данных, блока деления и является управляющим входом устройства, выход л элемента И-НЕ подключен к входу синхронизации регистра, выход которого подключен к второму .входу сумматора, выход которого соединен с информационным входом регистра, первым информационным входом коммутатора данных и является выходом устройства, второй информационный вход коммутатора данных подключен к выходу блока деления, второй вход которо го соединен с выходом блока памяти, СП выход коммутатора данных соединен с информационным входом блока памяти, выход коммутатора данных адресо са пЬдключен к информационному входу регистра адреса, выход которого соединен с адресным входом блока памяти