Вероятностный 1, @ -полюсник Советский патент 1987 года по МПК G06F7/58 

1Тзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для моделирования пространственно распределенных случайных событий с заданным дискретным распределением вероятностей.

Цель изобретения - повышение быстродействия.

На фиг.1 приведена структурная схема вероятностного 1,К-полюсника; на фиг.2 - блок определения места плавающей запятой; на фиг.З - канал преобразования интенсивности случайного потока импульсов; на фиг.4 - регистр памяти несовместных случайных событий.

Вероятностный 1,К-полюсник содержит группу из N генераторов 1 случайных потоков импульсов, группу из N элементов ЗАПРЕТ 2, блок 3 выравнивания интенсивностей N случайных потоков импульсов, группу из N гистров 4 памяти, блок 5 определения места плавающей запятой в совокупности из N управляющих кодов, группу из N каналов 6 преобразования интенсивностей случайных потоков, регистр 7 памяти несовместных случайных событий и группу из N элементов И 8.

При этом блок 5 содержит первую 9 и вторую 10 группы элементов ИЛИ и

.группу элементов НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ 1 I -

Каждый канал 6 группы содержит генератор 12 импульсов, элемент ЗАПРЕТ 13, три группы элементов И 14- 16, группу элементов ЗАПРЕТ 17,счетчик 18 со счетными входами в каждом разряде, элемент 19 задержки и элемент ИЛИ 20.

Вероятностный 1,Ы-полюсник работает следующим образом.

Случайные потоки импульсов генераторов 1 группы через постоянно открытые (в отсутствие импульсов опроса) элементы ЗАПРЕТ 2 группы поступают на соответствующие входы блока. 3 выравнивания их интенсивностей. Входные потоки, имеющие в общем случае разную интенсивность Л , / ... f f с помощью блока 3 преобразуются в независимые потоки импульсов с одинаковой интенсивностью, равной их среднему арифметическому

- Г - - -

(1)

5

0

5

0

5

С N выходов блока 3 потоки импульсов поступают на входы соответствующих каналов 6 преобразования интенсивностей группы, на управляющих входах которых присутствуют двоичные коды соответствующих регистров 4 группы.

Поскольку операция преобразования интенсивностей основана на вероятностном прореживании входного потока импульсов, в результате которого интенсивность выходного потока меньше входного, то управляющие коды X представляются в виде двоичных правильных дробей О,а , ,

... , , а J 0,1 , i 1,N, j 1,т,

численные значения которых заключены в пределах 10,1.

Двоичные коды X , i 1,N также поступают на соответствующие входы логического блока 5 определения места Z 0,т-1 плавающей запятой.

На выходах элементов ИЛИ 9 первой группы блока 5 формируется объединенный код X , в котором состояния разрядов являются функцией дизъюнкции состояний одноименных разрядов всех N управляющих кодов. С помощью второй группы элементов ИЛИ 10 формируется параллельный унитарный код

« tO, : 11. места мантиссы

Z m-Z

объединенного кода Х. Код Х места мантиссы является исходным для группы элементов НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ 11,

которые формируют параллельный уни- 1 тарный код X,

5

0

лг

0

00...00 1 00...00

V,

. . - Z m-Z-1 места плавающей запятой.

Коды Xj и Х соответственно с первого а и второго S ходов блока 5 поступают на соответствующие входы коррекций всех преобразователей 6 группы.

Действие кодов коррекции X и Х на каждый преобразователь 6 группы сводится к тому, что (Z+1)-й элемент И 16 третьей группы, а также первые по порядку Z элементов ЗАПРЕТ 17 группы находятся в состоя- I НИИ Открыто. Все другие элементы И 1-6 третьей группы и элементы ЗАПРЕТ 17 группы - в состоянии Закрыто.

Рассматривают работу отдельного канала 6 преобразования труппы с

учетом состоянии его элементов, заданных кодами коррекции X и Х.

Импульсы генератора 12 с часто- трй ff х- Ю Л через постоянно открытый (в отсут ствие импульсов случайного потока/( ) элемент ЗАПРЕТ 13 и открытый (7+1)-й элемент И 16 третьей группы поступают на счетный вход (Z+1)-ro разряда счетчика 18. Первый с момента появления кодов X и Х импульс случайного потока А чере открытые элементы ЗАПРЕТ 17 группы проходит на соответствующие разрядные входы Сброс счетчика 18 и устанавливают Z младших, разрядов счет :чика 18 в состояние нуль. В результате этой коррекции импульсы потока J беспрепятственно (через 2,4, ....,2Е-й элементы И 14 первой группы) проходят на объединенные первые входы 2(Z+1)-ro и /2-(Z+1)+ 17-го элементов И 14 группы.

Укороченный на Z разрядов счетчик 18 работает в режиме пересчета генератора 12 по модулю

18 совместно с частью (m-Z)-nap элементов И 14 группы,соответствующих активным разрядам счетчика 18, обеспечивает геометрическое с параметрами ,5 распределение вероятностей появления импульсов случайного потока А на выходах нечетных элементов И 14 (Z+1), (Z+2),...,т пар группы.

При фиксированном месте Z 0,mплавающей запятой интенсивности потоков импульсов на выходах нечетных

импульсов

2 . Счетчик

J 1,3,5,, равны

элементов И 14 группы

Z

Z, i 1 ,m

На входы элементов И 15 второй группы поступает группа.из (m-Z)-ненулевых (по интенсивности) потоков с интенсивностями (2), смещенная в пространстве входов элементов И 15 второй группы на величину Z, характеризующую место плавающей запятой в зад анной совокупности из п управляющих кодов.

На выходе элемента ИЛИ 20, выпол- няющего операцию объединения (суммирования) случайных потоков образуется случайный поток импульсов с интенсивностью

д

.1 1,N

(3)

С выходов каналов 6 преобразования группы импульсы случайных потоков воздействуют на соответствующие разряды регистра 7 памяти несовместных случайных событий.

Работа регистра 7 состоит в том, что каждый импульс с выхода i-ro преобразователя 6 группы устанавливает i-й разряд регистра 7 в 1, а все другие - сбрасывает в нуль. В результате этого на выходах элементов :памяти регистра 7 формируется не- перекрываю1циеся случайные двоичные процессы ;(t) с параметрами Р. - Р{ И, (t:) l , определяемыми соотношением

Р.

V

i 1,N

X

25

30

35

40

Случайные двоичные процессы T.(t) поступают на первые входы элементов И 8 группы, при опросе которых реализуются случайные события (появление импульса опроса на i-м выходе).

Для повышения надежности работы и, в частности, для сохранения длительности импульса опроса на выходе вероятностного 1,N-пoлюcникa выходы генераторов 1 группы с помощью группы элементов ЗАПРЕТ 2 отключаются от устройства 3 выравнивания на время прохождения импульса опроса.

Верхняя частота опроса F лагаемого вероятностного 1,М-полюс- ника, обеспечивающая независимость случайных событий, определяется следующим образом

45

(А)

где

/1 - суммарная интенсивность

смены состояний регистра 7 несовместных случайных со50

бытий, равная 2 N предлагаемого вероятностного 1,Ы-полюсника и

N

X -2

для

J 1

известного полюсника. При фиксированном месте Z плавающей запятой выигрыш в быстродейстВИИ по сравнению с известным полюс- ником составляет В 2 раза.

Повышение быстродействия предлагаемого вероятностного 1,Ы-полюсни- ка в динамическом диапазоне изменения т-разрядных двоичных кодов О -i Х ё- 2 - 1 оценивают в среднем,При равновероятном месте Z плавающей запятой на базе в т-разрядов (,m-1) средний выигрыш В в повышении быстродействия (производительности) предлагаемого вероятностного 1,Н-полюс- ника составляет

1

га

г 2

7. 0

m

(5)

и при m 8 достигает В 32 раза. Предлагаемый вероятностный 1,N- -полюсник прост в настройке на требуемый дискретный закон распределения вероятностей выходных событий, имеет высокое быстродействие (единицы микросекунд на формирование одного события) и высокую надежность. Выход из строя даже нескольких генераторов 1 группы не нарушает работы устрор1ства, в этом случае в соответствии с формулой (4) изментется только верхняя частота его опроса.

Ф. ормула изобретения

Вероятностный 1,N-пoлюcник, содержащий группу из N-генераторов случайных потоков импульсов, блок выравнивания интенсивностей N случайных потоков импульсов, регистр памяти, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, он содержит группу из N регистров памяти, группу из N элементов запрет, N каналов преобразования интенсивностей случайных потоков,причем каждый из которых содержич- генератор импульсов, элемент запрет, три группы элементов И, группу элементов запрет, счетчик, элемент задержки, элемент ИЛИ, кроме того, вероятностный 1,К-полюсник содержит группу элементов НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ, первую и вторую группу элементов ИЛИ, причем в каждом канале преобразования интенсивностей случайных потоков выход генератора импульсов подключен к прямому входу элемента ЗАПРЕТ, выход элемента задержки соединен с пер

5

выми входами первого и второго элементов И первой группы, выходы i-x элементов И первой группы (где i 1,3,5..,) подключены к первым входам соответствующих элементов И второй группы, выходы которых подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ, выход каждого j-ro элемента И первой группы (где j 2,4, 6...) подключен к первым входам двух последующих элементов И той же группы, вторые входы i-x элементов И первой группы соединены с одноименными прямыми разрядными выходами счетчика, а вторые входы j-x элементов И первой группы соединены с одноименными инверсными разрядными выходами счетчика, разрядные входы обнуления которого подключены к вы ходам соответствующих элементов ЗАПРЕТ группы, счетные разрядные входы счетчика соединены с выходами соответствующих элементов И третьей группы, первые входы которых объединены и подключены к выходу элемента ЗАПРЕТ, информационные выходы блока вырав нивания подключены в калсдом канале к инверсным входам элемент,рв ЗАПРЕТ, к входам элементов задержки и прямым входам элементов ЗАПРЕТ групп всех каналов преобразования интенсивностей случайных потоков, входы задания случайных потоков блока выравнивания слу-5 чайных потоков соединены с соответствующими выходами элементов ЗАПРЕТ группы, инверсные входы которых объединены с первыми входами элементов И группы и образуют вход Опрос вероятностного 1,К-полюсника, прямые входы элементов ЗАПРЕТ группы подключены к выходам соответствующих генераторов случайных потоков импульсов, вторые входы элементов И группы подключены к соответствующим разрядным выходам регистра памяти, выход1з1 элементов И группы являются выходами вероятностного 1,К-полюсника, разрядные входы регистра памяти соединены с выходом элемента ИЛИ одноименного канала, вторые входы элементов И второй группы каждого канала преобразования интенсивностей случайных потоков сое- |динены соответственно с разрядными

выходами одноименного регистра памяти группы, выход первого элемента ИЛИ первой группы соединен с вторыми вхо0

0

5

0

дами первых элементов И третьей группы каждого канала преобразования ин- тенсивностей случайных потоков, причем вторые в ходы k-x элементов И третьей группы всех каналов преобразования интенсивностей случайных потоков (где ,3,4,..,) подключены к выходам k-x элементов НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ группы, выход первого элемента ИЛИ первой группы соединен с инверсными входами первых элементов ЗАПРЕТ всех каналов преобразования интенсивностей случайных потоков, инверсные входы k-x элементов ЗАПРЕТ группы каждого канала преобразования интенсивностей случайных потоков соединены с выходами k-x элементов ИЛИ второй группы, входы каждого элемента ИЛИ первой группы соединены с одноименными разрядными вы0

5

0

ходами всех регистров памяти группы, выходы k-x элементов ИЛИ первой группы подключены к первым входам k-x элементов ИЛИ второй группы, выходы элементов ИЛИ второй группы соединены с первыми входами элементов НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ группы, причем второй вход каждого элемента НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ группы, начиная с второго, соединен с первым входом предыдущего элемента НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ группы, второй вход первого элемента НЕЭКВИ- ВАЛЕНТНОСТЬ группы соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ второй группы и подключен к выходу первого элемента ИЛИ первой группы, выходы элементов ИЛИ второй группы, кроме последнего, соединены соответственно с -вторыми входами элементов ИЛИ той же группы.$

а S

|Гр1 га ж ---та

д

гТу jjf- .у рТ ф

|ЭЗт:Э

f U у j

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для моделирования случайных пространственно распределенных событий с заданным дискретным законом распределения вероятностей.Цель изобретения повышение быстродействия. Устройство содержит группу генераторов случайных потоков импульсов, группу элементов ЗАПРЕТ, блок выравнивания потоков импульсов, N каналов преобразования случайных потоков импульсов, регистр памяти, группу памяти, группу элементов И, группу элементов НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ, первую группу и вторую элементов РШИ.Поставленная цель достигается за счет введения новых блоков и функциональных связей. 4 ил. 1C со :о j со

Фмг,

Составитель И, Загорбинина Редактор Н. Рогулич Техред И.Попович Корректор С. Черни

, ™ ™ -- --«--- --- ч- «««« .««i.

Заказ 272/48Тираж 673 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раувлская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4