Устройство для ввода в ЭВМ случайной последовательности импульсов Советский патент 1989 года по МПК G06F13/00 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для ввода в ЭВМ информации о случайной последовательности импульсов, стандартизированных по амплит у- де и длительности, а также для определения статистических характеристик этой последовательности.

Целью изобретения является повышение быстродействия и расширение области применения за счет снижения требований к детерминированности входной последовательности.

На фиг.1 показана функциональная схема устройства; на фиг.2 и 3 - пример конкретной реализации устройства; на фиг.4 - алгоритм программы управления работой устройства; на фиг.5 - временные диаграммы функцио- нирования -устройства; на фиг.6 - алгоритм программы вычисления функции распределения интервалов между случайными импульсами; на .7 - алгоритм программы вычисления значения математического ожидания.

Устройство (фиг. 1-3) содержит блок 1 связи, первьй триггер 2, элемент И 3, второй регистр 4, второй триггер 5, счетчик 6, таймер 7, первый регистр 8, входь и выходы 9-28 устройства, элемент И 29, счетчик 30, элемент И 31, элемент ЙЕ 32, элемент И 33, элемент ИЛИ 34, счетчик 35, одновибратор 36, а также входы и выходы 37-42 отдельных блоков.

Сокращения названий сигналов (фиг.З) являются стандартными для 2К магистрали и означают: ВБР1 и ВБР2 (выборка) - селектирующие уровни, выбирающие тот или иной элемент И в блоке связи; ВД (выдано) - сигнал управления вьшодом из. ЭВМ кода в устройство; ПР (принято) - сигнал управления вводом в ЭВМ кода из уст- ройства; ВП (выполнить) - сигнал запуска или установки в разрешающее состояние какого-либо элемента в устройстве; ОСТ (ортанов) - сигнал останова или сброса в исходное состояние какого-либо элемента в устройстве.

На функциональной схеме (фиг.2) регистры 4 и 8 и счетчики 30 и 35 для упрощения изображены 4-разряд-., ными (в устройстве они имеют по 16 разрядов).

Устройство работает следующим образом ,

0

0

Перед запуском устройства ЭВМ производит его начальную подготовку, вьтолняя следующие операции (фиг.1- 7): сбрасывает содержимое счетчика 6, вьщавая сигнал на его вход 28 сброса с выхода 28 блока связи; производит занесение начального кода таймера в регистр 8, предварительно подготовив этот код на выходах 26 блока и передав на выход 25 сигнал управления запиьсю кода в регистр; осуществляют перезапись содержимого регистра 8, т.е. начального 5 кода, в счетчик 35 путем выдачи сигнала записи на выход 24 блока 1, этот сигнал постзтает через элемент ИЛИ 34 на Nтактовый вход 41 счетчика 35.

25

20

,,

д

30

Начальный код хранится в регистре 8 в течение всего времени работы устройства и необходим не только для подготовки таймера к началу работы, но и для автоматической перезаписи этого кода в счетчик 35 по окончании каждого таймерного интервала. Осуществив начальна подготовку устройства, ЭВМ устанавливает в единичное состояние триггер 2 с помощью сигнала на выходе 14 блока связи, ра- разрешая тем самым работу регистра 4, и устанавливает в единичное состояние триггер 5 путем.подачи на его вход установки сигнала с выхода 20 блока 1, который приводит к установлению разрешающего уровня на выходе 21 триггера 5. Этот уровень разрешает прохождение тактовых импульсов с выхода 23 блока I через элемент ИЗ, так как уровень на входе 38 элемента имеет разрешающее значение (исходный нулевой уровень на выходе одновибратора 36 инвертируется на элементе НЕ 32 и поступает на вход 38 элемента И 3). С выхода 39 выделенные элементом И 31 тактовые импуль- сы поступают на счетный вход счетчика 35 для формирования таймерных интервалов. Длительность этих интервалов зависит от частоты тактовых импульсов ЭВМ и от начального значения кода, заносимого в счетчик 35 перед началом каждого таймерного интервала. Чем больше значение этого кода, тем короче интервал, так как меньшее количество тактовых импульсов вызывает переполнение счетчика 35. Временные диаграммы (фиг.5) иллюстрируют

40

0

5

работу устройства при нулевом начальном коде таймера.

При этом коде каждый шестнадцатый тактовый импульс производит переполнение счетчика 35. Сигнал переполнения с выхода 42 этого счетчика запускает одновибратор 36, который формирует импульс положительной полярное

поступают на вход 37 счетчика 30 и увеличивают содержимое этого счетчика на единицу по переднему фронту каждого импульса, С этого момента уже новое содержимое счетчика поступает на информационные входы регистра 4. Те же импульсы потока, проходя через элемент И 3, поступают на вход

ти, длительностью несколько превьшаю- ю записи регистра 4 и по своему заднещий полтора, ио менее двух тактов ЭВМ, На диаграмме (фиг.5) этот импульс имеет обозначение 8 - сигнал прерывания ЭВМ. Этот сигнал разрешает прохождение одного тактового импульса ЭВМ через элемент И 33; запрещает прохождение одного, того же самого, тактового импульса ЭВМ через элемент И 31, останавливая этим

му фронту фиксируют состояние его информационных входов, т.е, текущий код счетчика 30. Таким образом, по окончании каждого импульса потока 15 счетчик 30 и регистр 4 принимают новое и , что существенно, одинаковое значение,

В момент окончания каждого таймера интервала сигнал переполнения 20 таймера 7 с выхода одновибратора 36 поступает на вход сброса триггера 2, устанавливая тем самым запрещающий уровень на его выходе 15. Теперь импульсы потока изменяют только со- 25 держимое счетчика 30. Это обеспечивает непрерьгоность подсчета импульсов потока без потери информации о точном значении содержимого счетчика 30 после окончания таймерных интервалов. Сигнал окончания каждого . таймерного интервала поступает в ЭВМ через блок 1 и воздействует на ее систему прерывания, что приводит к считыванию с помощью этой ЭВМ кодов с группы выходов 9, В процессе считывания содержимое регистра 4 остается неизменным, а сч етчика 30 может продолжать изменяться за счет поступления импульсов потока. По окончании считывания ЭВМ на выходе 14 блока 1 формируется сигнал для установки Т15иггера 2 в единичное состояние. Разрешающий кровень с выхода 15 триггера 2 поступает на один из входов элемента И 3, Первым же импульсом потока, поступающим на другой вход этого элемента, производится запись содержимого счетчика 30 в регистр 4, Теперь до конца таймерного интервала коды счетчика 30 и регистра 4 меняются синхронно, так как запись содержимого счетчика в регистр 4 опять производится каждым импульсом потока. Далее работа устрой- gg ства продолжается аналогично описанному ,

счет таймера на один пнриод тактов; сбрасьшает триггер 2, запрещая запись данных из счетчика 30 в регистр 4; поступает на вход 18 блока 1 и. далее в ЭВМ для прерывания программы.

Выделенный один тактовый импульс с выхода 40 элемента И 33, проходя через элемент ИЛИ 34, производит очередную перезапись начального- кода в счетчик 35, счетный режим которого уже приостановлен ровно на один (рассматриваемый) период тактов ЭВМ. Эта приостановка производится в конце каждого таймерного интервала и учитывается при задании длительности этих интервалов: Т К t 1, где Тр - длительность таймерного интервала; К - число тактов, после подсчета которых происходит переполнение, счетчика 35; tg - период повторения тактовых импульсов ЭВМ.

Таким образом, фактическая длительность таймерного интервала на время одного такта ЭВМ продолжительнее, чем длительность, определяемая

начальным кодом. Выбранная схема таймера позволяет устранить мертвое ; время между таймерными интервалами и неопределенность в точном фиксировании заданных интервалов времени.

Уровень на выходе 21 счетчика 6, разрешающий работу таймера, одновременно включает в работу счетчик 30, Входные импульсы потока с входа 19 поступают на элементы И 3 и-29, вторые входы которых теперь имеют разрешающие уровни. После прохождения через элемент И 29 импульсы потока

69624

поступают на вход 37 счетчика 30 и увеличивают содержимое этого счетчика на единицу по переднему фронту каждого импульса, С этого момента уже новое содержимое счетчика поступает на информационные входы регистра 4. Те же импульсы потока, проходя через элемент И 3, поступают на вход

30

му фронту фиксируют состояние его информационных входов, т.е, текущий код счетчика 30. Таким образом, по окончании каждого импульса потока 15 счетчик 30 и регистр 4 принимают новое и , что существенно, одинаковое значение,

В момент окончания каждого таймера интервала сигнал переполнения 20 таймера 7 с выхода одновибратора 36 поступает на вход сброса триггера 2, устанавливая тем самым запрещающий уровень на его выходе 15. Теперь импульсы потока изменяют только со- 25 держимое счетчика 30. Это обеспечивает непрерьгоность подсчета импульсов потока без потери информации о точном значении содержимого счетчика 30 после окончания таймерных интервалов. Сигнал окончания каждого . таймерного интервала поступает в ЭВМ через блок 1 и воздействует на ее систему прерывания, что приводит к считыванию с помощью этой ЭВМ кодов с группы выходов 9, В процессе считывания содержимое регистра 4 остается неизменным, а сч етчика 30 может продолжать изменяться за счет поступления импульсов потока. По окончании считывания ЭВМ на выходе 14 блока 1 формируется сигнал для установки Т15иггера 2 в единичное состояние. Разрешающий кровень с выхода 15 триггера 2 поступает на один из входов элемента И 3, Первым же импульсом потока, поступающим на другой вход этого элемента, производится запись содержимого счетчика 30 в регистр 4, Теперь до конца таймерного интервала коды счетчика 30 и регистра 4 меняются синхронно, так как запись содержимого счетчика в регистр 4 опять производится каждым импульсом потока. Далее работа устрой- g ства продолжается аналогично описанному ,

Воздействие импульсов потока на содержимое младшего разряда счетчика 30 и регистра 4, Первый импульс

35

40

45

0

потока (фиг.5) не оказьшает никакого воздействия на устройство, так как еще не установлены разрешающие уровни на входах элементов И 29 и 3. Второй импульс проходит через элемен И 3 и производит запись нулевого содержимого счетчика 30 в регистр 4, так как к этому моменту уже установлен триггер 2. На вход счетчика 30 этот импульс не проходит, так как на выходе триггера 5 нет разрешающего уровня. Третий импульс потока своим передним фронтом изменяет содержимое младшего разряда счетчика 30, а задним фронтом производит запись из счетчика 30 в регистр 4. Действие четвертого импульса анало- действию. третьего. Пятый им- Йульс изменяет содержимое счетчика 30, но не производит записи в регистр 4, так как сброшен триггер 2. Йестой:, седьмой и восьмой импульсы воздействуют на устройство аналогич- йо третьему, а девятьй импульс - аналогично пятому. Окончание регистрации импульсов потока происходит при сбросе триггера 5 сигналом сброса, формируемым на выходе 22 блока 1

В процессе работы ЭВМ считьтает из устройства коды с группы информационных выходов 9 и хранит их в своей памяти. К концу общего времени ввода в памяти ЭВМ накапливается информация о попадании случайных импульсов в фиксированные таймерные интервалы. Эта информация позволяет с помощью ЭВМ определить функцию распределения и величину математическог ожидания интервалов между .случайными импульсами. Получение значения математического ожидания возможно благодаря тому, что устройство позволяет зафиксировать не только факт попадания хотя бы одного импульса потока в таймерные интервалы, но и число i импульсов, попавших в ук.азанные интервалы. Это число определяется как разность между.двумя считанными кодами счетчика, относящимися к соседним интервалам. Отношение числа интервалов Ш , ,в которое попали i импульсов, к общему числу наблюдаемых интервалов п определяет вероятность Р,- (Тд) попадания i импульсов в интервал (Тд- фиксированное значение продол- жительности интервалов)

P.(TJ Si-.Значение функции распределения интервалов между случайными импульсами в точке Т определяется

F(TJ

;(TO),

где i 1,2 и т.д.

Изменяя таймерньй иетервал Т и регистрируя показания счетчика 30, можно получить значения функции F(T) а ряде точек Т.

Информация о числе импульсов в интервалах Т позволяет определить среднее число Н(Тв) импульсов потока за все время измерения

Н(Т„)

Ili

та

Тогда величина математического ожидания |Ч интервалов между случайными импульсами с любым законом их распределения определяется

25

1

Ё-(Ь

v°°

где

т интервал между случайными

импульсами. Использование изобретения для .

30 определения характеристик случайного потока позволяет повысить быстродействие работы устройства, определить величину математического ожидания интервалов, между импульсами слу3g чайного потока с любым законом их распределения, снизить требования к стационарности простейшего импульсного потока при получении функции распределения интервалов между им40 пульсами этого потока.

Быстродействие работы устройства повьш1ается за счет автоматизации выполнения ряда процедур. Можно оценить минимальное время сбора инфор45 нации, достаточной для получения значения функции распределения в одной точке TQ с заданной допустимой ошибкой. Это время зависит от выбранного количества наблюдаемых таймерных ин50 тервалов и их продолжительности.

Количество таймерных интервалов зависит от допустимой ошибки определени значений функции распределения. При допустимой ошибке, равной 0,03, чис55 ло таймерных интервалов 1000. Длина таймерных интервалов зависит от диапазона ожидаемых промежутков време- ни между случайными импульсами. Предположим, что эти промежутки

7

1 МКС С 100 МКС .Тогда длину таймерн го интервала можно выбрать равной 100 МКС, а суммарное время измерения парймётров лотока олределяет- ся как 1000-100 мкс 0,1 с.

При использовании устройства в течение этого времени собирается информация сразу для целого ряда значений таймерных интервалов Т несмотря на то, что регистрация информации в устройстве производится в теченние оди - наковых таймерных интервалов, имеющих значение Т Тд . Так для Т, 100 мкс через каждые 100 мкс ЭВМ производит считьшание содержимого счетчика. В памяти ЭВМ накапливается информация (коды), соответствующая последовательным во времени таймерным интервалам. Разность между кодами соседних интервалов показьгеает число импульсов потока, попавших в очередной интервал Т. Разность между кодами,

расположенными через интервал, пока

зывает число импульсов потока, попавшее в двойной интервал, т.е. в интервал, длиной 2 Тд 200 мкс, и т.д. Таким образом, в течение 0,1 .с в ЭВМ накапливается информация о числе импульсов потока для дискретного ряда интервалов Т , 2То, ЗТ,, и т.д. Общее время регистрации потока не зависит от числа различных значений, требуемых для построения функции распределения, и составляет для конкретного рассматриваемого примера 0,1 с.

Таким образом, при использовании предлагаемого устройства за О, 1 с собрана информации сразу для всех необходимых значений таймерных интервалов Т (Тд,2Т„ и т.д.).

При использовании известного устройства минимальное время сбора информации о значении функции распределения остается также 0,1 с, однако за это время собрана информация, достаточная для определения значений

функции только в одной точке Т, соответствующей заданной длительности таймерного интервала. Учитывая наличие ручных операций при использовании известного устройства (установка необходимой частоты генератора, считьшание информации со счетчика), реальное время определения значения функции в одной точке не менее 1 мин. Сбор информации для ряда зна«

5

0

5

g

о

5

0

5

0

5

пропорционально увеличивает указанное время. Если для рассмотренного примера выбрать необходимое число значений, равное 10, то общее время регистрации в случае использования известного устройства составит около 10 мин.

В процессе ввода поток должен быть стационарен. Однако при использовании известного устройства стационарность должна выдерживаться не менее 10 мин, а при использовании предлагаемого - достаточна в течение 0,1 с. На практике очень часто встре- чаютс А потоки, стационарные в течение такого короткого времени. Возможность исследования таких потоков расширяет область применения устройства.

Возможность получения (при использовании предлагаемого устройства) величины математического ожидания интервалов между импульсами случайного потока с хсобым законом распределения дает важную информащ-по о свойствах этого потока и обеспечивает удобство в предварительном сравнении иссочедуемых потоков.

Формула изобретения

Устройство для ввода в ЭВМ случайной последовательности импульсов, содержащее первый триггер, счетчик таймер, элемент И, выход таймера соединен с входом сброса первого триггера, выход которого соединен с первым входом элемента И, о т - личающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения области применения за счет снижения требований к детерминированности входной последовательности, в него введены блок связи, два регистра, второй триггер, первая группа входов блока связи является информационной группой входов устройства, вторая группа входов блока связи является входами управления устройства, первая группа выходов блока связи является информационными выходами устройства, блока связи . является выходом прерывания устрой- ; ства, вторая выходов блока связи соединена с информационными входами первого регистра, выходы которого соединены с информационными входами таймера, первый вькод блока

связи соединен с входом записи пер вого регистра, второй и третий выходы блока связи соединены соответственно с входом установки и тактовым входом таймера, четвертый и пятый выходы блока связи соединены соответственно с входами сброса и установки второго триггера, выход которого соединен с входами разрете ния таймера и счетчика, шестой выход блока связи соединен с входом установки первого триггера, седьмой

145696210

выход блока связи соединен с входом- , сброса счетчика, выходы которого соединены с информационными входами второго регистра, выходы которого соединены с входами третьей группы блока бвязи, вход блока связи соединен с выходом таймера, счетный вход счетчика соединен с вторым входом элемен- :- 10 та И и является информационным входом устройства, выход элемента И соединен с входом записи второго регистра.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для ввода в ЭВМ информации о случайной последовательности импульсов, стандартизированных по амплитуде и длительности, а также для определения статистических характеристик этой последовательности. Цель изобретения - повьшение быстродействия и расширение области применения устройства за счет снижения требований к детерминированности входной последовательности. Устройство содержит блок 1 связи, триггер 2, элемент И 3, регистр 4, триггер 5, счетчик 6, таймер 7 и регистр 8. Повышение быстродействия уотройства обеспечивается за счет выполнения ряда процедур автоматически. Устройство позволяет они- зить требования к времени, в течение которого входной поток должен быть стационарен, что позволяет использовать изобретение для измерения характеристик широкого класса входных потоков. 7 ил. (Л

24

29

Фаз.1

27

fue. 4

вылод т nfoefuHHj/ А н/имвмиа fc/f. fus.5)

28-сагна/1 f/cma- нодка 6„О счетчика SO

Z -сагнил запаса нача/1ьного кода

1Ч-сагнал уста- нобка д„Гтравгера 2 переноса 21-уродвнь быхода траггера 5работы

25-такты ЭВМ

39-такты ЗВП,Вы- де/ енные 6 таймере

4/ - сигнал досста- нодленая го кода в таймере

18-сагна/} преры8а- HUff ЭВМ

15 - Sb/x. уробень триггера 2 переноса

о

J9-afiny/ibCbi бход- ного потока

16-сигна/1 переноса

H/iaduiiLu. разряд счетчи ка. 30 расположенный о гртпе быбодоб /7

Пладший. разряд регистра , расположенный, о группе бы ход об 13

faa.S

: - 3 проеранмы упраб/ еная (cfi, tpus. JJ

J-/ySS.S-&S y Sf fss;.zsKT

,a, fV - кроне PI,IT,,)гае п-зар н,е и,6бстн9е а/тарное .„л„.„,

S. -- г„ш... .;

.......... .w/jA S4./4.%Г1Г.;г1.,

«-«

fffpodo/imeme работа/ програ/ты сп на фаг. 7)

иг,6

Вход аз програпны fen. (риг. 5)

i

Для расчета испо/1ьзуются no/iytfenHbie 6 програпне определения F (Тд) значения т .т.е. ко/1ичество тайперншх ингперва/1ов Гр, 6 которые nona/io одинаковое час/to i инпу/1ьсов потока (.z.3 и т.д.)

Вычис/1йется общее чис/io иппд/1ьсоб потока, попавшее в интерва/ ы в течение всего врепени ввода .НП,-,.т,

I

I

Рассчитывается сугтарное брепя наВ/иодения

еде п-заранее известное чис/io интервалов

I

Вычисляется значение математического ожидания /и интерба/ ов между c/tу чайными импу/гьсапи:

r LЗначение jfif выводится на экран .дисп/гея или печать

;Г

(Окончание програ/ты вычис/гений) . 7

ппд го ,