Генератор случайного поля Советский патент 1991 года по МПК H03K3/84 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при моделировании стохастических систем. .с

Цель изобретения -/ расширение функ-Р циональных возможностей за счет управления статистическими характеристиками формируемых реализаций случайного поля,JQ

На чертеже приведена структурная электрическая схема генератора случайного поля.

Генератор случайного поля содержит последовательно соединенные триггер 15 1, генератор 2 тактовых импульсов, элемент ЗАПРЕТ 3 и генератор/ 4 случайных чисел, вход которого соединен с входом первого элемента 5 задержки, выход которого соединен с треть- 20 им входом сумматора 6, выход которого соединен с третьим входом второго регистра 7, М групп 8.1-8.М элементов И, выходы элементов И которых соединены с входами соответствующих эле- 25 ментов ИЛИ 9.1-9.М группы 9 элементов ИЛИ, выходы элементов ИЛИ 9.1- 9.М которой соединены с второй группой входов первого регистра 10, блок 11 памяти, третий элемент 12 задерж- JQ ки, последовательно соединенные первый элемент И 13, счетчик 14 импульт сов и дешифратор 15, элемент ИЛИ 16, выход которого соединен с входом четвертого элемента 17 задержки, второй элемент 18 задержки, вход которого соединен с первым входом второго элемента И 19, шину Пуск, соединенную с первым входом первого регистра 10, с вторым входом счетчика .Q 14 импульсов, с вторым входом второго регистра 7 и с первым входом триггера 1, второй вход которого соеди- i нен с соответствующим выходом счетчика 14 импульсов, первый вход кото- рого соединен с вторым входом элемента ИЛИ 16, первый вход которого соединен с выходом третьего элемен- та задержки и с первым входом второго регистра 7, соответствующие JQ выходы которого соединены с группой входов блока 11 памяти и с вторыми входами соответствующих элементов И группы 8„1-8.М элементов И, первые входы элементов И которой соединены ,, с соответствующими выходами дешифратора 15, входы которого соединены с. первой группой входов первого регистра 10, второй вход которого соединен

35

5 0 5 Q Q Q ,

5

с выходом второго элемента И 19, второй вход которого соединен с .выходом четвертого элемента 17 задержки.

Выход генератора 2 тактовых импульсов соединен с первым входом первого элемента И 13, второй вход которого соединен с выходом второго элемента 18 задержки, вход которого соединен с соответствующим выходом второго регистра 7 и с вторым входом элемента ЗАПРЕТ 3, выход которого соединен с входом блока I1 памяти, выходы которого соединены с первой группой входов сумматора 6, вторая группа входов и вход которого соединены, соответственно, с выходами генератора 4 случайных чисел и с входом третьего элемента 12 задержки.

Генератор 2 тактовых импульсов содержит элемент И, элемент НЕ, резистор и конденсатор с соответствующими связями между ними.

Генератор случайного поля работает следующим образом.

Для формирования данной реализации случайного поля на шину Пуск подается сигнал Пуск. Сигнал поступает на первый (установочный) вход триггера 1, на второй (инверсный) вход второго регистра 7, второй вход счетчика 14 импульсов и первый (инверсный) вход первого регистра 10, Под действием этого сигнала триггер 1 устанавливается в единичное состояние и разрешает работу генератора 2 тактовых импульсов, во втором регистре 7 устанавливается код 00...01 (единица в младшем разряде), в счетчике 14 импульсов и первом регистре 10 устанавливается код 00...00.

Генератор 2 тактовых имйульсов на- чинает формировать последовательность тактовых импульсов.

Затем осуществляется формирование совокупности статистически связанных случайных величин t t Ј ,..., , при которой реализуется метод поразрядной .выработки кода случайной величины I ( 5fz ) начиная со старшего разряда, причем каждый разряд формируется путем проверки условия

( ...ОМ), ()

где - случайное число, равномерно распределенное в диапазоне (О, О;

51636996

Р ( if - 0 10.. ,0/рО - вероятность кового разряда (0 или). Этот сиг-.

нал поступает На третий вход второго регистра 7.

того, что значение многомерной случайной величины Ј меньше кода К-10...О при условии, что в предыдущих тактах был сформирован код бЈ (символ Cxi в выражении ui,10...0 обозначает группу старших разрядов). Если указанное условие (1) выполняется, то разряду, формируемому в данном такте, присваивается значение 0, если условие (1) не выполнякового разряда (0 или). Этот сиг-.

0

нал поступает На третий вход второго регистра 7.

Тактовый импульс с выхода первого элемента 5 задержки поступает на вход третьего элемента 12 задержки. Спустя интервал времени, задаваемый третьим элементом 12 задержки, тактовый импульс приходит на первый вход второго регистра 7 и производит сдвиг его содержимого на один разряд в сторону старших разрядов и запись сигнала, присутствующего на

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при моделировании стохастических систем. Цель настоящего изобретения - расширение функциональных возможностей ЗА счет управления статистическими характеристиками формируемых реализаций случайного поля, которая достигается введением в генератор случайного поля элемента ЗАПРЕТ 3, групп элементов И 8.1-8.К, группы элементов. ИЛИ 9.1-9.М, элементов задержки 12 и 17, элемента ИЛИ 16;. счетчика 14 импульсов, дешифратора 15 и образования новых функциональных связей. Генератор содержит также триггер 1, генератор 2 тактовых импульсов, генератор 4 случайных чисел, элементы задержки 5 и 18, сумматор 6, регистры 7 и 10, блок 11 памяти, элементы И 13 и 19, шину Пуск 20. 1 ил. а S 9 П З.П til mi

ется, то формируемому разряду присва- 15 его третьем входе, в младший разивается значение 1.

При формировании первого (старшего) разряда многомерной случайной величины | импульс с выхода генератора 2 тактовых импульсов поступает на первый вход элемента ЗАПРЕТ 3, открытого по второму (инверсному) входу нулевым сигналом с соответствующего, например с (N+l)-ro выхода второго регистра 7, и проходит на выход элемента ЗАПРЕТ 3. С выхода последнего тактовый импульс приходит на вход генератора 4 случайных чисел, на вход первого элемента 5 задержки и

20

ряд данного регистра. Таким образом, в генераторе формируется один разряд статистически связанных случайных величин , gz. t fA

Каждый из последующих разрядов формируется аналогично по мере поступления тактовых импульсов с выхода генератора 2 тактовых импульсов. Об щее количество тактовых импульсов, 25 которое затрачивается на формирование совокупности ц, ,. .. .Р составляет N импульсов. Каждая из слу-. чайных величин представляется г-раз-

рядным кодом, при этом величина N на первый вход блока 11 памяти. Гене- 30 связана с величиной г соотношением

ратор 4 случайных, чисел вырабатывает м , „,м /0

и - г i . л «и w - г - м. z.)

значение случайного числа, равномер-

но распределенного на интервалеПосле формирования N тактовых им(0, 1). В блоке 11 памяти по тактово- пульсов в старшем разряде второго

регистра 7 (на (№Н)-м выходе) оказывается единица, сдвинутая из его младшего разряда, а в младших N разрядах - . Единичный сигнал с (N-H)-ro выхода второго регистра 7

му импульсу, поступившему на его вход, производится считывание информации из ячейки, адрес которой присутствует на группе входов блока 11 памяти. При поступлении первого такто35

вого импульса производится считывание 40 поступает на второй (инверсный) вход

информации из ячейки с адресом 00... 01, который задается вторым регистром 7, В блоке 11 памяти значения вероятностей P(fc (x 1 0.. .0/(/) хранятся в виде отрицательных чисел в обратном коде.

С выходов генератора 4 случайных чисел и блока 11 памяти коды поступают на второй и первый входы сумэлемента ЗАПРЕТ 3 и запрещает прохо дение тактовых импульсов через него Одновременно единичный сигнал с (N+l)-ro выхода второго регистра 7 45 поступает на первый вход второго элемента И 19 и разрешает прохождение тактовых импульсов через него ( помощью первого элемента И 13, элемента ИЛИ 16, четвертого элемента 1

матора 6. По окончанию интервала вре- 50 задержки и второго элемента 18 замени задаваемого первым элементом 5 задержки, тактовый импульс поступает на третий вход сумматора 6, разрешая выполнение операции сложения чисел, поступивших на первый и второй 5 входы сумматора 6.

При сложении чисел, поступивших на входы сумматора 6, на его выходе формируется сигнал переноса из знадержки).

Начиная с N-ro тактового импульс в генераторе производится формирова ние значений обобщенной случайной в личины в (k+O-мерном пространстве и выдача сформированных значений на выход генератора.

Тактовые импульсы, проходя через первый элемент И 13, поступают,на

ряд данного регистра. Таким образом, в генераторе формируется один разряд статистически связанных случайных величин , gz. t fA

Каждый из последующих разрядов формируется аналогично по мере поступления тактовых импульсов с выхода генератора 2 тактовых импульсов. Об щее количество тактовых импульсов, которое затрачивается на формирование совокупности ц, ,. .. .Р составляет N импульсов. Каждая из слу-. чайных величин представляется г-раз-

элемента ЗАПРЕТ 3 и запрещает прохождение тактовых импульсов через него. Одновременно единичный сигнал с (N+l)-ro выхода второго регистра 7 поступает на первый вход второго элемента И 19 и разрешает прохождение тактовых импульсов через него (с помощью первого элемента И 13, элемента ИЛИ 16, четвертого элемента 17

задержки и второго элемента 18 задержки).

Начиная с N-ro тактового импульса, в генераторе производится формирование значений обобщенной случайной величины в (k+O-мерном пространстве и выдача сформированных значений на выход генератора.

Тактовые импульсы, проходя через первый элемент И 13, поступают,на

10

15

71636996

первый вход счетчика 14 импульсов, в котором последовательно формируются коды, начиная с исходного состоя- ния 00...00. С информационных выходов счетчика 14 импульсов сигналы поступают на входы дешифратора 15, который преобразует входной код в унитарный К-разрядный код на выходе Входной код 00,.,00 преобразуется в выходной код СО...01, код 00...01 - в код 00..,010, код 11... 11 - в выходной код 10,.,00.

С выходов дешифратора 15 сигналы поступают на первые входы элементов И группы 8.1-8.М элементов И. Единичный сигнал с первого выхода дешифра- тора 15 открывает по первым входам элементы И группы 8.1 элементов И.

Па вторые входы элементов И этой группы поступают сигналы с соответствующих выходов, например, младших г разрядов второго регистра 7. Эти сигналы проходят через элементы И этой группы, поступают на входы эле ментов ИЛИ 9.1-9.М группы 9 элементов ИЛИ и передаются с их выходов на вторую группу входов первого регистра 10. N-й тактовый импульс с выхода второго элемента И 19 поступает на второй вход первого регистра 10. На первую и вторую группы входов первого регистра 10 поступает код обобщенной случайной величины ( х4,ХЈ,...|ХК) с выходов элементов ИЛИ 9.1-9,К группы 9 и с k информационных выходов счетчика 14 импульсов Тактовым импульсом, пришедшим на вто20

2- 25

30

35

рой вход первого регистра 10, код обобщенной величины, представляющий первое значение реализации случайного поля, записывается в первый регистр 10 и с его выхода поступает на выход устройства.

(N+O-й тактовый импульс поступает на первый вход первого элемента И 13, проходит на первый вход счетчика 14 импульсов и устанавливает в его в состояние 00...01 (единица в младшем разряде . С информационных выходов счетчика 14 импульсов сигналы поступают на входы дешифратора 15 и на первую группу входов первого регистра -LO. Дешифратор 15 формирует код 00...010, Единичный сигнал с второго выхода дешифратора 15 открывает по первым входам элементы И группы 8.2, на вторые входы которых поступают сигналы с выходов (г+1), (г+2),

40

45

50

55

10

15

36996

20

25

30

35

40

45

50

55

8

,,.,2г-го разрядов второго регистра 7 (код 2. Эти сигналы проходят через элементы И группы 8.2 и элементы ИЛИ 9.1-9.М группы 9 на вторую группу входов первого регистра 10. Тактовым импульсом, поступающим на второй вход первого регистра 10, осуществляется запись в первый регистр 10 второго значения случайно(Г;

го поля (Јг, х0х, ...,хк). Формирование следующих сшачени случайного поля (, х ,х2,. ...Xj,) выполняется аналогично по мере поступления тактовых импульсов.

Процесс выработки значений случайного поля в соответствии с заданной многомерной функцией распределения F ( г « f(v) продолжается до формирования в счетчике 14 импульсов кода II ... 1 1, При этом на выходе дешифратора 15 вырабатывается код 10...00, открывающий по первым входам элементы И группы 8.М. На вторую группу входов первого регистра 10 поступают, при этом, сигналы с выходов разрядов с (N-r)-ro по N-й второго регистра 7. Тактовым импульсом, пришедшим на второй вход первого регистра 10, в него записывается последнее значение случайного поля (, х0 ).

Следующий тактовый импульс, поступивший на первый вход счетчийа 14 импульсов, формирует единичный сигнал на выходе переполнения счетчика 14 импульсов. Этот сигнал приходит на второй установочный вход триггера 1t который переходит в нулевое состояние и запрещает формирование тактовых импульсов генератора 2 тактовых импульсов,

Для выработки следующей реализации случайного поля необходимо подать сигнал Пуск на шину Пуск устройства, после чего цикл формирования повторяется. Генератор случайного поля может работать в автоматическом режиме при периодической подаче сигналов Пуск через (N-Ш) периодов следования тактовых импульсов.

Формула изобретения

Генератор случайного поля, содержащий шину Пуск, соединенную с первым входом триггера и с первым входом первого регистра, генератор тактовых импульсов, выход1 которого соединен с первым входом первого

элемента И, генератор случайных чисел, вход которого соединен с входом первого элемента задержки и с входом блока памяти, выходы которого соеди- нены с первой группой входов сумматора, вторая группа входов которого и вход которого соединены соответственно с выходами генератора случайных чисел и с выходом первого элемента задержки, второй элемент задержки, второй элемент И, второй регистр, соответствующие выходы которого соединены с группой входов блока памяти, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет управления статистическими характеристиками формируемых реализаций случайного поля, в него введены последователь:- но соединенные третий элемент задержки, элемент ИЛИ и четвертый элемент задержки, последовательно соединенные счетчик импульсов и дешифратор, М групп элементов И, группа элементов ИЛИ и элемент ЗАПРЕТ, первый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, вход которого соединен с выходом триггера, второй вход которого соединен с соответствующим выходом счетчика импульсов, первый вход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ и

0

5

5

с выходом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго элемента задержки, вход которого соединен с первым входом второго элемента И, с соответствующим выходом второго регистра и с вторым входом элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с входом первого элемента задержки, выход которого через третий элемент задержки соединен с первым входом второго регистра, второй вход которого соединен с шиной Пуск и с вторым входом счетчика импульсов, соответствующие входы которого соединены с первой группой входов первого регистра, вторая группа входов которого соединена с выходами группы элементов ИЛИ, К-е входы элементов ИЛИ которой соединены с выходами соответствующих элементов И К-й группы элементов И ( ,2,... ,М), первые входы элементов И которой соединены с соответствующими выходом дешифратора, выход четвертого элемента задержки соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с вторым входом первого регистра, выход сумматора соединен с третьим входом второго регистра, соответствующие выходы которого соединены с вторыми входами элементов И соответствующих групп элементов И.