Генератор случайного процесса Советский патент 1991 года по МПК G06F7/58 

,00

С

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах имитационного моделирования, для проведения автоматизирова шых м б- рационных и/:и акустических испмганий Цель изобретения повышение точное и формирования случайного пр иессз с чз данной спектральной плотностью мощности. Генератор содержит блок 1 пампти, сумматор-вычитатель 2, регисгл 3, гегистр 4, цифроаналоговый преобразователь 5, счетчик 6, генератор 7 псевдос/.узйных чисел, блок 8 управления,регистр 9,генератор 10 псэвдослуча/ных чисел, сумматор 11 пэ модулю два, элемент НГ 12 И ,3. Поставленная цель дости1 aetc з-э гч(5т введения связей и блоков 1 з.1 . ф пы, 1 табл , 4 ил

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах имитационного моделирования, для проведения автоматизированных вибрационных или акустических испытаний.

Цель изобретения - повышение точно сти формирования случайного процесса с заданной спектральной плотностью мощности.

На фиг.1 приведена структурная схема генератора случайного процесса; на фиг.2 - структурная схема блока управления: на фиг.З - принцип формирования дискретных отсчетов входного сигнала И; на фиг.4 - граф-схема алгоритма функционирования генератора,

Генератор случайного процесса содержит блок 1 памяти, сумматор-вычитатель 2, регистры 3 и 4, цифроаналоговый преобразователь 5, счетчик 6, генератор 7 псевдослучайных чисел, блок 8 управления, регистр 9. генератор 10 псевдослучайных

чисел сумматор 11 по модулю два, .ие1п НЕ 12 и элемент И 13

Блок 8 управления содержит блок Ы памяти, мультиплексор 15 счетчик 16, ре гистр 17 микрокоманды, генератор 18 та, то - вых импульсов, элементы И 19, 20 и 2). элемент ИЛИ 22, дешифратор 23

Функционирование генератора случайного процесса происходит в соответствии с ал10ритмом, показанным на фиг 4. а микро программа работы блока 8 управления приведена в таблице

В начале производится подготовка устройства к работе В блок 1 памяти вводятся отсчеты С; весовой функции Емкопь блока 1 равна (L - 1) 1/2 - бит, где L - количество точек весовой функции. I - разрядность весовых коэффициентов Ci.

Работа генератора происходит под управлением блока 8.Управление ведется при помощи последовательности управляющих сигналов, которые вырабатываются на соото

СП

о ел

Ю vj

ветствующих выходах блока 8 управления. Так, сигнал, появляющийся на первом выходе блока 8, позволяет осуществлять считывание информации из блока 1 памяти, сигнал с второго выхода блока 8 позволяет осуществлять инкрементацию содержимого счетчика 6, сигнал с третьего выхода блока 8 управляет режимом работы сумматора- вычитателя 2. сигнал с четвертого выхода блока 8 обнуляет регистр 4, запись инфор- мации в который осуществляется по сигналу с пятого выхода блока 8, сигнал с шестого выхода осуществляет запись в регистр 4, сигнал с седьмого выхода - синхронизацию работы генераторов 7 и 8. Сигнал с восьмого выхода блока 8 осуществляет обнуление счетчика 6, по сигналу с девятого выхода блока 8 осуществляется запись информации в регистр 9, по сигналу с десятого выхода - предварительная установка генераторов и 10. При этом действия происходят в такой последовательности: обнуление счетчика 6, регистра 3, г- разрядный двоичный код с регистра 9, который случайно образовался при включении питания или остался от ра- боты по предыдущей программе, переписывается в регистры генераторов 7 и 10 псевдослучайных чисел. При этом генератор 10 заносится в инверсном порядке. Далее осуществляется сдвиг в обоих генераторах и запись содержимого генератора 9 в регистр 9 (уп). При формировании очередного отсчета выходного сигнала согласно (см.фиг.3 а, б) по адресу счетчика 6. соответствующего месту положения цент- рального отсчета С0,в блоке 1 памяти считывается код Со/2, который поступает на первый вход информационного сумматора 3, где осуществляется обработка согласно таблице и алгоритму, приведенному на фиг.4 (обрабатываются логические условия сигналов, поступающих с выходов элемента НЕ 11 и элемента И 12). Далее осуществляется очередной сдвиг в генераторах 9 и 10, инкрементация счетчика 6 и проверка его содержимого на равенство (L - 1)/2 (конец ли вычислений, т.е. формирования текущего отсчета УК ,если нет, то осуществляется второй такт суммирования).Так, после окончания второго такта суммирования в регистре формируется сумма

Sr(U0+Ui) + Ci(Ui + i -U,-i).

Причем входной сигнал И может принимать только два значения: -Г или +Г. В реальном устройстве первому из них соответствует нулевой потенциал на выходе генератора псевдослучайных чисел, второму - единичный. В течение следующего третьего

такта аналогичные операции проделываются уже над кодом коэффициента С2 и значениями входного сигнала Ui-2 и Un-2. Дальнейшая работа устройства происходит аналогично рассмотренному в течение всего периода формирования.

На выходе генератора 7 псевдослучайных чисел последовательно появляются значения сигнала:

Ui.Un-1Uw -i, UH-L,

а на выходе генератора 10 псевдослучайных чисел соответственно:

Ui, DMUi-i+1, UI-L.

В регистре 3 в это же время образуется следующая сумма:

%(2Ui) + Ci(Ui-H + Ui-i) + ...

1 +Ui-L + l) + CL(xi+L +

l ( Ui + L

+ XI-L).(1)

Эта сумма и представляет собой код скомого значения выходного сигнала.

Как видно из фиг.З, характерным признаком генераторов 7 и 10 псевдослучайных исел является то, что на их выходах формируются отсчеты одной и той же последоваельности, расходящейся в разные стороны относительно некоторого центрального отсчета. При этом регистр 9 необходим для запоминания содержимого генератора 7 на I + 1)-м такте работы, чтобы, после (L - 1)/2 сдвигов (после вычисления yi отсчета) начать работу с кода, хранящегося в регистре 9. Далее определяется yi+i, а в регистре 9 - содержимое генератора 7 на (i + 2)-м такте и т.д. Таким образом, на регистре 9 последовательно запоминается центральный отсчет последовательности {Ui}, относительно которого при вычислении yl+r (г 1, 2...) будут расходиться последовательности, генерируемые генератором 7 и генератором 9.

Так, при вычислении yl+r (г 0, 1) центральным отсчетом становятся последовательно значения Ui. Ui+iUH-L.

Такой принцип построения генераторов псевдослучайных чисел гарантирует высокую надежность работы всего устройства. Действительно, если в одном из генераторов во время работы происходит сбой, то это вызывает появление лишь одного ошибочного значения выходной последовательности yi, дальнейшая же работа будет протекать нормально.

На каждом периоде вычисления 7i производится (L - 1)/2 сдвигов и в регистрах генераторов 7 и 10 псевдослучайных чисел, а в сумматоре 2 образуется сумма (1). Эта сумма, которая представляет собой значение yi, переписывается в регистр 4, сменяя предыдущее значение yi-i Значение yi xpaнится в регистре 4 в течение всего периода дискретизации выходного сигналэдг На выходе цифроаналогового преобразователя 5 в это время выдается аналоговая форма этого сигнала - y(t).

После вычисления yi центральным отсчетом станоеится UH-I, а в регистре 9 хранится в это время код, соответствующий значению Ui+а. В процессе вычисления yi+2 на выходах генераторов 7 и 10 псевдослу- чайных чисел последовательно появляются соответственно следующие значения

Ui-Н, Ui-i-2 Ui+L, Ul-t-L+i; U|-H, Ui .

Ul-L+1.

После этого производится вычисление

yi+2 и т.д.

Формула изобретения 1. Генератор случайного процесса, содержащий счетчик, блок памяти, выход ко- торого соединенспервым

информационным входом сумматорз-вычи тателя, выход которого соединен с информационным входом первого регистра, выход которого соединен с информацион- ным входом второго регистра и подключен к второму информационному входу сумматора, выход второго регистра подключен к входу цифроаналогового преобразователя, выход которого является выходом генерато- рэ, информационный выход счетчика соединен с адредным входом блока памяти, тактовый вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен со счетным входом счет- чика, выход переполнения которого соединен с тактовым входом блока управления, третий выход которого соединен с входом задания режима сумматора-вычитателя, четвертый выход блока управления соеди- нен с входом обнуления первого регистра, вход записи которого соединен с пятым выходом блока управления, шестой выход которого соединен с входом записи второго регистра, первый генератор псевдослучай- ных чисел, тактовый вход которого соединен с седьмым выходом блока управления, восьмой выход которого подключен к входу обнуления счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности фор- мирования случайного процесса с заданной спектральной плотностью мощности, в него введены третий регистр, второй генератор псевдослучайных чисел, сумматор по модулю два, элемент НЕ, элемент И, причем по- следний разрядный выход второго генератора псевдослучайных чисел соединен с первым входом сумматора по модулю два и элемента И, выход сумматора по модулю два через элемент Н Е соединен с первым входом задания режима блока управления, второй вход задания режима которого соединен с выходом элемента И, второй вход которого соединен с вторым входом сумматора по модулю два и подключен к последнему разрядному выходу первого генератора псевдослучайных чисел, разрядные выходы первого генератора псевдослучайных чисел соединены с одноименными информационными разрядными входами третьего регистра, вход записи которого соединен с девятым выходом блока управления, десятый выход которого соединена входами записи начального значения первого и второго генераторов псевдослучайных чисел, тактовый вход второго генератора псевдослучайных чисел соединен с седьмым выходом блока управления разрядные выходы третьего регистра соединены с одноименными разрядными входами и входами начальной установки ,oro генератора псевдослучайных чисел, а также с (k - I - 1) входами (где I - 1, к) начальной установки второго генератора псевдослучайных чисел.

2 Генератор по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, о блок управления содержит три,элемента И, элемент ИЛИ, микроко к«анд и дешифратор, причем выход пврв о элемента И соединен с первым вводом мента ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом мультиплексора, первый информационный вход которого соединен с выходом счетчику тактовый вход которого соединен с выходом генераюра тактовых импульсов, выход мультиплексора соединен с входом установки счегчикаи подключен к адресному входу блока памяти, вход синхронизации которого соединен с входом записи регистра микрокоманд и подключен к выходу генератора так юных импульсов, выход блока памяти соединен с информационным входом регистра микрокоманд, выход поля адреса перехода которого соединен с вторым информацией ым входом мультиплексора, первый и второй выходы поля функции управления регистра микрокоманд соединены с одноименными входами дешифратора, первый выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, второй выход дешифратора соединен с первым входом первого элемента И, третий выход дешифратора соединен с первыми входами втооого и третьего элементов И, первый и второй выходы поля микроопераций регистра микрокоманд являются соответственно первым и вторым выходами блока, второй вход первого элемента И является тактовым входом блока, третий выход поля микроопераций регистра

микрокоманд является восьмым выходом блока, четвертый выход поля микроопераций регистра микрокоманд является четвертым выходом блока, пятый выход микроопераций регистра микрокоманд соединен с вторым входом второго элемента И, третий вход которого соединен с вторым входом третьего элемента И и является первым входом задания режима блока, выход второго элемента И является пятым выходом бло- Микрокоманда

ка, шестой, седьмой, восьмой и девятый выходы поля микроопераций являются соответственно седьмым, десятым, шестым и девятым выходами блока, десятый выход

поля микроопераций регистра микрокоманд соединен с третьим входом третьего элемента И, четвертый вход которого является вторым входом задания режима блока, выход третьего элемента И является третьим выходом блока.

8i1

IS

22

У, yt У, У„ ys ys У- Уа У У/о У/г

8ш.1 Вьи.2 8ы/3 8ьаА ЬиЗвих.ВОыгЛ фиг 2

c(iui) cffi+ At)

I - I f f I - I t

Vi-L uL.2 Vi-i UL z/i+f иц2 VUL ui+i+i

А

Aj-

L+b

L+L+1

(Начало J

Фуг. 4