Вероятностный (1-п)полюсник Советский патент 1974 года по МПК G06F1/02 

1

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при моделировании случайных процессов.

Известен вероятностный (1-п) полюсник, содержащий генератор равномерно распределенных случайных чисел, регистр признака опроса, ассоциативное запоминающее устройство, блок индикаторов, устройство фиксации принадлежности равномерно распределенного случайного числа определенному состоянию (1-п) полюсника и генератор тактовых импульсов.

Однако недостатком известного вероятностного (1-п) полюсника является наличие большого объема памяти, необходимого для хранения и перестройки законов распределения.

Целью изобретения является уменьшение объема памяти, необходимой для хранения информации о распределении вероятностей состояний (1-п) полюсника.

Эта цель достигается за счет того, что оперативное запоминающее устройства (ОЗУ), связанное с буферным регистром, выдает информации по сигналам с первой схемы сравнения, на одни входы которой подается содержимое первых разрядов буферного регистра, вторые ее входы соединены с первым счетчиком. Кроме того, выход этой схемы сравнения подключен к-счетному входу второго счетчика.

к первому и через первую линию задержки - ко второму управляющим входам схемы выдачи прямого и дополнительного кодов. Разрядные входы этой схемы соединены с буферным

регистром, первая группа выходов (М выходов)- с установочными входами триггеров третьего счетчика, выходы которого подключены к схеме совпадения, выход которой через вторую линию задержки связан со счетным

входом второго счетчика, выходы которого подсоединены к схеме выдачи кода этого счетчика, соединенной своей цепью опроса с генератором случайных импульсов и разрядными выходами - с дешифратором состояний

(1-п) полюсника. Вторая группа выходов (N выходов) схемы выдачи прямого и дополнительного кодов соединена с сумматором, выходы которого связаны со второй схемой сравнения, другие входы которой соединены с четвертым счетчиком, а ее выход - со счетным входом третьего п входом сброса четвертого счетчиков, причем счетный вход последнего соединен с генератором тактовых импульсов и счетным входом пятого счетчика, выходы которого также, как и выходы регистра заводятся на третью схему сравнения, выходной сигнал которой подается на счетный вход первого и вход сброса пятого счетчиков. При этом в ОЗУ записывается лишь п/2

(jV+vVl) разрядных слов (предполагается, что п-четно и ), в первых Л разрядах которых содержатся значения интегральной функ/ции распределения (, 2, ..., п/2), но только для нечетных i, а в остальных М разрядах содержатся коды, характеризующие временную задержку импульсных сигналов, соответствующих четным состояниям (1-п.) нолюсника относительно нечетных при представлении распределения вероятностей (1-п) нолюсника детерминированной последовательностью импульсов, интервалы между которыми пропорциональны вероятностям, и случайном (равновероятном) попадании на эти интервалы при опросе состояния устройства. На фиг. 1 представлена блок-схема полюсника; на фиг. 2 - пример распределения вероятностей состояний 1 -10 полюсника; на фиг. 3 - принцип преобразования распределения вероятностей во временную последовательность импульсов (а), которую можно представить в виде суммы последовательности импульсов, соответствующих нечетным (б) и четным (в) состояниям устройства. Подавая последовательность (а) на какоелибо пересчетное устройство и опращивая его через случайные промежутки времени, распределенные равномерно на интервале, кратном Т, получим, что вероятность нахождения определенного кода (т. е. состояния (1-п) полюсника) на пересчетном устройстве в момент его опроса пропорциональна временному интервалу между импульсами, соответствующими данному и следующему по порядку состояниями, т. е. п п - 7 где ti и ti+i - моменты появления t-ro и (i-j-l)-ro импульсов последовательности (см. фиг. 3,а), а Т - период. Последовательность импульсов нечетных состояний получается путем сравнения содержимого счетчика (с максимальной емкостью, равной «), заполняемого с постоянной частотой поочередно с первыми N разрядами хранимых в ОЗУ, сначала 1-го, затем 2-го и т. д. -го слов, и выдачи при равенстве сигнала этой последовательности. Последовательность четных состояний образуется путем задержки 1-го сигнала нечетной последовательности на величину, определяемую кодом последних М разрядов t-ro слова в ОЗУ. Смещивая обе последовательности, получаем требуемую последовательность импульсов состояний (1-п) полюсника. В случае нулевых вероятностей состояний можно либо не производить считывания кода пересчетного устройства вообще, ли5о «перескакивать такие состояния за минимальное время . Поскольку интервалы времени между импульсами последовательности нечетных состояний, как правило, много меньше Т, то код задержки каждого четного импульса относительно нечетного может иметь меньшее число разрядов М по сравнению с числом разрядов кодов задания «базовых, нечетных импульсов. Используя этот факт, можно получить экономию в объеме памяти. Абсолютная погрешность при задании вероятности разрядами: Д,- 0,5 -ff-, а относительная погрешность заданной величины Р составит: g 100% р. Задавая сумму вероятностей двух последовательных состояний (1-л) полюсника Ар Мдв разрядами, получим точность Соответствующая относительная погрешность задания величины Р равна: 8. л -1000/0. Точность определения местоположения четных импульсов в последовательности состояний (1-п) полюсника относительно нечетных при задании его ЛГдв разрядами () не ухудщается для интервалов: - - В случае задания задержки момента появления четного импульса на интервалах изменения интегральной функции распределения в соседних нечетных состояниях, превышающих величину АРмакс, происходит некоторая потеря точности. Однако путем соответствующего выбора числа М можно добиться того, что вероятность появления распределений состояний (1-п) полюсника с перепадами АР/+1 Pi- Pt-l (Pj- Pi-l) , 3, 5, ..., (n-), незначительна во всей совокупности возможных распределений состояний (1-п) полюсника. В пользу этого утверждения говорит еще и тот факт, что по мере увеличения п сами значения Pi (i, 2, ..., п) становятся в среднем все более малыми, следовательно уменьшаются и величины Ар. Допуская несущественную для статистических методов вычислений потерю точности при задании интервалов Ар Армакс. можно еще более раздвинуть границы их определения с гарантированной незначительной вероятностью погрешности. Выбор числа разрядов для кода задержки мпульса четного состояния относительно неетного можно производить по следующей ормуле: Ж.{1од,2-(

где А--допустимая потеря точности задания вероятности четного состояния в % на интервале Ар.

Экономия объема памяти при этом составит:

..-0,5.(Л + Л) 0,5«(Л/Ч-А1)

N - M

100%.

N + M

Так, например, для 1-1000 полюсника при , А 5% и ,05 получим , .

Вероятностный (1-п) полюсник состоит из блока памяти 1, генератора управляемой частоты 2, преобразователя 3 кода во временной интервал и выходного блока 4.

Блок памяти 1 состоит, в свою очередь, из ОЗУ 5 емкостью - () бит с последовательной выборкой (yV+M)-разрядных слов, буферного (Ж+М)-разрядного регистра 6 и схемы 7 выдачи прямого к дополнительного кодов.

Преобразователь 3 кода во временной интервал состоит из N-разрядиого счетчика 8 опроса ОЗУ, N-разрядной схемы сравнения 9, линии задержки 10 (.озу ), Л1-разрядного счетчика 11 задержки, схемы совпадения 12 на максимальный код в счетчике 11 и линии задержки 13 (лз. 4мп).

Генератор управляемой частоты 2 состоит из Л -разрядных схем сравнения 14 и 15, Nразрядного сумматора 16, .V-разрядных счетчиков 17 и 18, Л -разрядпого регистра 19 и генератора 20 тактовых импульсов.

Выходной блок 4 состоит из К-разрядного счетчика 21 состояний, ogzn, схемы выдачи кода 22 счетчика 21, дешифратора 23 на п выходов и генератора случайных импульсов 24 с равномерным законом распределения на интервале, кратном Т.

Работа всего устройства происходит следующим образом.

(Л+M)-разрядный код, например i-ro слова, хранящегося в ОЗУ 5, по сигналу со схемы сравнения 9 подается в буферный регистр 6, причем выдача информации ОЗУ производится циклически по возрастающим номерам слов, т. е. сначала выдается первое, потом второе, третье и т. д. n/2-oe, затем снова первое и т. п. Первые Л разрядов слова, находящегося в буферном регистре 6, представляющие собой код вероятности i-ro (нечетного) состояния (1-п) полюсника, подаются на схему сравнения 9, на вторые входы которой подается код счетчика опроса ОЗУ, заполняемого частотой fi.

В момент равенства кодов, поступающих на схему сравнения 9, она выдает сигнал, являющийся 1-м импульсом последовательности нечетных состояний, который подается в ОЗУ для выдачи в буферный регистр 6 (i4-l)-ro слова и на счетчик 21. Состояния этого счетчика опращиваются через случайные промежутки времени генератором случайных импульсов 24 через схему выдачи кода 22, связанную с двоичным дешифратором 23 на п выходов, так что наличие импульса на К-.ом выходе свидетельствует о том, что в момент опроса на счетчике 21 находится двоичный код, равный К.

Для получения последовательности импульсов четных состояний (1-п) полюсника сигнал с выхода схемы сравнения 9 подается на схему 7 выдачи прямого и дополнительного кодов, в результате чего в счетчик 11 задержки записывается в дополнительном коде М разрядов t-ro слова ОЗУ, а в сумматор 16 -

также в дополнительном коде N разрядов этого слова. Тот же сигнал с выхода схемы сравнения 9, задержанный линией задержки 10 на время, выборка слова из ОЗУ 5 подается на другой вход схемы 7. По этому сигналу в сумматор 16 поступает в прямом коде N разрядов (t+l)-ro слова, представляющих собой значение интегральной функции распределения для следующего за t-нечетного состояния (1-п) полюсника. После этого в сумматоре 16 образуется число, характеризующее длительность интервала между t-M и (f+l)-M нечетным импульсами последовательности состояний, между которыми располагается импульс соответствующего четного состояния. Для определения

момента появления этого импульса на счетчик задержки подаются импульсы с частотой, зависящей от длины интервала между i-м и (i-f 1)-м нечетными импульсами, поскольку за это время может 1 отребоваться выдать ровно

М импульсов. Частоту следования сигналов на счетчик 11 определяет код разности, образовавщийся в сумматоре 16, поступающий на схему сравнения 14, вторые входы которой соединены со счетчиком 17, так что в момент равенства кодов на сумматоре 16 и счетчике 17 схема сравнения 14 выдает импульс, подаваемый на вход счетчика 11 и устанавливающий в «О счетчик 17. После отсчета числа импульсов, равного коду М разрядов задержки, на

выходе схемы совпадения 12 (на счетчике 11 при этом будет код 111 ... 1) появится сигнал, представляющий собой импульс последовательности четных состояний (1-п) полюсника, который также, как и импульсы нечетных

состояний подается на счетчик 21. Линия задержки 13 служит для разнесения во времени импульсов тех четных состояний, вероятности появления которых нулевые от последующих импульсов нечетных состояний, поскольку первым соответствуют минимальные (равные длительности импульса) интервалы состояний счетчика 21.

Соотношение частот сигналов, поступающих на счетчики 8 и И, можно определить следующим образом. Пусть Ti - период поступления сигналов на счетчик 8, а счетчик 11.

За время в счетчик 8 поместится --f- импуль 1сов. Для того, чтобы в счетчик И, заполнявмый с периодом Т, за время t помещалось столько же импульсов, должно выполняться rAef., Т. е./, f А Если t - время, отводимое на имитацию величины ДРмакс на счетчике 8, а /з - время, отводимое на имитацию величины Ар на счетчике 11, то f., (АЯ) f, Поэтому подавая на счетчики 17 п 18 импульсы от генератора 20 с частотой f и обнуляя счетчик 17 через время, пропорциональное А/г, а счетчик 18 через время, пропорциональное АРыакс, код которого ПОСТОЯННО записан в регистре 19, на выходе схем сравнения 14 и 15 получаются сигналы, частоты которых ОТНОСЯТСЯ как Предмет изобретения Вероятностный (1-п) полюсник, содержащий генератор случайных импульсов, генератор тактовых импульсов и запоминающее устройство, выходы которого соединены со входами буферного регистра, отличающийся тем, что, с целью уменьщения объема памяти для задания вероятностей состояний, он содержит первую и вторую схемы сравнения, схему выдачи прямого и дополнительного кодов, первый, второй, третий и четвертый и пятый счетчики, первую и вторую линии задержки, схему совпадения, регистр, схему выдачи кода, сумматор и дешифратор, причем одни входы первой схемы сравнения соединены с первой группой выходов буферного регистра, вторые - с первым счетчиком, а выход подключен к запоминающему устройству, к счетному входу второго счетчика, к первому и через первую линию задержки - ко второму управляющим входам схемы выдачи прямого и дополнительного кодов, разрядные входы которой соединены с буферным регистром, первая группа выходов - с третьим счетчиком, выходы которого подключены к схеме совпадения, соединенной своим выходом через вторую линию задержки с счетным входом второго счетчика, выходы которого подсоединены к схеме выдачи кода, соединенной с генератором случайных импульсов и дешифратором, причем вторая группа выходов схемы выдачи прямого и дополнительного кодов соединена с сумматором, выходы которого связаны со второй схемой сравнения, другие входы которой соединены с четвертым счетчиком, а ее выход - со счетным входом третьего и входом сброса четвертого счетчиков, причем счетный вход последнего соединен с генератором тактовых импульсов и счетным входом пятого счетчика, выходы которого также как и выходы регистра подключены к третьей схеме сравнения, выход которой связан со счетным входом первого и входом сброса пятого счетчиков.

; OJ9

I I

1 2 3 Ч 5 6 7 8 3 to

Фиг 2

Фиг.з