Генератор равномерно распределенных случайных величин Советский патент 1980 года по МПК G06F1/02 G07C15/00 

(54) ГЕНЕРАТОР РАВНОМЕРНО РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СЛУЧАЙНЫХ ВЕЛИЧИН

I

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для получения равномерно распределенных случайных величин.

Известны аналоги предложенного устройства..

Первый из них содержит генератор шума с нормальным законом распределения, пороговый элемент.блок памяти, сумма тор, элементы И, линейный преобразователь. В основу его работы положен принцип наложения друг на друга двух частей симметричного нормального распределения, распопоженного по обе стороны от математичес- : ,5 кого ожидания сигнала. Такой генератор позволяет получить равномерно распределенные случайные величины только в аналоговом виде, что ограничивает его функциональные возможности. Применение же JQ в нем таких составляющих как блок памяти и линейный преобразователь не дает возможности обеспечить его высокую надежность Щ .

В состав второго аналога входят генераторы периодической и случайной последовательности импульсов, делитель, одновиб- ратор, счетчик импульсов, запоминающее устройство, элементы И, ИЛИ .

Такое устройство позволяет получить топько дискретные значения равномерно распределенных случайных сигналов, т.е. функциональные возможности такого устройства ограничены. Наряду с этим использование таких сложных блоков, как запоминающее устройство, не позволяет обеспечить достаточно высокую надежность.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является генератор равномерно распределенных случайных ве,пичин, содержащий генератор случайной последовательности импульсов, делитель, линию задержки, счетчик импульсов, генератор периодических импульсов, выход которого через делитель соединен со входом линии задержки, схему разрешения, первый вход которой соединен с выходом делителя, и схему формирования

выходного сигнала, первый вход которой соединён с выходом генератора случайной последовательности импульсов, второй вход - с выхбдом схемы разрешения, а третий - с выходом генератора периодических импульсов з.

Известный генератор обладает недостаточным быстродействием.

Целью изобретения является повышение быстродействия.

Для достижения поставленной цели в генератор равномерно распределенных величин, содержащий генерйтор Случайной последовательности импульсов, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого через первый мультивибратор соединен со входом первого формирователя импульсов, а второй вход первого элемента И соединен с единичным выходом первого триггера, счетный вход которого объединен со входом элемента задержки и с первыми входами счетчика и второго элемента И, выход которого соединен с нулевым входом второго триггера, выход которого является первым вы ходом генератора и соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов и через делитель соединен со Ёходом элемента задержки, а выход треть Го элемента И соединен со вторым -входом счетчика, выход которого является вторым выходом генератора, введены третий и четвертый триггеры, четвертый элемент И, второй мультивибратор, второй , формирователь импульсов и элемент ИЛИ, выход которого соединен с единрчным входом второго триггера, а входы элемента ИЛИ соединены с выходами формирователя импульсов, вход второго формирователя импульсов через второй мультивибратор соединен с выходом четвертого элемента И, первый вход которого соединен с нулевым выходом первого триггера, а второй вход четвертого элемента И объединен с первым входом первого элемента И и подключен к счетному входу третьего триггера, выход которого подключен ко второму входу второго элемента И и к счетному входу четвертого триггера, вы ход которого соединен с третьим входом второго элемента И, нулевые входы тре- тьего и четвертого триггеров Подключены .JK выходу элемента задержки.

Бпок-схема генератора приведена на фиг. 1. На фиг. 2 приведены временные диаграммы, илшострирукядие работу генератора.

Генератор равномерно распределенных случайных величин в конкретном варианте его выполнения состоит из генератора 1 случайной последовательности импульсов, блока 2 формирования выходного сигнала, блока 3 распределения разрешения и генератора 4 импульсов, выход которого через делитель 5 соединен со входом элемента задержки 6.

БЛОК 2 формирования вькодного сигнала состоит из триггера 7, выходы которого соединены со вторыми входами элементов И 8 и 9, а последние своими выходами подключены на запуск мультивибраторов 10 и 11, выходы которых через формирователи импульсов 12 и 13 подключены на два входа элемента ИЛИ 14, Выход элемента ИЛИ 14 подключен ко входу установки в исходное состояние триггера 15, выход которого через элемент И 16 подключен ко вхбду счетчика импульсов 17.

БЛОК разрешения состоит из триггера .18, выход которого соединен через триггер 18 с третьим входом трехвходового элемента И 20 и с его вторым входом непосредственно.

Входами блока 2 формирования выходного сигнала являются: первым входом 1„ - первы.е входы элементов И 8 и 9, вторым входом и2 , - второй вход триггера 15, третьим входом Ш -.второй вход элемента И 16, четвертым входом /У2 вход триггера 7, пятым входом Уо второй вход счетчика импульса 17.

Выходами блока 2 формирования и одновременно выходами генератора являются

первым выходом - выход триггера 15, вторым выходом - выход счетчика импульсов 17.

Первым входом IT, блока 3 разрешения является первый вход элемента И 20, вторым входом 71, - вход триггера 18, выходом - выход элемента И 2 О.

Входы блока 2 формирования ыыходного сигнала соединены: первый - с выходом генератора 1 случайной последовательности импульсов, второй - с выходом блока 3 разрешения, третий с выходом генератора 4 импульсов, четвертый и пятый с выходом делителя 5.

Входы блока 3 разрешения соединены:

первый - с выходом делителя 5, второй - с вькоДом генератора 1 случайной последовательности импульсов. Выход элемента задержки подключен к нулевым входам триггеров 18 и 19. В основу работы генератора положен принцип косвенного запоминания выделенного временного интервала ui с помощьк мультивибраторов 10 и 11 до конца тактового периода и выдача этого запомненного интервала в следующий тактовый период.в случае, когда в анализируемый интервал . попал лишь один импульс из случайной последовательности. Работа генератора состоит в следующем. Генератор 1 случайной последовательности импульсов выдает поток случайных импульсов, которые поступают на первый вход блока 2 формирования выходного сигнала и на второй вход блока 3 разрешеВИЯ, где анализируются. С помощью триггера 7 производится поочередное подключение одного из элементов И 8 или 9. Ждущие мультивибраторы 10 и 11 формируют импульсы, длительность которых равна периоду запуск их производится импульсами случайной последовательности, прошедшими через один,из элементов И 8 или 9. Задний фронт импульсов ждущего муль- тивибратора 10 или 11 дифференцируется соответственно формирователем импульсов 12 или 13 и через элемент ИЛИ 14 подается на сброс триггера 15, формирую-. щего импульса, длительность которых равна выделенным Л-fc: Запуск этого триггера осуществляется тактовыми импульсами, поступающими с выхода генератора 4 периодических импул сов через делитель 5 и элемент И 20 бл ка 3 разрешения, когда имеется разрешение по двум другим ее входам. БЛОК разрешения работает следующим ,образом. В исходном состояний на выходе триггера 18 - логический О, на выходе триг гера 19 - логическая 1. В момент прихода случайного импульса на триггер 18, последний перебрасывается в , открывая пуль для прохождения через элемент И 2О на запуск триггера 15 тактового импульса, поступакхцего с выхода делителя 5. Этот же тактовый импульс, пройдя элемент задержки 6, сбрасывает триггер 18 в О, не изменяя исходного состояния триггера 19, т.е. . Задержка сброса необходима для прохождения тактового импульса через элемент И 20 на; запуск триггера 15. В случае прихода двух и большего числа случайных импульсов за время Тр, триггер 18 сбрасывается в исходное состояние до прихода импуль- ния са сброса, тем самым перебрасывая триггер 19 в состояние О, т.е. на элемент И 20 дается запрет на запуск триггера 15 приходящим тактовым импульсом и выделения Ati не произойдет. Приходящий импульс сброса возвращает триггер 19 в исходное состояние, и схема вновь готова для анализа At Таким образом, происходит выделение случайных интервалов Ai-i, распределенных по равномерному закону, . На первый выход блока формирования выходного сигнала, являющийся, первым выходом генератора, поступают равномерно распределенные случайные сигналы в виде апериодической последовательности импульсов. Одновременно эти же сигналы поступают на первый вход элемента И 16, на второй вход которого поступают импульсы с генератора 4 периодических импульсов. С выхода элемента И 16 сигнал поступает, на первый вход счетчика импульсов 17, второй вход которого связан с выходом делителя 5, На выходе счетчика импульсов 17, являющимся вторым выхоДом схемы формирования выходного сигнала и генератора, формируется последовательность равномерно распределенных случайных чисел. Основными преимуществами заявленного объекта в сравнении с наиболее прог-, рессивнЬтми известными техническими решениями являются: повышенное быстродействие; возможность получения выходных случайных сигналов как в аналоговой, так и в дискретной форме без применения дополни тельных-преобразователей типа анапогкод или код-аналог; устранение методической ошибки за счет дискретизации при генерировании аналогового выходного сигнала; отсутствие в составе предлагаемого устройства таких блоков, как промежуточная память, ймекяцих невысокую надежность, и возможность реализации его на базе таких высоконадежных элементов, как ерийно выпускаемые триггеры, мультиибраторы и логические микросхемы, обесечивает высокую надежность устройства цепом, Совокупность вышеприведенных преимуеств заявленного объекта позволяет суественно расширить кл1асс моделируемых тохастических систем, повысить качесто и надежность результатов моделировапри одновременном снижении веса и габаритов и повышении надежности и экономичности генераторов равномерно распре деленных случайных сигналов. аобретёния о р м у л а Генератор равномерн® распределенных случайных величин, соде|эжащий генератор случайной последовательности импульсов, выход котхзрого соединен с ЕЯОДОМ первого элемента И, выход которого через первый мультивибратор соединен со входом первого формирователя импульсов, а второй вход первого элемента И соединен с единичным выходом первого триггера, счетный вход которого объединен со входом элемента задержки и с первыми входами счетчика и второго элемента И, выход которого соединен с нулевым входом второго триггера, выход которого является первым выходом генератора и соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов и через делитель соединен со входом элемента задержки, а выход третьего элемента И соединен со вторым входом счетчика, вход которого является вторым выходом генератора, от личающийся тем, что, с целью повышения быстродействия генератора, он 7 3 содержит третий и четвертый триггеры, четвертый элемент И, второй мультивибратор, второй формирователь импульсов и элемент ИЛИ, выход которого соединен с единичным входом второго триггера, а входы элемента ИЛИ соединены с выходами формирователей импульсов, вхЬд второго формирователя импульсов через второй мультивибратор соединен с выходом четвертого элемента И, первый вход которого соединен с нулевым выходом первого триггера, а второй вход четвертого элемента И объединен с первым входом первого элемента И и подключен к счетному входу третьего триггера, выход которого подключен ко второму входу второго элемента И и к счетному входу четвертого триггера, вьгеод которого соединен с третьим входом второго элемента И, нулевые входы третьего и четвертого триггеров подключены к выходу элемента задержки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 43О4ОО, кл. G 06 F 1/ОО, Q Об F 1/02, 1973, 2.Авторское свидетельство СССР № 386392, кл. G 06 F 1/02, 1971. ; З.БобневИ. П. Генерирование случайных сигналов. М./ Энергия, 1971, с. 149 (прототип).