Генератор случайного потокаиМпульСОВ Советский патент 1981 года по МПК G06F1/02 G07C15/00 

I

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при создании стохастических вычислительных машин и моделей, генераторов случайных чисел, при моделировании случайных процессов.

Известен генератор случайного потока импульсов, содержащий источник шума, элементы И и ИЛИ, счетчики 1.

Однако счетчики обуславливают сложность этого генератора.

Известен также генератор случайного потока импульсов, содержаш,ий генератор импульсов, датчики равномерных двоичных случайных чисел, элементы И, элемент ИЛИ, цифровой генератор функций 2.

Однако увеличение точности в этом генераторе приводит к неоправданному его усложнению.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является генератор случайного потока импульсов, содержащий генератор импульсов, коммутатор. К датчикам равномерных двоичных случаййых чисел К, элементов И, выходы которых Соединены со входами элемента ИЛИ, выхед которого является выходом генератора случайного

потока импульсов, цифровой генератор функций, первый вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, все п выходов соединены с первыми входами первых п из к эле.ментов И, а первые входы оставшихся (к-п)

элементов И соединены с первыми (к-п) выходами цифрового генератора функций соответственно; вторые входы элементов И соединены с выходом генератора импульсов, третьи входы элементов И соединены с единичными выходами датчиков равномерных

двоичных случайных чисел соответственно, а инверсные выходы каждого-j-го датчика равномерных двоичных случайных чисел соединены с соответствующими входами элементов И от (j-bl)-ro до К-го; вход коммутатора соединен с выходом элемента ИЛИ, единичный выход - со входами первых п элементов И, а инверсный выход - со входами оставшихся (к-п) элементов И 3. Недостатком данного устройства является невозможность повышения точности воспроизведения случайного потока импульсов на всем интервале разбиения.

Цель изобретения - увеличение точности воспроизведения случайного потока импульсов с требуемыми параметрами на всем

интервале разбиения при сохранении прежнего объема памяти цифрового генератора функций.

Поставленная цель достигается тем, что генератор случайного потока импульсов, содержащий генератор импульсов, коммутатор, К датчиков равномерных случайных чисел, К элементов И, выходы которых соединены со входами элемента ИЛИ, выход которого является выходом генератора случайного потока импульсов, цифровой генератор функций, вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, первые выходы элементов И соединены с выходом генератора импульсов, вторые входы элементов И соединены с единичными выходами датчиков равномерных двоичных случайных чисел соответственно, а инверсные выходы каждого j-ro датчика равномерных двоичных случайных чисел соединены с соответствующими входами элементов И от (j + l)-ro до К-го дополнительно содержит К-разрядный сумматор, выходы которого соединены с третьими входами соответствующих элементов И, а входы - с соответствующими выходами коммутатора, п информационных и управляющий входы которого соединены с п информационными и управляющим выходами цифрового генератора функций соответственно. На чертеже приведена блок-схема генератора случайного потока импульсов. Генератор случайного потока импульсов состоит из генератора 1 импульсов, К датчиков 2 равномерных двоичных случайных чисел, К элементов 3 И, элемента 4 ИЛИ, цифрового генератора 5 функций, коммутатора 6, К-разрядного сумматора 7. Генератор 1 импульсов предназначен для формирования имрульсов выходного случайного потока (для формирования случайного потока временных интервалов может быть применен генератор регулярных импульсов). Выход генератора 1 соединен с соответствующими входами всех К элементов 3 И. Датчики 2 равномерных двоичных случайных чисел предназначены для формирования ряда вероятностей (2, 2,...,2 появления 1 на соответствующих входах элементов 3 И. Прямой выход j-ro датчика 2 соединен с соответствующим входом j-ro элемента 3 И, а инверсный выход j-ro датчика 2 соединен с соответствующими входами элементов 3 И от (j + l)-ro до К-го. Элементы 3 И и элемент 4 ИЛИ предназначены для формирования совместно с датчиками 2 и сумматором 7 вероятности прохождения импульсов генератора 1 на выход устройства. Выходы элементов 3 И соединены со входами элемента 4 ИЛИ. Выход элемента 4 ИЛИ является выходом устройства. Цифровой генератор 5 функций предназначен для хранения п-разрядных приращений кодов -fa, значения которых определяются в сумматоре 7 и с помощью которых происходит фор

мирование требуемых вероятностей появления импульсов на выходе устройства, и для управления коммутатором 6 с помощью управляющего сигнала, поступающего с его управляющего выхода на управляющий вход коммутатора 6. В общем виде цифровой генератор 5 функций представляет собой запоминающее устройство с управляемым блоком выборки адресов. Вход генератора 5 функций соединен с. выходом устройства. Все п выходов цифрового генератора 5 функций соединены с соответствующими п входами коммутатора 6.

Сумматор 7 представляет собой сумматор накапливающего типа и состоит ис К разрядов, причем j-bie выходы сумматора 7 соединены со входами j-ых элементов 3 И, а j-ые входы - с j-ыми выходами коммутатора 6. Сумматор 7 предназначен для формирования кодов {а 1 необходимых для генерации, из приращений кодов , поступающих на него с выхода цифрового генератора 5 функций через коммутатор 6. Коммутатор 6 предназначен для коммутации п информационных разрядов цифрового генератора 5 функций на старщую, от ш-го до (т+ )-го разрядов (при единичном значении управляющего сигнала цифрового генератора 5 функций), или младщую, от (к-п+1)-го до К-го разрядов (при нулевом значении управляющего сигнала цифрового генератора 5 функций), группы сумматора 7. Разряд ш определяет максимально возможное значение приращений кодов . t... на выходе цифрового генератора 5 функций и задается при изготовлении генератора случайного потока импульсов с учетом неравенстваl-log2AI -,(At)m K-2n-f2, (1) где К - разрядность сумматора 7; п - разрядность цифрового генератора 5 функций, AR-(At)-максимальное значение приращения, по которому формируется значение кода . Генератор случайного потока импульсов работает следующим образом. Датчик 2 генерирует «1, если на его пряных чисел формируют потоки импульсов с равными вероятностями появления единиц и нулей р{(1) р(0) ;2-, где Р (1) иР(0) - вероятности появления «1 и «О соответственно на выходе j-ro датчика 2. Датчик2генерирует «1, если на его прямом выходе присутствует высокий потенциал и наоборот, датчик 2 генерирует «О, если на прямом выходе низкий потенциал, а на инверсном - высокий. Вероятность одповременного появления «1 на тех входах j-го элемента 3 И, к которому подключены j датчиков 2, равна: j. . 1(1) р(1) (0) г: Вероятности Р (1) при изменении j от 1 до К образуют двоичный ряд вероятностей (Р, (1) 2, Р(1) 2-2,. Рз(1) 2-..., РК (1) 2 ). Кроме того, вероятности (1) образуют полную группу несовместных событий. Эти свойства Pj(l) позволяют формировать в предлагаемом устройстве любую вероятность Р| с помощью коэффициентов la сумнатора 7.:.к . Р. а, 2 +ai2-4... + ai2- |a.2-; е IK - число разрядов сумматора 7; а- - принимает значения О или 1. Вероятность прохождения импульсов с выхода генератора 1 через элемент 4 ИЛИ на выход устройства определяется сформирован ок в. данный момент вероятностью Pj JE а| 2. .Таким образом, меняя коэффициенты {а на выходе сумматора 7 по определенному закону, получаем случайный поток импульсов с требуемыми параметрами. Для того, чтобы получить случайный поток импульсов с нужной плотностью распределения Ру (t) временных интервалов V{i) необходимо заданную функцию Py(t) разбить на t равных интервалов длительностью At tj-tj-i и для каждого j-ro (j 1, 2,..., 6) интервала вычислить вероятности Pv ( t) того, что произвольно выбранный в потоке временной интервал V(t) будет длительностью (j-1) At V(t) j -At Pj( t) |:,Pv(t)dt. По вычисленным P| ( At) необходимо определить условные вероятности P(At) того, что временной интервал V(t) окончится в J-TOM интервале, при условии, что он не окончился ни в одном из (j - 1) интервалов: Pf(At) ) После вычисления всех Р( t) производятся вычисления положительных приращений АР( At), а по ним соответствующих кодов- для каждого j-ro интервала следующим образом. Вычисляется APj (At) Pj (At) r-i Vrf л I PA (At), где P( At) - значение, вычисленное по фор муле (2); Р-.., (At)-пересчетное значение услов ной вероятности для (j-l) го интервала, формула вычисления которого приведена ниже. По значениям приращени1} словной вероятности АР ( А t) вычисляются коэффициенты - tb,n.,..., к) APi(At)..2- (4) где К - разрядность сумматора 7. По вычисленным коэффиц иентам {Ь определяется усеченный , состоящий из п разрядов (п-разрядность цифрового генератора 5 функций). При этом возможны три аарианта: 5 О для Vi. m, где m -- старший разряд старшей п разрядной группы сумматора 7, определяющий максимально допустимое значение йР ( At) и определяемый из неравенства (1). В этом случае приращение APj (At) превышает предельно допустимое и необходимо разбиение функции РуЦ). на большее количество интервалов. Ь1 О для ш (к-п Ч-1). В .этом случае дроизводится урезание кода{Б 1 до кода {ьА nq фор.муле .., i l,2,...,n Управляющему сигналу bj, цифрового геHepatopa 5 функций при этом присваивается код . Ъ .0 при. i к-n-f 1. При этом bi. b, , ,2,...,n, а разряду Ь цифрового генератора функций присваивается код «О. Определяется ттересчетное значение PJ (At) по формуле ) uFf (At) - P. cat) j-tb a-f -(K-K-tTH b.4.. Вычирленные коэффициенты (i 0,..., п; ,..., t) вводятся в память цифрового гецератора 5 функций таким образом, что {Ь1 вводится в первый адрес, а вводится в j-ный адрес. По определенной команде производится начальная установка устройства: сумматор 7 сбрасывается в «О, i;eнератор 5 функций настраивается на начальный адрес. Далее на выходе цифрового генератора 5 функций в определенные моменты времени появляются коды fb; X (j 1,...,е), которые формируют требуемые приращения APj (At) условных вероятностей (u.t). Под действием сигналов Ъ коммутатор 6 в моменты времени j-At производит Коммутацию кодов {bj} (i l,...,n) на соответствующие старшую или младшую группы сумматора 7. При этом возможны два варианта. При единичном значении сигнала bj коммутатор 6 коммутирует п-разрядный информационный выход цифрового генератора 5 функций на старшую, от т-го до (ш -f п - 1)го разрядов, группу сумматора 7. При этом к содержимому сумматора 7 Aj,i, образованному из хранящихся в нем кодов { , прибавляется значение Xj, образованное кодами , i l...,k, которые в свою очередь, являются выходами коммутатора 6, причем х{ О для Vi. (ш + п),...,К и.для Vi l,...,(m - n); VL i;...,n.

При нулевом значении сигнала Ь коммутатор 6 коммутирует п-разрядный информационный выход цифрового генератора 5 функций на младшую, то (к + 1 -п)-го до к-го разрядов, группу сумматора 7. При этом содержИМому сумматора 7. При этом к сок содержимому сумматора 7 прибавляется значение Xj, образованное кодами {хН, .,..., К, причем

Xi О для. 1,..., (к-п); ttK-h. bf- для Vi l,...,n, . Сформированные в сумматоре 7 коды i.1 (,..., к) поступают на входы соответствующих элементов 3 И, которые вместе с генератором 1 импульсов, датчиками 2 равномерных двоичных случайных чисел и элементом 4 ИЛИ формируют на выходе устройства импульс, вероятность появления которого определяется кодом-{а J. При появлении на выходе устройства импульса, что свидетельствует об окончании генерации очередного случайного интервала времени, производится сброс устройства в исходное состояние этим же сигналом, поступающим с выхода устройства на вход цифрового генератора 5 функций и процесс работы устройства снова повторяется.

Введение в генератор случайного потока импульсов дополнительного К-разрядного. сумматора, использование цифрового генератора. 5 функций .для хранения приращений кодов{a J и разделение приращений кодов на группы малых и больщих значений позволяет повысить точность воспроизведения случайного потока импульсов с требуемыми параметрами без увеличения, а при ДР (At) уменьшении объема памяти цифрового генератора 5 функций. При этом значительно упро1йается работа с генератором, так как отпадает предварительная настройка коммутатора, проводимая в известном устройстве, сокращается количество аппаратуры, связанное с уменьшением числа входов всех элементов И и с упрощением схемы коммутатора.

Формула изобретения

Генератор случайного потока импульсов, содержащий генератор импульсов, коммутатор, К датчиков равномерных двоичных случайных чисел, К элементов И, выходы

Q которых . соединены со входами элемента ИЛИ, выход которого является выходом генератора случайного потока импульсов, цифровой генератор функций, вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, первые входы элементов И соединены с выходслл

генератора импульсов, вторые входы элементов И соединены с единичными выходами датчиков равномерных двоичных случайных чисел соответственно, а инверсные выходы каждого j-ro датчика равномерных двоичJJ ных случайных чисел соединены с соответствующими входами элементов И от (j-f 1)-го до К-го, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он дополнительно содержит К-разрядный сумматор, выходы которого соединены с третьими входами соотS ветствующих элементов И, а входы - с соответствующими выходами коммутатора, п информационных и управляющий входы которого соединены с п информационными и управляющим выходами цифрового генератора функций соответственно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 504196, кл. G 06 F 1/02, 1974. 5 2. Авторское свидетельство СССР № 531653, кл. G 06 F 15/36, 1975.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2515629/18-24, кл. G 07 С 15/00, 1977 (прототип).

ix

А|

К

v

/V/V

t