Устройство для моделирования совокупности случайных событий Советский патент 1982 года по МПК G06F7/58 

(5) УСТРОЙСТВО для МОДЕЛИРОВАНИЯ СОВОКУПНОСТИ СЛУЧАЙНЫХ СОБЫТИЙ

Изобретение относится к вычислит тельной технике, в частности к специализированным вычислительным устройствам для моделирования совокупности случайных событий, и может быть использовано в исследованиях различных автоматизированных систем, например, для анализа работоспособности исследуемой системы при возник новении отказов в отдельных блоках. Известно устройство для статического моделирования сложной системы работ, содержащее генераторы случайных импульсов, блоки выделения заданного импульса, логические элемент Это устройство позволяет сформировать совокупность случайных событи имеющих распределение во времени и пространстве, обусловленное заранее установленными логическими связями D Однако данное устройство позволяet сформировать равномерно распределенные события, поскольку порядок по явления событий четко определен логическими связями устройства. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для моделирования совокупности случайных событий, содержащее генератор случайных и генератор регулярных импульсов, дёа счетчика и первый элемент И, Известное устройство формирует поток случайных импульсов (событий) с заданной вероятностью появления. При моделировании работы исследуемых систем бывает необходимо, чтобы на интервале времени Т, произошло п различных событий из N возможных равномерно распределенных на этом интервале времени. Такими событиями могут быть, например, отказы блоков в моделируемой системе. В этом случае при исследовании работоспособности системы в.условиях отказов за время работы модели Т должно отказать п блоков из N ВОЗМОЖНЫХ, при этом моменты отказов независимы друг от друга и равномерно распределены на интервале Т. Решить эту задачу можно различными способами, например комплексированием N устройств, аналогичных известному 12 J. Однако в этом случае точность моделирования недостаточно высока, что обусловлено двумя требованиями: а)необходимо, чтобы за интервал Т произошло ровно п событий; б)произошедшие события должны быть несовпадающими, которые в из-, вестных устройствах не выполняются, поскольку среди произошедших событий могут быть повторяющиеся, а вероятность того, что за время Т произойдет число событий отличное от п достаточно велика. Так вероятность появления К событий (К#п) равна ,712 Р.,77б .825 .875 Цель изобретения - повышение точности моделирования путем формирования равномерно распределенных во вре мени и пространстве событий. Указанная цепь достигается тем, что в известное, устройство для моделирования совокупности случайных событий, содержащее генератор случайны импульсов и генератор регулярных импульсов, два счетчика и элемент И, введены два дешифратора, два элемента И, два элемента НЕ, два одновибра тора, блок сравнения кодов, многовхо довой элемент ИЛИ, п блоков задания моментов времени, п ключей, п тригге ров и блок управления, содержащий че тыре элемента И, одновибратор, делитель частоты, источник постоянного н пряжения, переключатель и замыкающую кнопку с самовозвратом, при этом пер вый вход переключателя является первым входом устройства, вход первого одновибратора является вторым входом устройства первый вход первого элемента И соединен с выходом .генератора регулярных импульсов, выход перво го элемента И подключен ко входу пер вого счетчика, первый вход второго элемента И соединен с выходом генератора случайных импульсов, выход третьего элемента И подключен к первым входам блоков задания моментов времени и ко входу второго одновиб. ратора, прямой выход первого одновибратора подключен к первым входам триггеров, выход четвертого элемента И подключен ко вторым входам блоков задания моментов времени, выход второго элемента И подключен к первым входам пятого и шестого элементов И, выход источника постоянного напряжения через замыкающую кнопку с самовозвратом подключен ко входу первого одновибратора, вход делителя частоты соединен с первым входом первого элемента И, а выход-со вторым входом переключателя, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И, первый вход второго элемента И соединен с первым входом четвертого элемента И прямой выход первого одновибратора подключен к вторым входам первого и четвертого элементов И,. а инверсный выход ко входам второго и третьего элементов И соответственно, разрядные выходы первого счетчика соединены с соответствующими входами первого дешифратора , выходы которого соответственно подключены к третьим входам блоков заданиЯумоментов времени, выход каждого из которых через соответствующий ключ подключен к соответствующему входу МНОГОВХОД080ГО элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом седьмого элемента И, выход второго одновибратора подключен ко второму входу седьмого элемента И через первый элемент НЕ и ко второму входу шестого элемента И, выход которого подключен к первому входу второго счетчика, второй вход которого соединен с выходом пятого элемента И, а разрядные выходы подключены к соответствующим входам второго дешифратора исоответствующим входам первой группы блока срарнения кодов, выходы второго дешифратора подключены ко вторым входам соответствующих триггеров, выходы которых соединены с соответствующими входами второй группы блока сравнения кодов, выход которого подключен ко входу третьего одновибратора, выход которого соединен со вторым входом пятого элемента И и через второй элемент НЕ с третьим входом седьмого элемента И, выход которого подключен к управляющему входу второго дешифратора, выходы триггеров являются выходами устройства. Блок задания моментов времени может содержать электронный ключ, счетчик и многовходовой элемент И, при

этом первым входом задающего блока является первый вход счетчика, вторым и третьим - соответственно информационный и управляющий входы электронного ключа, а выходом - выход многовходового элемента.И, выход электронного ключа соединен со вторым входом счетчика, разрядные выходы которого подключены к соответствующим входам многовходового элемента И. ,

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 блок-схема задания моментов времени.

Устройство содержит генератор 1 случайных импульсов,генератор 2 регулярны импульсов,блок 3 управления,первый счетчи к 1, первый дешифратор 5, второй счетчик 6,второй дешифратор 7 седьмой 8,шестой 9 и пятый 10 элементы И, вто1рой 11 и третий ,12 одновибраторы, триггеры 13, блок 14 сравнения кодов первый 15 и второй 16 элементы НЕ, многовходовой элемент ИЛИ 17, ключи 18, блоки 19 задания моментов времени. Блок 19 задания моментов времени содержит многовходовой элемент И 20 усчетчик 21, электронный ключ 22,Блок 3 управления содержит первый 23, третий 2k, четвертый 25 и второй 2б элементы И, источник 27 постоянного напряжения, первый одновибратор 28, пербклнэчатель 29, делитель 30 частоты и замыкающую кнопку 31 с самовозвратом, при этом первый и второй входы блока 3 управления являются соответствующими входами устройства, а третий и четвертый входы соединены соответственно с выходами генератора 2 регулярных импульсови генератора 1 случайных импульсов, первый выход блока 3 управления подключен ко входу первого счетчика 4, второй выходк первым входам блоков 19 и ко входу второго одновибратора 11, третий выход - к первым входам триггеров 13, четвертый выход - ко вторым входам блоков 19, а пятый выход - к первым входам шестого 9 и пятого 10 элементов И, разрядные выходы первого счетчика соединены с соответствующими входами первого дешифратора 5 выходы которого соответственно подключены к третьим входам блоков 19, выход каждого из которых через соответствующий ключ 18 подключен к соответствующему входу многовходового элемента ИЛИ 17, выход которого соединен с первым входом седьмого элемента И 8, выход второго одновибратора 11 подключен ко

второму входу седьмого элемента И 8 через первый элемент НЕ 15 и ко второму входу шестого элемента И 9 выг ход которого подключен к первому входу второго -счетчика 6, второй вход которого соединен с выходом пятого 10 элемента И, а разрядные выходы подключены к соответствующим входам второго дешифратора 7 и соответствующим входам первой группы блока И сравнения кодов, выходы второго дешифратора 7 подключены ко вторым входам соответствующих триггеров 13, выходы которых соединены с соответствующими входами второй группы блока И сравнения кодов, выход которого подключен ко входу третьего одновибратора 12, выход которого соединен со вторым входом пятого элемента И 10 и через второй, элемент НЕ 16 с-третьим входом седьмого элемента И 8, выход которого подключен к Управляющему входу второго дешифратора 7, выходы триггеров 13 являются выходами устройства.

В блоке 19 первым входом является первый вход счетчика 21, вторым и третьим - соответственно информационный и управляющий входы электронного ключа 22, а выходом - выход многовходового элемента И 20, выход электронного ключа 22 соединен со вторым входом счетчика 21, разряд 1е выходы которого подключены к соответствующим входам многовходового элемента И 20.

В блоке 3 управления первым входом является первый вход переключателя 29, вторым - вход одновибратора 28, третьим и четвертым - первые входы первого 23 и второго 2б элементов И, первым выходом - выход первого Э1лемента И 23, вторым - выход третьего элемента И 24, тре-гьим - выход первого одновибратора 28, четвертым пятым - выходы четвертого 25 и второго 26 элементов И соответственно, выход источника 27 постоянного напряжения через замыкающую кнопку с самовозвратом подключен ко входу ервого одновибратора 28, вход делителя 30 частоты соединен с первым входом первого элемента И 23, а выод - со вторым входом переклю мателя 9,выход которого подключен к первоу входу третьего 24 элемента И, ервый вход второго элемента И 26 соединен с первым входом четвертого лемента И 25, прямой выход первого 7 одновибратора 28 подключен к вторым входам первого 23 и четвертого 25 элементов И, а инверсный, выход - ко вторым входам второго 26 и третьего 2 элементов И соответственно. Предлагаемое устройство имеет два режима работы - Подготовка и Работа., задаваемые блоком 3 управ ления. В режиме Подготовка в блоках 19 формируются коды, соответствующие моментам времени, в которые должны произойти моделируемые события . По окончании подготовки блок 3 управления переводит устройство в эежим Работа. В моменты времени, соответствующие сформированным на этапе подготовки кодам, происходит генерирование случайных событий.При этом в каждый момент времени генерируется одно событие. Если это событие совпадает с событием, произошедилм ранее, происходит генерирование нового события, отличного от уже произошедших. Число воз можных, событий, определяется числом выходных триггеров 13, а число событий, которое должно произойти за время Т - числом блоков 19, подключенных через ключи 18 к многовходоэому элементу ИЛИ 17. В режиме Подготовка блок 3 управления соединяет выход генератора регулярных импульсов 2 с первым выходом блока 3 управления, выход генератора 1 .случайных импульсов - с четвертым выходом, на третьем выходе формируется единичный, а на втором и пятом выходах нулевой сигнал. В этом положении единичный .сигнал с третьего выхода блока 3 управлени поступает на первые входы триггеров 13 и устанавливает их в исходное ну :левое положение. Регулярные импульсы с генератора 2 через блок 3 упра пенип поступают на вход первого счет .чика . Соединение разрядных выходов первого счетчика k с соответствующими входами первого дешифратора 5 обеспечивает на выходах последнего Бегущую единицу, которая, поступая на третий вход соответствующего блока 19, открывает его, приэтом сигналы генератора случайных импульсов 1 поступают с четвертого выхода блока 3 управления на вторые входы блоков 79. При наличии открывающей единицы на третьем входе блока 19 подсчитыва 9 еТся число импульсов, поступающих на его второй-вход, посредством чего в блоке 19 формируется случайная величина, соответствующая времени возникновения события. Частота следования регулярных импульсов и интенсивность потока случайных импульсов генераторов выбираются такими, чтобы за время между двумя регулярными импульсами сформировалось достаточное для интервала времени Т число случайных импульсов. По истечение заданного времени, необходимого для то.го, чтобы во всех-блоках 19 сформировались случайные величины, блок 3 управления переводит устройство в режим Работа. В этом режиме на первом, третьем и четвертом выходах блоках 3 умножения устанавливается О, второй выход соединяется со вторым входом устройства (при соответствующем положении переключателя 29) пятый - с выходом генератора случайных импульсов. На второй вход устройства поступают тактовые временные импульсы с модели исследуемой системы и через блок 3 управления поступают на первый вход блоков 19. В момент времени, равный установленному в режиме Подготовка в каком-нибудь из блоков 19, на выходе этого блока появляется единичный сигнал, который через ключ 18 и многовходовой элемент ИЛИ 17 поступает на первый вход седьмого элемента И 8. Те же самые тактовые временные импульсы, что поступают на первый вход блоков 19, поступают на вход второго одновибратора (ждущего мультивибратора) 11, формирующего импульсы с длительностью, равной половине периода следования тактовых импульсов. Этот сформированный импульс поступает через первый элемент НЕ 15 ,на второй вход седьмого элемента И :8 И запрещает на время первой половины периода прохождения единичного сигнала с выхода многовходового элемента ИЛИ 17, а поступая на вход шестого элемента И 9, разрешает прохождение случайных импульсов с выхода блока 3 управления и на первый вход второго счетчика 6. В качестве счетчиков в предлагаемом устройстве моГут быть использованы двоичные счетг чики в микросхемном исполнении типа 133 ИЕ5. После того как второй одновибратор 11 переходит в исходное состояние, случайные импульсы перестают поступать на первый вход второго счетчика 6, а коды, находящиеся в этом счетчике, сравниваются с состоянием выходных шин устройства в блоке 14 сравнения кодов. В качестве блока l4 сравнения кодов может быть использована микросхема селектормультиплексор 155 КП1 (И63.088.042 ТУ 30). В этом случае, если код, находящийся во втором счетчике 6, соответствует состоянию выходных шин, на выходе блока Н сравнения кодов повы шается сигнал, запускающий третий одновибратор 12. Длительность импуль са этого одновибратора составляет 0,01-0,001 периода следования регулярных импульсов. Сигнал с выхода третьего одновибратора 12 через второй элемент НЕ 16, поступая на седьмой элемент И 8, запрещает прохождение сигнала с выхода многовходового элемента ИЛИ 17 и одновременно разрешает прохождение случайных импульсов на второй вход второго счетчика 6, чем обеспечивается изменение его содержимого. Если после возвращения третьего одновибратора 12 в исходное состояние код, находящийся во втором счетчике 6, вновь соответствует состоянию выходных шин, блок Il сравнения кодов вновь сформирует единичный сигнал, в результате чего код, содержащийся во втором счетчике 6,вновь изменится описанным выше способом. Если же код, находящийся во втором счетчике 6 не соответствует состоянию выходных шин, то на выходе блока сравнения кодов 1 будет нулевой сигнал. В результате «а выходе второго элемента НЕ 16 будет единичный сигнал, и сигнал с выхода многовходового элемента ИЛИ 17 пройдет через седьмой элемент И 8 на управляющий вход второго дешифратора 7.При этом на одной из шин второго деимфратора 7 появится единичный сигнал, соответствующий коду, находящемуся во втором счетчике 6. Этот единичный сигнал, поступая на второй вход соответствующего триггера 13, п ребрасывает его в единичное состояние, в результате чего изменяется со тояние выходных шин устройства. В качестве дешифратора в предлагаемом устройстве может быть использована микросхема типа ИД 3 в котол 910 рой дешифрирование осуществляется при подаче единичного сигнала на управляющий вход. В зависимости от требуемого числа событий (отказов) ко входам иноговходового элемента ИЛИ 17 посредством ключей подключается соответствующее число блоков 19. В режиме Подготовка на первый вход блока 19 поступает нулевой сигнал. С соответствующей выходной шины первого дешифратора 5 поступает единичный открывающий сигнал, а на второй вход - случайные импульсы, Под действием открывающего сигнала открывается электронный ключ 22, и случайные импульсы поступают на первый вход счетчика, 21. Интенсивность потока случайных импульсов такова, что за время одного открывающего в среднем приходит число импульсов, превышающее емкость счетчика 21, что обеспечивает равномерность формируемого кода. В результате этого в ходе режима Подготовка в счетчике 21 задающего блока формируется некоторь1й случайный код. В режиме Работа на первый вход блока 19 поступают тактовые временные импульсы с периодом следования At Емкость счетчика 21 выбирается равной величине . В этом случае любой код, записанный в этом счетчике, соответствует времени , при этом за счет равномерности сформированного в счетчике 21 кода времени Т имеют равномерное на интервале О, tj распределение. В соответствии с равномерным распределением величины такое же распределение имеет величина , поэтому в блоке 19 в режиме Работа тактовые импульсы подаются на второй вход счетчик 21, который считает тактовые импульсы, начиная с того состояния, в которое он был установлен в режиме Подготовка и через время, начиная с момента начала работы устройства, во всех разрядах счетчика будет находиться единицы. В этот момент на выходе многовходового элемента И 20 появится единичный сигнал. Блок 3 управления служит для задания режима работы предлагаемого устройства. При подаче на его второй вход импульса одновибратор. 28 запускается и подает одиночный сигнал на первый 23 и четвертый 25 11,9 элементы И, чем обеспечивается пода.ча единичного сигнала на третий выход блока, регулярных импульсов на первый выход и случайных импульсов - на четвертый выход, чем обеспечивается режим Подготовка, При необходимости переход в этот режим можно выполнить нажатием кнопки 31, в результате чего напряжение с источника 27 постоянного напряжения по ступает на вход одновибратора 28 и запускает его. При переходе одновибратора 28 в исходное состояние единичный сигнал поступает на соответствующие входы второго 26, третьего 2k элементов И, чем обеспечивается переход устройства в режим Работа, Работа может происходить от внешнего задающего генератора, подающего тактовые импульсы на первый вход, бло ка управления 3, либо от внутреннего источника 2 регулярных импульсов. В последнем случае регулярные импульсы проходят через делитель 30 частоты. Режим работы от внутреннего, или внешнего источника задается переключателем 29. Устройство позволяет повысить точ ность результатов статического моделирования функционирования-сложных систем в условиях возникновения отка зов. Это достигается формированием равномерно распределенных во времени и пространстве событий. При этом в процессе моделирования на интервале времени Т возникает заданное число отказов, тогда как известное устройство обеспечивает возникновение К отказов, число которых необязательно равно заданному п.. Например, как ука зывалось выше, при вероятность того,,что . равно 0,776. В этом случае в ходе моделирования в 22,k% реализации выполняется требование и таким образом сокращается объе результатов, на основании которых проводится статистический анализ функционирования системы в условиях возникновения заданного числа отказо Предлагаемое устройство позволяет осуществить возникновение заданного числа различных отказов во всех реализациях, чем обеспечивается более высокая точность статистических данных, полученных в ходе моделирования Таким образом, использование пред -лагаемого устройства позволяет повы 9 сить точность статистического моделирования и сократить объем проводимых работ (при заданной точности), чем определяется технико-экономический, эффект изобретения. Формула изобретения 1 .Устройство для моделирования совокупности случайных событий,содержащее генератор случайных импульсов и генератор регулярных импульсов,два счетчика ,и элемент И, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделирования, в него введены два дешифратора, два элемента И, два элемента НЕ, два одновибратора, блок сравнения кодов, многовходовой элемент ИЛИ, п блоков задания моментов времени, л ключей, п триггеров и блок управления, содержащий четыре элемента И, одновибратор, делитель частоты, источник постоянного напряжения, переключатель и замыкающую кнопку с самовозвратом, при этом первый вход переключателя является первым входом устройства, вход первого одновибратора является вторым входом устройства, первый вход первого элемента И соединен с выходом генератора регулярных импульсов, первый вход второго элемента И соединен с выходом генератора случайных импульсов , выход первого элемента И подключен к входу первого счетчика, вы,ход третьего элемента И подключен к первым входам блеков задания моментов времени и к входу второго одновибратора, прямой выход первого од-, новибратора подключен к первым входам триггеров, выход четвертого элемента И подключен к вторым входам блоков задания моментов времени, вы ход второго элемента И -подключен к первым входам пятого и шестого элементов И, выход источника постоянного напряжения через замыкающую кнопку с самовозвратом-подключен к входу первого одновибратора, вход делителя частоты соединен с первым входом первого элемента И, а выход с вторым входом переключателя, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И, первый вход второго элемента И соединен с первым входом четвертого элемента И, прямой выход первого одновибрато.ра подключен к вторым входам пер.вого

и четвертого элементов И, а инверсный выход .- к вторым входам взорого и .третьего элементов И соответственно, разрядные выходы Первого счетчика соединены с соответствующими входами первого дешифратора, выходы которого соответственно подключены к третьим входам блоков задания моментов времени, выход каждого из которых через соответствующий ключ подключен к соответствующему входу многовходового элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом седьмого элемента И, выход второго одновибратора подключен к второму входу седьмого элемента И через первый элемент НЕ и к второму входу шестого элемента И, выход которого подключен к первому входу второго счетчика, второй вход которого соединен с выходом пятого элемента И, а разрядные выходы подключены к соответствующим входам второго дешифратора и соответствующим входам первой группы блока еравнения кодов, выходы второго деимфратора подключены к вторым входам соответствующих триггеров выходы которых соединены с соответствующими входами второй группы блока сравнения кодов, выход которого подключен к входу третьего одновибратора , выход которого соединей с вторым входом пятого элемента И и через второй элемент НЕ с третьим входом седьмого элемента И, выход которого подключен к управляющему входу второго деи1И фра тора, .выходы триггеро являются выходами устройства.

Hcto4HMKH информации, принятые во внимание при экспертизе

t. Авторское свидетельство СССР № 45883t, кл. в 06 F 15/36, 1975.

2. Автсч ское свидетельство СССР № it25l83, кл. б 06 F 15/36, 1972 (прототип).