Устройство для формирования случайных временных интервалов Советский патент 1982 года по МПК G06F7/58 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СЛУЧАЙНЫХ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к устройствам для формирования случайных временных интервалов. По основному авт.св. № 279167 известно устройство, содержащее генера тор напряжения шума, .квантователь уровней, коммутатор, регистр сдвига, генератор тактовых импульсов, элементы И, элемент ИЛИ, выход которого .является выходом устройства и подключен к второму входу регистра сдви га, первый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импуль сов , а выходы подключены к вторым входам элементов И, первые входы которых соединеныс соответствующими выходами коммутатора, выходы элементов И соединены с входами элемента; ИЛИ, а входы коммутатора подключены к выходам квантователя уровней, вход которого соединен с выходом генерато ра напряжения шума t1. Однако в данном устройстве предъя ляются жесткие требования к параметрам в частности, к интенсивности) случайных импульсных потоков на выходах коммутатора. Так, известно, что требуемая интенсивность пуас ооновского случайного импульсного потока на к-м выходе коммутатора определяется из соотношения 1 - PI Й1. 1 к - 7Т V f К At . p. где к l,2,...,n; ЛЬ - интервал квантования i.HHTepвал между и Iпyльcaми на выходе тактового генератора); число интервалов квантовання функции распределени.ч, вероятность появления на выходе устройства импульса с i-ro выхода коммутатора (f(-)iA.it.-l1, где V - интервал между импульсами на выходе устройства. Из выражения (1) -видно, что при необходимости формирования случайных импульсных потоков с заданными законами распределения интенсивности )/ должны изменяться в широком диапазоне. Причем при этом должен сохраняться пуассоновский закон распределения интервалов между импульсами, что трудно практически обеспечить. Кроме того, в устройстве необходимо обеспечивать возможность плавной рргулировки интенсивности потоков и хорошую точность настройки на задан ную величину интенсивности при многократных перестройках устройства, т.е. обладающие хорошей повторяемос тью характеристик. Второй HezOCTaTOK заключается в несинхронности работы устройства в целом и тактового генератора, что приводит к уменьшению воспроизводимой верояности Р появления на выходе устройства импульса с первого выхода коммутатора. Действительно, так как тактовые импульсы и импульсы с выходов коммутатора неза висимы (несинхронны), то выходные импульсы устройства попадают вовнутрь интервала между тактовыми им пульсами (фиг.2). Следовательно, время пребывания единицы в первом разряде циклического регистра сдвиг при условии не поязления и пIyльcoв с первого выхода коммутатора сокращае ся до Д , оторое, как легко показать, рассчитывается по формуле 1-1 Ai-utl-l-.I Р(E4i-- V)-f2) 1-1 1 V Причем при воспроизведении различ ных saKOb:cB распределения с помощью данного устройства для значе Езие Д-t находится в пределах (0,20,8} At, Эго приводит к ббльшим погрешностям воспроизведения вероятно Tff () Недостато заключггется и в низкой .стойч:т{вости устройства к сбоям в UJ-jTH-i-scKOM регистре сдвига. Любой сбой npii сдвиге логлческой единицы из одко1о разряда s другой (потеря единиЕда) )1риводит к обнулению циклического peiKCTpa слвига и, следоваельнО; к останову устройства. Целью изоеретения является повышение точности формирования последовательност - случайн лх импульсов и по зыйение ДОС ч-озер но с те и оункционирова ни я у от рой с т в а .. Цель З.зобретенкя достигается тем что Еыхсл элемента ИЛИ соединен с входо-м генератора тактовых импульсо третлй вход рехистра сдвига является входом Запись 1 устройства, (п+1)га)кЬммутгтора соединен с (п +1)-ым г ходом эпемента . На фиг„1 представлена структурная схема устройства;, на фиг, 2 - пример схемной реализации тактового генерат ра; на фиг.З - временная диаграг пиа. Устройство содержит генератор 1 ; аг1ряженкя ич/ма, квантователь 2 уров iK, коммутатор 3, регистр 4 сдвига, элементы И 3, элемент ИЛЯ б, генератог 7 тактовых и I:yльcop. Генератор 1 напряжения шума соединен с входом квантователя 2 уровня, выходы которого подключены к входам коммутатора 3. Первый и второй входы элементов И 5 соединены с выходами коммутатора 3 и регистра 4 соответственно, а выходы подключены к соответствующим входам элемента 1-1ЛИ б, (п+1) вход которого непосредственно соединен с (п+1)-ым выходом коммутатора 3, а выход подключен к выходу устройства, к входу сброса генератора 7 и второму входу сброса регистра 4, на третий вход последовательного занесения которого постоянно подается уровень логической единицы. Причем первый вход регистра 4 соединен с выходом генератора 7. Генератор 1 напряжения шума предназначен для формирования первичного случайного процесса, в качестве которого чаще всего используются шумовые процессы, возникающие при определенных условиях в электровакуумных, газоразрядных и полупроводниковых приборах и т.д. Однако наиболее широкое распространение как источники шума нашли кремниевые стабилитроны, в которых шумовые процессы могут возникать в предпробойной области. Квантователь 2 уровня предназначен для формирования на своих выходах импульсов постоя1- ной амплитуды и длительности в момент пересечения случайным напряжением, поступающим с выхода генератора 1, уровней отсечки. При этом, как правило, фиксируется момент пересечения или только вверх, или только вниз (для того, чтобы получить простейший поток импульсов) . Причем для каждого выхода квантователя 2 уровня устанавливается свой уровень таким образом, чтобы интенсивности на выходах квантователя 2 уровня представляли двоичный ряд, т.е. интенсивность на К -ом выходе квантователя уровней определяется выражением Ао2, где к 1 , 2, . ..п , ,)ц- минимальное значение интенсивности на выходах квантователя уровня, т.е. на первом выходе. Коммутатор 3 позволяет осуществить соединение выходов квантователя 2 уровня на выходы коммутатора таким образом, чтобы на каждом временном i-oM интервале квантования аппроксимировать участок воспроизводимой фу 5кции распределения участком функции распределения случайного импульсного потока соответствующей интенсивности . п -1 -ый разрядный циклический регистр 4 предг азначен для подачи разрешающих .iiorii4ecких уровней на вторые входы элементов И 5. По каждому импульсу, поступающему на первый вход регистра, его содержимое сдвигается на один разряд вправо (в сторону увеличения номера разряда), а в первый разряд вдвигается единица с третьего входа Сброс (обнуление) регистра 4 осуществляется по каждому импульсу, поступающему на его второй вход, а также по импульсу, поступающему на первый вход при условии, что в п-ом разряде регистра записана единица. Элементы И 5 представляют собой управляемые вероятностные элементы, обеспечивающие передачу на свои выходы случайных импульсов, поступающих на первые входы соответствую щих выходов коммутатора 3 при ра.зре шающих (уровнях логической единицы) потенциалах на первых входах. Элемент ИЛИ б обеспечивает передачу на выход устройства импульсов, поступающих на любой из его входов. Генератор 7 предназначен для формирования на своем выходе регулярных импульсов с заданным (программно перестраиваемым) интервалом ЛЬ(фиг. между импульсами. Генератор 7 может включать (фиг. кварцевый генератор 8, регистр 9 кода масштаба, счетчик 10 накапливающего ТИП&, схему 11 сравнения, элемент ИЛИ 12. Перед началом- работы в регистр 9 кола масштаба заносится двоичный :-:од К,пропорциокальный длительности интервала ДЬ между импульсами. Функционирование тактового генератора заключается в следующем. По каждому импульсу, поступающему с выхода кварцевого генератора 8 (интервал между этими импульсами фиксирован и равен Тц ), счетчик 10 увеличивает свое состояние на едини цу. Сброс в нулевое состояние счетч ка 10 осуществляется по каждому импульсу, поступающему на его второй в.:од. Импульс кварцевого генератора 3 проходит на выход тактового генератора в том случае, когда коды сче чика. 10 и регистра 9 равны. Этим же импульсом содержимое счетчика 10 оЗнуляется и работа тактового генер повторяется. Следовательно, дл тс:1ьность интервала между импульсам на выходе тактового генератора опре деляется соотношением д-t-KT.. Сброс счетчика 10 происходит и по каждому импульсу на входе тактов го генератора, что позволяет засинх ниэировать. последний от выходных им пульсов устройства. Устройство для формирования случайных временных интервалов работае следующим образом. Когда на выходе тройства появляется импульс, KOTO рый устанавливает в нулевое состояние регистр 4 и внутренний счетчик 10 генератора 7, тогда к выходу устройства через элемент ИЛИ 6 подключают первый выход коммутатора 3. Если за время на выход устройства не поступает ни один импульс, генератор 7 формирует импульс, сдвигающий содержимое регистра 4 на один разряд. Причем в первый разряд регистра 4 заносится единица. Сейчас к выходу устройства подключены первый и второй выходы коммутатора 3, так как на второй вход первого элемента И с первого выхода регистра подается разрешающий уровень. Если за очередной интервал времени it на выход устройства не проходит ни один импульс, то по следующему импульсу тактового генератора содержимое регистра сдвигается на один разряд вправо, т.е. логические единицы находятся в первом и втором разрядах регистра. В следующем такте к выходу устройства подключены уже три первых выхода коммутатора 3 и т.д. до тех пор, пока на выход не пройдет импульс или весь регистр 4 не заполнится единицами. Рассмотрим первую ситуацию. Допустим, что в первых разрядах регистра 4 записаны единицы. Следовательно, на выход устройства передаются импульсы с первых 1+1-ых выходов комг утатора 3. Появление первого же импульса на выходе устройства вызывает обнуление регистра 4 и сброс генератора 7. Если же весь регистр заполнился единицами и за время Д-t не проходит ,на выход устройства ни один импульс, то по следующему импульсу генератора 7 регистр 4 обнуляется. Далее указанная последовательность повторяется. Интенсивность импульсов на к-ом выходе коммутатора в изобретении рассчитывается по формуле К- .K.. -. V1 -, р,4- ±ру,А-- , :1 PI. JL:JL L V t.4. t . К-1 „ -l-r Из сравнения (1) и (3)видно, что в заявляемом варианте удается понизить требуемое значение интенсивности на величину -l-v p.4 1 1 А) - д1 -Г р. что позволяет существенно увеличить точность формирования последователь,ностей случайных импульсов. Кроме ТОГО, за счет синхронизации работы генератора 7 импульсами на выходе устройства удается повысить воспроизведение .вероятности () попадания импульсов в первый интервал квантования, так как в .данном случае - математическое ожидание интервала времени it ( фиг. 3 , равного времени пребывания регистра 4-. в нулевом состоянии при словии, что на выход уст ройства за это время не пройдет ни один импульс с первого выхода коммутатора 3, равно ut. В то время, как для известного устройства интервал определяется из выражения (2 и практически равен (0,2-0,8) AtЕще одним достоинством устройства является erq более высокая устойчивость к сбоям в регистре 4, т.е. повышается достоверность функционирования устройства. Действительно для устройства сбой при сдвиге содержимого циклического регистра 4 не страшен, так как по каждому импульсу тактового генератора в первый разряд регистра заносится единица. Полное восстановление правильного функционирования устройства происходит автоматически через п тактов тактового генератора. Таким образом, технико-экономическая эффективность предлагаемого управ ляемого вероятностного преобразователя по сравнению с известным заключает ся в повышении точности формирования случайных импульсных процессов за счет снижения интенсивностей импульсов на выходах коммутатора и за счет синхронизации работы тактового генератора, что приводит к правильному воспроизведению вероятности попадания выходных импульсов устройства в первый интервал квантования, а также в повышении достоверности функционирования устройства за счет повышения (его устойчивости к сбоям в цикличес ком регистре. Формула изобретения Устройство для формирования случайных временных интервалов по авт.св. 279167, отличающееся тем, что, с целью -повышения точности, выход элемента ИЛИ соединен с входом генератора тактовых импульсов, третий вход регистра сдвига является входом Запись 1 устройства Сп+1)-й (п- число разрядов регистра сдвига) выход коммутатора соединен с (п+1)-ым входом элемента ИЛИ. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССГ№ 279167, кл. G 06 Г1/02, 1969 (прототип).

Фий.1

Фиг. 2 ;