Генератор нестационарных потоков случайных импульсов Советский патент 1982 года по МПК G06F7/58 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при моделировании систем с учетом вли5шия случайных внешних возмущений, при- построении стохастическихвычисли.тепькых. и моделирующих устройств, а также при построении автоматизированных испытательных комплексов. / Известен генератор случайного потока импульсов, содержащий источник пуассонов ,ского. потока импульсов, группу элементо И, вероятный (1, К) полюсник, .элементы ИЛИ и блоки прореживания потсжов 1}. известно также устройство для форм мирования случайных временных интервало содержащее пиклический регистр сдвига, группу схем совпадения, первую и вторую схемы И, генератор случайных импульсов и генератор периодических импульсов 2J Однако указанные устройства не позво . Ляют формировать нестационарные потоки временных интервЕШОв вследствие тогр. что настройка устройств на требуемый закон распределения производится вручную, что не позволяет изменять настроечные параметры устройства, не прерывая при этом процесс формирования, временных интервалов. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для формирования случайных временных интервалов, содержащее блок схем И, схему ИЛИ, пиклический регистр сдвига, генератор тактовых импульсов, генератор напряжения шума, квантователь уровней, коммутатор. В этом устройстзе выход генератора тактовых импульсов подключен к цепи сдвига циклического регистра. Выходы каждого разряда циклического регистра сдвига соединены с первыми входами схем совпадения И, выход регистра сдвига соединен с входом схемы ИЛИ. Остальные входы схемы ИЛИ подключены к выходам схем совпадения И. Выход совпадения ИЛИ, являясь выходом устройства, подключен к входам установки циклического регистра сдвига в О и 1. Вторые входы схем совпадения И подключены к выходам коммутатора, входы которого соединены с выходами квантователя уровней. Выход генератора напряжения шу-. ма подключен к входу квантователя уровней З. Однако указанное устройство тоже не позволяет формировать нестационарные потоки случайных импульсов, так как в нем не предусмотрена возможность перестройки устройства не требуемый закон распределения без прерывания процесса формирования потоков случайных импульсов. Кроме того, использованный в данном устройстве принцип настройки на воспроизведение заданного закона распре деления временных интервалов затрудняет использование этого устройства в автоматизированных испытательных и моделирующих комплексах. Целью изобретения является расшире- ние функциональных возможностей устройства за счет организации программного управления настройки устройства на заданный закон распределения временных интервалов и формирование потоков нестационарных случайных импульсов Для достижения поставленной цели в генератор нестационарных потоков случайных импульсов, содержащий группу элементов И, выходы которых соединены с группой входов элемента ИЛИ соответственно, выход которого является выходо генератора и соединен с установочным входом циклического регистра сдвига, выход которого соединен с входом элемента ИЛИ, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом сдвиг циклического регистра сдвига, разрадные выходы которого соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы, введены генератор случайных вре : менных интервалов, группа блоков Bepospp.яостного прореживания, блок памяти коммутатор, блок задания закона распре деления, выход генератора случайных временных интервалов соединен с первыми входами блоков вероятностного прореживания групаы,выкоды которых соединены с вгоч рыми входами соответствующих элементоц И группы, вторые входы блоков, вероята ностного прореживания группы подключены к выходу блока памяти, первый вход которого является информационным входом ген ратора, а второй вход блока памяти подключен к выходу коммутатора, пер вый вход которого является адресным входом генератора, а второй вход 9 414 коммутатора подключен к первому выходу блока задания закона распределения, второй выход которого соединен & третьими входами блоков вероятностного прореж вания группы, TpJrHM выход блока задания закона распределения соединен с третьими входами коммутатора и блока памяти, первый вход блока задания закона распределения $шляется управляющим входом генератора, выход первого раз- рада.циклического регистра сдвига соединен с вторым входом блока задания закона распределения, третий вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов. Кроме того,Каждый блок вероятностного прореживания содержит регистр памети, схему сравнения, элемент И и генератор равномерно распределенных случайных чисел, вход которого является первым входом блока и соединен с первым ъкодом элемента И, выход которого является выходом блока, выход генератора равномерно распределенных случайных чисел соединен с первыМ входом схемы сравнения, выход которой соединен с вторым входом элемента И, второй вход схемы сравнения подключен к выходу регистр памяти, nepvвый и второй входы которого являются соответственно вторым и третьим входами блока. Кроме того, блок задания закона распределения содержит два триггера, злемент ЗАПРЕТ, элемент И, дещифратор и счетчик, выходы которого являются первым выходом блока и соединены с соответствующими входами дешифратора, группа выходов которого образует второй выход блока первым входом которого является единичный вход первого триггера, нулевой вход которого объединен с нулевым входом второго триггера и подключен к выходу дещифратора, выход первого триггера соединен с прямым входом элемента ЗАПРЕТ, инверсный вход которого является входом блока, третьим входом которого ябляется первый вход элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчийа, установо &ный вход которого соединен с выходом элемента ЗАПРЕТ и с единичным входом второго триггера, зыход которого являет ся третьим входом блока и соединен с т вторым входом элемента И. На фиг. 1 приведена блок-схема генератора; на фиг. 2 - схема блока вероятностного прореживания; на фиг. 3 - схема блока задания закона распределения. 59 Генератор содержит группу элементов И 1, предназначенную для коммуташш выходов блоков вероятностного прореживач ния, к входам элемента ИЛИ 2, служащего дЯЯ Объединения сигналов, образующих выходной поток и% пульсов, циклический регистр 3 сдвига, предназначенный для управления элементами И и развертывания процесса во времени, генератор 4 тактовых импульсов, определяющий скорость продвижения единицы по цикличеокому регистру сдвига, генератор 5 случайных временных интервалов, который формирует пуассоновский поток случайных импульсов. Кроме того, в состав генератора входят группа блоков 6, служащих для изм нения интенсивности входного потока в соответствии с заданным коэффициентом прореживания, блок 7 памяти, предназначенный для хранения информации о тр буемом законе распределения временных интервалов, коммутатор 8, осуществлян jiH коммутацию на адресный вход запом ,нающего устройства информации либо ог внешнего источника информации, либо с выхода блока управления записью, блок 9 задания закона распределения, на.который возложена функция вьфаботки сиг.налов записи информации в блоки вероягностного прореживания. Выход генератора 4 тактовых импульсов подключен к цепи сдвига циклического регистра 3. Выходы каждого разрада циклического регистра 3 соединены с первыми входами элементов И 1/ Выход регистра 3 сдвига соединен с входом элемента ИЛИ 2, остальные входы которого соединены с выходами элементов И 1. Выход элемента ИЛИ 2 , являющийся выходом устройства, подключен к входам ,Усгановка в О и 1 циклического регис ра 3 сдвига. Выход генератора 5 случайных импульсов подключен к первым входам блоков бвероятностного прореживания Зыходы которых подключены к вторым входам элементов И 1. Вторые входы :блоков 6 вероятностного прореживан шЪоединены с выходом блока 7, памяти, первый вход которого является информационным входом устройства. Второй вход блока 7 памяти пойключе к выходу коммутатора 8, . вход которого является адресным входом устройства. Второй вход коммутатора 8 подключен к первому выходу . блока 9 задания закона распределения. Второй выход блока 9 соединен с третьfHMH входами блоков 6 вероятностного проречсивания, гретий выход блока 9 управления 1 подключен к третьему входу коммутатора 8 и к третьему входу блока 7 памяти. Первый вход блока 9 является управляк щим входом устройства. Второй вход блока 9 соединен с выходом первого раэряда циклического регистра 3 сдвига, а третий вход подключен к цепи сдвига циклического регистра. Блок вероятностного прореживания потОч ка содержит генератор 10 равномерно ас-. пределенных случайных чисел, предназначенный для формирования равномерно распределенных случайных чисел по сигналам, поступающим на вход генератора., регистр 11 чпамяти, предназначенный для приема и хранения коэффициента прореживания, схему 12 сравнения, представляющую собой У1-ВХОДОВОЙ сумматор ( - разрядность коэффициента прореживания), и, элемент И 13. Вкод генератора 10 равномерно распределеннык случайный чисел соединен с первым вкоаом элемента И 13 и является s первым входом блока 6 вероятностного про-. реживания. Выход генератора 10 случай- ных чисел подключен к первому входу схемы 12 сравнения, второй вход которой соединен с выходом регистра И. Первый и второй входы регистра 11 являются соответственно вторым и трещим входом блоков 6 вероятностного прореживания. Выход схемы 12 сравнения подключе н к . вторбму входу элемента И 13, выход которого является выходом блока 6 вероятностного прореживания. Влок 9 задания закона распределения содержит триггер 14, элемент ЗАПРЕТ |15, триггер 16, элемент И 17, 13 и дешифратор 19. Первый вход блока 9 подключен к входу Установка в 1 первого триггера 14. Выход триггера 14 соединен с прямым .входом элемента ЗАПРЕТ 15, инверсный вход которого является вторым входом блока 9. Выход элемента ЗАПРЕТ И 15 родеинен с входом Установка в 1 второго триггера 16 и с входом /Устшювка в 0 счетчика 18. Выход второго триггера 16 подключен к первому входу элемента И 17 и является третьим выходом блока 9. Второй вход элемента И17 является третьимвходом блока 9.Выход элемента И 17 соединен со счетным входом счетчика 18,вь1ходы которого,явля«. яс.ь первыми выходами блока 9, соединены с входами дещифратора 19. Первые И вььходов дешифратора 19 $голяются вторыми выходами блока 9, а выход соединен с входами Установка в О первого 14и второго 16 триггеров. Устройство работает следующим обра зом. Пусть в регистрах 11 блоков 6 вероятностного прореживания записаны коды коэффициентов пересчета R , R i . . . Ру Блок 9 не вырабатывает сигнала записи. Поток случайных импульсов, с интенсивностью , вырабатываемый генератором 5, поступает на первые входы блоков 6 -вероятностного прореживания, т.е. на вход генератора 10 равномерно распределенных чисел и на первый вход элемента И 13. По приходу каждого импульса генератор 10 равномерно распределенных случа ных чисел вырабатывает число, которое поступает на первый вход схемы 12 срйв нения, на второй вход которой поступает код, хранимый в регистре 11. На выходе схемы 12 сравнения появляется сигнал, открывающий элемент И 13 по второму входу в том случае, если код, хранимый в регистре 12 больше, чем сформирован ное генератором 10 число. Это событие происходит с вероятностью Р-, пропорциональной коду Р.-, хранимому в регистре 11 На выходе элемента И 13 появлется послецовательность случайных импульсов с ингенсивностью X .Вырабатываемые блоком 6 схем вероятностного прореживания последовательности случайных импуль- .совсинтенсивносгями Х..( ,2,...,уи) однозначно определяют воспроизводимый закон распределения временных интервалов, формируемых устройством. Таким образом, при помощи блоков.6 вероятност ного прореживания организовано программное (цифровое)управление ингeнcивнoqгя- ми импульсных потоков,поступающих на вго- рые входы элементов kf 1. Для развертывания процесса во времен служит циклический регистр 3 сдвига, к цепи сдвига которого подключен выход тактового генератора 4. Выходы всех разрядов регистра 3 подключены к первым Входам соответствующих элементов И 1. В начальный момент времени в регистре .13 единица находится в первом разряде (в остальных разрадах нули). Единица, хранящаяся в первом .разряде регистра 3; открывает соответствующий элемент И 1 по первому входу на интервал времени Ai; определяемый частотой тактовых импульсов, вырабатываемых генератором 4. Второй вход элемента И соединен с выхо дом первого блэка 6 вероятностного про-, реживания. Если в течение времени Д-Ь, на выходе блока вероятностного прореисиВания появляется сигнал, то он, пройдя через элемент И 1 и элемент ИЛИ 2, по ступает на выход устройства и устанавливает циклический регистр 3 в исходное состояние. Если этого не происходит, то Под действием сигнала с выхода генератора 4 единица в циклическом регистре сдвига 3 переписывается в следую1.ций разрад, и процесс формирования временного интервала продолжается. Для изменения воспроизводимого закоч на распределения временных интервалов необходимо изменить информацию, хранимую в регистрах 11 блоков 6 вероятностного прореживания. Для обеспечений н&пре;.шности фоЕМИруемогр процесса необходимо организовать перезапись информации в 4 -и регистр 11 в тот промежуток вромени, когда этот регистр не участвует в формировании временного интервала ла 1зь1ходе устройства, а именно,когдав разряде циклического регистра 3 сдвига записан О. С этой целью информация озаконе распределения предварительно записывает ся в блок 7 памяти. При этом блок 9 не вырабатывает сигнала записи и на адресные входы блока 7 памяти через коммутатор 8 поступают адреса от внещ- него источника информации. Этот же : сигнал, поступая на третий вход блока 7 памяти, разрещает прием информации, поступающей на информационный вход устройства по адресам, вырабатываемым коммутатором 8. При перезаписи информации на управляющий вход устройства поступает сигнал, поступающий на первый вход блока 9. Этот сигнал устанавливает первый триггер 14 единичное состояние. Единичный сигнал с выхода первого триггера 14 открывает элемент ЗАПРЕТ 15 по прямому входу. Инверсный вход элемента ЗАПРЕТ 15, являясь {вторым входом блока управления записью, соединен с выходом первого разрада регистра 3 сдвига. На выходе элемента ЗАПРЕТ 15 появляется сигнал, устанавливающий второй , триггер 16 в единичное состояние в том случае, когда в первом разряде регист ра записан О. Этот сигнал появляется на третьем выходе блока 9 и поступает на управляющий вход блока 7 памяти, разрещая считывание информации. Этот же сигнал поступает на третий вход коммутатора 8, обеспечивая прохождение на его выход адресов, вырабатываемых блоком 9. Выход .счетчика 19 подключен к второму входу коммутатора 8 и к входам дешифратора 19, Выходы дешифрато ра J. 9. являются вторыми выходами блок .9.На выкоае дешифратора 19,подключенного к третьему входу блока 6 вероятностного прореживания, появляется сиг нал записи. Таким образом, в регистр первой схемы 6 вероятностного прорежи вания информация записана. Увеличение адреса происходит при поступлении си1 нала от тактового генератора 4. При этом элемент И 17 блока 9 открыт по рдному из входов сигналом, поступающим от второго триггера 16 блока 9. Сигналы тактового генератора 4 через элемент И 17 поступают на счетный вход счетчика 18. Объединение цепей сдвига циклического регистра 3 и счетного входа счетчика 18 обеспечивает перезапись информации в те регистры блоков 6 прореживания, которые не участвуют в формировании выходного процесса в данный момент времени. При достижении счетчиком 18 знач&ния, на единицу превышающего значение максимального адреса, Ha/ofl выходе дешифратора появляется сигнал, указыва щий на окончание записи. Этот сигнал поступает на. первые входы. Установка в О первого 14 и второго 16 триггеров и устанавливает их в исходное (нулевое состояние. Таким образом, в регистрах блоков 6 вероятностного прореживания записана информация о новом законе распределени временных интервалов, причем перезапись информации не сопровождается прерыванием процесса формирования времен ных интервалов. Элементы входящие в состав устройства :для формирования нестационарных потоков случайных импульсов, реализуются с ио дользованием цифровой и аналоговой ин|тегральной элементной базы , что поз;воляет обеспечить высокую надежность |устройства и минимизировать аппаратные затраты при его построении. Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства для формирования нестационарных потоков случайных импульсов определяется возможностью использования его совместно с ЭВМ в вычислительно-модулирующих комплексов. Кроме того устройство ориентировано на формирование н стационаршых случайных процессов, имитация кото рых программными средствами, как правило вызывает серьезные затруднения. Таким образом, применение предлага емого устройства позволит проводить ио следование слояшых систем в условиях воздействия нестационарных случайных факторов, будет способствовать улучшению характеристик вычислительно- моделирующих систем и обеспечит высокое качества формируемых случайных процессов. Формула изобретения 1.Генератор нестационарных потоков случайных импульсов, содержащий группу элементов И, выходы которых соединены с группой вхоаов элемента ИЛИ соогвет ственно, выход которого является выходом генератора и соединен с установочным входом цилиндрического регистра сдвига, выход которого с входом эл&ента ИЛИ, генерагор тактовых импульсов, ыход которого соединен с входом Сдвиг циклического регистра сдвига, разрядные выходы которого соединены с первыми входами соотвествующих элементов И группы, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем задания тр&буемого закона распределения вероятностей , он содержит генератор случайных временных интервалов, группу блоков вероятностного прореживания,блок памяти, коммутатор, блок задания закона распределения, выход генератора случайных временных интервалов соединен с первыми входами блоков вероятностного прореживания группы, выходы которых соединены с вторыми входами соответствующих элементов И группы, вторые входы блоков вероятностного прореживания группы подключены к выходу блока naMsrrH, пер- вый вход которого является информационным входом генератора, а второй вход блока памяти подключен к выходу коммутатора, первый вход которого является адресным входом генератора, а второй вход коммутатора подключен к первому выходу блока задания закона распределения, второй выход которого соединен с третьими входами блоков вероятностного прореживания группы, третий выход блока задания закона распределения соединен, с третьими входами коммутатора и блока памяти, первый вход блока задания закона распределения является управляющим входом генератора, выход первого разряда циклического регистра сдвига соединен с : вторым входом блока задажгя закона распре- деления,третий вход которого соединен с выходом генератора тактовых имгольсов. 2.Генератор по п. 1, о ,т л и ч а - ю щ и и с я тем, что каждый блок в&роятнсхггного прореживания содеряогг регистр памягги, схему сравнения, элемент

.И н генератор равномерно распределенных случайных чисел, вход которого является первым входом блока я соединен с первым

вхоаом элемента И, вьсход которого является выходом блока, выход генератора равномерно распределенных случайных чисел соединен с первым входом схемы рравнения, выход которой соединен с вторым входом элемента И, второй вход схемы сравнения подключен к выходу регистра памяти первый и второй входы которого являются соответственно вторык и третьим входами блока.

3. Генератор по п. 1, о т л и ч а-, ю щ и и с я тем, что блок задания закона распределения содержит два тригг&« paj элемент ЗАПРЕТ, элемент И, дешифратор и счетчик, выходы которого явл ются первым выходсы блока и соединены с соответствующими входами дешифратора, группа выходов которого образует второй выход блока, первым входом

которого является единичный вход первог триггера, нулевой вход которого объединен с нулевым входом второго триггера и подключен к выходу дешифратора, выхо

5 первого триггера соедвшен с прямым входом элемента ЗАПРЕТ, инверсный вход которого является вторым блока, трьгьнм входом которого 5тляе1 ся первый вход элемента И, выход которого соединен со счетным входом счет чшса, установочнЬ1й -вход которого соедин с выходом элемента ЗАПРЕТ и с единичным входом второго триггера, выход которого является третьим вь1ходом бло|5 ка и соединен с вторым входс элемента И.

Источники инфор ашш, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 20 № 504196, кл, ,G06F 7/58, 1974.

2.Авторсйое свидетельство СССР № 511579, кл. G06F 7/58, 1974.

3 Авторское свидетельство СССР № 278167, кл. (аОб F 7/58, 1968 25 (прототип).

фиг.1

фиг. 2