Датчик случайных кодов Советский патент 1983 года по МПК G06F7/58 

Изобретение относится к вычисли- тельной технике и может быть использовано при матетгатическом моделировании сетей связи, систем управления, в системах формирования ключевых кодов, устройствах формирования специальных кодов, в составе автоматизированных систем управления, решении поисковых задач.

В указанных областях возникает необходимость форнирования таких последовательностей изtn -позиционных случайных двоичных кодоп, содержащих по ml единиц, что сумма единиц по каждой i-й позиции в кодах такой последовательности равна nil

Если символы каждого кода последовательности рассматр1ивать как строку матрицы, а символы одной и той же позиции всех кодов последовательности как элементы столбца этой матрицы, то указанные последовательности представляют собой случайные матрицы размером мхи с in 1 единицами в каждой строке и И1 единицами в каждом столбце .

Известен датчик случайных кодов, обеспечивакядий получение последовательности кодов, содержащих Vn пози--, ций, на г1 из которых располагаются единищл, путём преобразования двойчного кода в циклический с постоянным числом JMl единиц из ги. Случайные коды, содержащие m позиций,на ml из которых находятся единицы, могут быть , если на вход этого устройства подключить датчик случайных равновероятных кодов tlj.

Недостатком этого датчика является невысокое быстродействие и невоз10можность формирдвания таких последовательностей из И случайных rvi-noзиционных кодов с заданным числом единиц, чтобы сумма единиц по каждой f-й позиции всех кодов последователь15ности была наперед заданной постоянной величиной.

Наиболее близким к предлагаемому является датчик случайных кодов, содержащий генератор тактовых импульсов,

20 первый выход которого соединен с входом генератора равномерно распределенных случайных напряжений, первый, второй и третий сумматоры, первый и второй делители, умножитель, компа25ратор, элемент И-НЕ, первый и второй блоки сравнения, элемент ИЛИ, ключ, первый и второй входаа которого соединены соответственно с первым выходом генератора тактовых импульсов и

30 с выходом генератора равномерно расПределенных случайных напряжений, а ...выход ключа соединен с первым входо первого блока сравнения, второй вхо которого соединен с выходом первого .делителя, первый вход которого через первый вычитатель соединен с вы ходом первого сумматора, а второй вход делителя через второй вычитате соединен с первым выходом второго с матора, второй выход которого, через йомпаратор соединен с входом сброса первого сумматора и с входом сброса .второго сумматора, второй вход кото рого соединен с вторым выходом гене ратора тактовых импульсов, первый в ход -которого соединен с входом гене ратора равномерно распределенных случайных напряжений и с первым вхо дом элемента И-НЕ, первый вход умно жителя, через вторОй делитель соединен с выходом третьего сумматора, ;второй вход умножителя соединен с выходом первого делителя, а -выход умножителя соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом ключа, а выход второго блока сравнения соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, а выход соединен со входом сброса третьего сумматора и со вторым входом элемента И-НЕ, выход которого соединен со счетными входами второго и третьего сугиматоров и является информационным выходом датчика, выход компаратора.является синхронизирующим выходом датчика, Этот датчик позволяет формировать все возможные случайные И1-по.зиционные коды, содержащие ровнот единиц и не содержащие подряд более заданного числа единиц, что достигае ся введением двух отрицательных обратных связей (по числу сформированных единиц и по числу непрерывно сле дующих единиц), определяющих условную вероятность появления единиц в; коде , Однако указанный датчик формирует совершенно нeзaвиcи 5ыe случайные коды и не позволяет формировать такие последовательности из и случайных 1М-позиционных кодов с заданным числом единиц, чтобы сумма единиц по.каждой ч-И позиции всех кодов по следовательности была наперед заданной постоянной величиной. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей датчика за счет формирования таких последовательностей из И случайных ц-поз.иционных кодов с заданным число fnl единиц, чтобы сумма единиц по каждой -1-и позиции всех кодов последовательности была наперед заданной постоянной величиной И 1, что достига ется путем введения дополнительной о ратной связи по числу сформированных единиц по каждой i-той позиции последовательных кодов. Цель достигается тем, что в датчик, содержащий генератор тактовых импульсов, первый выход которого соединен с входом генератора равномерно распределенных случайных напряжений, с первым входом элемента И-НЕ и с первым входом ключа, первый сумматор, второй вход которого соединен с выходом генератора равномерно распределенных случайных напряжений, а выход соединен с первыми входами первого и второго блоков сравнения, выходы которых соединены соответственно с первьм и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого соединен со вторым входом элемента И-НБ, выход которого .соединен с первым входом первого сумматора, выход которого через первый вычитатель соединен с первым входом первого делителя, вы- ход которого соединен со вторым входом первого блока сравнения и с первым входом умножителя, второй вход которого соединен с выходом второго делителя, а выход соединен со вторым входом второго блока сравнения, вто- рой сумматор, первый вход которого соединен со вторым выходом генератора тактовых импульсов, первый выход второго сумматора через второй вычита- . тель соединен со вторым входом первого делителя, а второй выход через первый компаратор соединен со своим вторым входом и со входом сброса первого сумматора, введены дополнительно третий сумматор, второй компаратор, Первый и второй коммутаторы и группа су№4аторов,первые входы которых соединены с соответствующими выходами первого коммутатора, а выходы этих сумматоров соединены с соответствующими входами второго коммутатора, выход которого соединен со входом второго делителя, первый вход первого коммутатора соединен с выходом элемента И-НЕ, а второй его вход соединен с первым . выходом генератора тактовых импульсов и с первым входом второго коммутатора, первый вход треть.его сумматора соединен с выходом первого компаратора, а выход третьего сумматора через второй компаратор соединен со своим вторым входом и со входами сброса сумматоров группы, выход первого компаратора является выходом синхронизации кодов, выход второго компаратора является выходом синхронизации кадров. На чертеже приведена блок-схема предлагаемого датчика. Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, генератор 2 равномерно распределенных случайных напряжений, первый блок 3 сравнения, первый сумматор 4, первый вычитатель

5, первый делитель б, второй сумматор 7, второй вычитатель 8, первый компаратор 9, ключ 1О, элемент И-НЕ 11, второй блок 12 сравнения, элемен ИЛИ 13, первый коммутатор 14, второй делитель 15, умножитель 16, группу 1 сумматоров, второй коммутатор 18, третий 19, второй компаратор 20, информационный выход 21 датчика, выход 22 синхронизации кодов, выход 23 синхронизации последователь ностей (кадровК.

Датчик случайных кодов работает следующим образом.

В исходном состоянии в вычитателе .5 в качестве уменьшаемого устанавливается число nil, соответствующее об|цему числу единиц в результирующих случайных Ш-позиционных кодах, во втором вычитателе 8 - число т, соответствующее числу Позиций в кодах последовательности, во втором делителе 15 в качестве делителя устанавливается число lal, соответствующее эадаянсму количеству единиц по одной какой-либо позиции кодое последова,тельности. В компараторе 9 устанавливается числоVM, в компараторе 20 число v, соответствующее заданному количеству кодов в одной результирующей последовательности. Сумматоры ,, сброшены на О. Первый кольцевой когл утатор 14 находится на первой позиции (коммутирует выход элемента И-НЕ 11 с суютатором 17), а второй кольцевой коммутатор 18 позиции (коммутирует вход второго делителя 15 с су Ф1атором 1) .

В таком исходном состоянии на первсян делителе 6 формируется папряm

жекие а, пропорциональное -;гг, которое подается на второй вхол блока 3.

Щ

Это напряжение составляет --- -ю

часть от напряжения запирания, соответствующего , при котором через блок 3 не могут проходить никакие сигналы с генератора 2 случайных напряжений. Величина --т- является вероятностью появления единицы на первой позиции результирующего кода.

Во втором блоке сравнения 12 пороговым напряжением является велич-ин

af, где { ---, - количество

реализовавшихся единиц по ч -и позиции кодов последовательности, И1 заданное количество единиц по каждой позиции ,в кодах последовательности. Через блок lii могут проходить с генератора 2 cЛS laйныx напряжений толь ко сигналы с амплитудой U af. В исходном состоянии вследствие равенства М2 О (для всех i ) величина а О, и через блок 12 не могут проходить никакие сигналы с генератора

2 (равенство а О является условием запирания блока 12).

При поступлении уажлого тактового импульса с генератора 1 тактовых импульсов на ключ 10 последний открывается и пропускает с генератора 2 равномерно распределенных случайных напряжений сигнал со случайной амплитудой и, распределенной равновероятно на интервале 0-1. Этот Сигнал с выхода ключа 10 подается на первые входы блоков сравнения 3 и 12. При превышении установленного порогового напряжения а, подаваемого на второй вход блока 3 с выхода делителя (т.е. при и а) , сигнал с выхода блока 3 поступает на первый вход элемента ИЛИ 13. На второй вход элемента ИЛИ 13 поступает сигнал с блока 12 в случае, если . На выходе элемента ИЛИ 13 образуются единицы, есл хотя бы на один из входов поступают сигналы с блоков 3 и 12, и нули, если сигналы не поступают ни на первый ни на второй его входы. С выхода элемента ИЛИ 13 сигнал поступает на первый вход элемента И-НЕ 11, который выполняет роль блока формирования нормированных нмпульсов. Элемент И-НЕ 11 формирует О, если одновременно с тактовым импульсом, поступакяцим на второй вход элемента И-НЕ 11 с генератора 1 тактовых импульсов, на первьай вход этого элемента поступает сигнал 1- с выхода элемента ИЛИ 13, а 1, если с элемента ИЛИ 13 поступает 0..Едини1да и нули на выходе элемента-И-НЕ 11 образуют требуемы.е случайные коды последовательности. Дополнительным условием, ограничивающим количество единиц по 4-й позиции кодов последовательности является равенство И 2 и1, при котором J 1 и на выходе элемента ИЛИ 13 однозначно появляются 1, так как на один из входов элемента ИЛИ 13 однозначно поступает сигнал или с блока 3 при U 7 if или с блока 12 при и а.

Таким образом,условная вероятност появления 1 на выходе датчика пропорциональна разности

с(-ак аСн-)-а((-)Импульсы с выхода элемента И-НЕ 11 одновременко подаются на первый вход сумматора 4, в котором формируется суммарный сигнал W2j являющийся суммой сформированных в -данном коде последовательности единиц, и на первый вход кольцевого коммутатора 14, который последовательно, начиная с первой позиции кода, на каждый такт, при поступлений на его второй вход очередного тактового импульса с выхода генератора 1 тактовых импульсов подключает выход элемента И-НЕ 11 к первому входу очередного сумматора 17 столбцов ( - номер сумматора, соответствуницего i-и позиции кода). По окончаний очередноrov i -позиционного кода коммутатор 14 вновь подключает выход элемента И-НЕ 11 к первому сумматору . столбцов,- соответствующему первой п зиции следующего кода и т1д. Таким образом, каждый сумматор17 столбцов формирует сумму единиц И 2 появляющихся на -и позиции кодов последовательности (кадра). С выходов сумматоров 17 -17ру, сиг налы через второй .кольцевой коммутатор 18 при приходе на его второй вход последовательных тактовых импульсов с генератора 1 тактовых импульсов поступают поочередно, с опе режением относительно первого кольц вого коммутатора 14 на одну позицию на вход второго 15, .на выходе которого фО1 1руется сигнал , пропорциональный отношению и 2 / 1, и далее этот сигнал подается на пер вый вход умножителя 16. С выхода первого, сумматора 4 сиг нал т2 подается на вход первого вьач тателя 5, который формирует напряжение, пpoпopциo aлы oe (Jfnl-|il2) - разности константы Wl и суммы)п 2 реализовавшихся единиц. Импульсы с выхода генератора 1 тактовых импульсов подаются также на вход второго сумматора 7, в кото ром формируется сумма тактовых импульсов М, С первого выхода второг сумматора 7 сигнал поступает на вхо второго вьгеитателя 8, который форми рует напряжение, пропорциональное разности (VTI-MY) константы m и суммы тактовых импульсов N-J-. Выходные импульсй с вьлчктателей 5 и 8поступаю на первый и второй входы первого де лителя 6, на выходе которого формируется напряжение а, пропорциональное отнсшешпо )Дт-М) , с выхода первого делителя б это напряжение подается на первый вход первого блока сравнения 3 и на второй вход умножителя 16. На выходе умножителя 16 образуется напряжение, пропорциональное произведению af, . которое подается на первый вход вто рого блока сравнения 12. Со второго выхода второго сумглато ра 7 сигнал поступает на компаратор выход которого соединен с входами сброса на О суьвлаторов 4 и 7, с выходом 22 синхронизации результирующих кодов (строк) и с первым входом третьего сумматора 19, в котором формируется сумма кодов (строк) W.i ре зультирующей последовательности (кад ра). В случае осуществления равенства Vvi первый компаратор 9 формирует сигнал окончания очередного кода выходной последовательности. Этим сигналом сбрасываются на О сумматоры 4 и 7 и синхронизируются коды (строки) на выходе датчика. С выхода третьего сумматора 19 сигнал поступает на вход второго компаратора 20, выход которого соединен со входом сброса третьего сумматора 19, .входами сброса сумматоров 17 17уу и с выходом 23 синхронизации кадров. В-случае равенства второй компаратор 20 формирует сигнал окончания очередного кадра. Этим сигналом сбрасываются в О третий cyм лaтop 19, сумматоры 17 Hi синхронизируются результирующие кадры (последовательности) на выходе датчика. Таким образом, символы в кодах выходных последовательностей (кадров) единицы и нули формируются с тактовой частотой генератора 1 тактовых импульсов, коды (строки) - с периодом, равным fn тактам, а выходные (результирующие) кадры (последовательности) - с периодом, равным И х Ж тактам, причем случайные коды в результирующих последовательностях содержат заданное -количество единиц ml, а сумма единиц по любой позиции кодов последЬвательности равна наперед заданной величине И 1. Количество случайных кодов в последовательностях (кадрах), длину случайных кодов, количество единиц в кодах и количество единиц по какойлибо позиции кодов -последовательности можно изменять путем изменения констант И ,т ,ml, W 1 соответственно. Все блоки предлагаемого устройства известны, их практическая реализация не представляет трудностей. Предлагаемый датчик случайных кодов обладает дополнительными функциональными возможностями по сравнению с прототипом и, следовательно, может более широко использоваться в составе моделирующих комплексов, систем управления, контрольно-испытательной аппаратуры. Формула изобретения Датчик случайных кодов, содержащий генератор тактовых импульсов, первый выход которого соединен с входом генератора равномерно распределенных случайных напряжений, первый и второй выЧитатели, первый и второй сумматоры, первый и второй делители, умножитель, первый компаратор, элемент И-НЕ, первый и второй блоки сравнения и ключ, первый и второй входы которого соединены соответств нно с первым выходом генератора тактовых импульсов и с выходом генератора равномерно распределенных случайных напряжений а выход ключа соединен с первыми входами первого и-второго блоков сравнения,, выходы которых соединены со