SU638995A1 - Управл емый веро тностный преобразователь - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано при создании стохастических вычислитель ных и моделирующих машин и дл  построе ни  цифровых управл ющих имитаторов слу чайных возцейсТБИй. Известен управл емый веро тностный преобразователь, содержащий генератор случайных импульсов, регистр сдвига, блок элементов И, элементы ИЛИ, блок источников шумов . Однако этот преобразователь имеет ограниченные функциональные возможности, так как формирует толь ко интервалы времени с одномерным распределением . Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  управл емый веро тностный преобразователь, содержащий блок элементов И, выходы которых соединены с входами первого элемента ИЛИ, первые ахоцы - с выходами веро тностного (1,Г ) - Полюсника, а вторые входы - с выходами блока пам ти, перва  группа входов которого подключена к вых дам регистра сдвига, а втора  группа входов - к выходам блока управлени  И . Однако этот преобразователь не обеспечивает формирование групп случайных чисел, каждое из которых независимо от других распределено по требуемому закону, а временной интервал между группами Чисел  вл етс  непрерывной случайной величиной с заданным законом распределени . Целью изобретени   вл етс  расширение области применени  преобразовател , Дл  этого преобразователь дополнительно содержит первый, второй, третий, четвертый и п тый элементы И, первый и второй i-риггеры, первый и второй счетчики, первый и второй блоки выдачи кодов, первый , второй и третий генераторы импульсов и второй элемент ИЛИ, выход которого подключен к входу веро гностного (й,П) Полюсника , к первым входам регистра сдвига и первого и второго элементов И, а входы - к выходам третьего и четвертого элементов И, первые входы которых соединень с выходами первого триггера соотетственно , а вторые входы - с выхоцами ервЬго и второго генераторов импульсов оответственно, входы которых подключены к последнему выходу блока управл:ени , вхоц которого соединен с вторым входом 5 регистра сдвига, с входом первого григгера , с первыми входами второго триггера, первого и второго счетчиков, первого и второго блоков выдачи кодов с первым Выходом преобразовател  и с выходом вто О рого элемента И, второй вход которого оединен с пр мым выходом первого элемента ИЛИ, инверсный выход которого подключен к второму входу первого элемента И, выход которог;о соединен с вторыми 5 входами первого счетчика и второго триггера , выход которого соединен с первым входом п того элемента И, второй вход которого подключен к выходу третьего генератора импульсов, а выход - к вт&рому 0 входу второго счетчика, выход которого соединен с вторым входом второго блока выдачи кодов, выход которого  вл етс  вторым выходом преобразовател , второй вхоц первого блока выдачи кодов соеолнен -5 с выходом первого счетчика, а выход  вл етс  третьим выходом преобразовател . Благодар  этим отличи м управл емый веро тностный преобразователь обеспечивает формирование групп случайных чисел, каждое из которых независимо от других распределено по требуемому закону, а временной интервал между группами чисел  вл етс  непрерывной случайной величиной ,С заданным законом распределени .

На чертеже изображена структурна  Схема управл емого веро тностного преобразовател .

Предлагаемое устройство содержит (1, П) - полюсник 1, блок элементов И 2, первый элемент ИЛИ 3, четвертый 4 и п тый 5 элементы И, первый счетчик 6, первый блок 7 выдачи кодов, блок 8 пам ти , блок 9 управлени , первый триггер 1О, регистр 11 сдвига, третий генератор 5 12 импульсов, первый элемент И 13i второй счетчик 14, второй блок 15 выдачи кодов, второй элемент И 16, первый генератор 17 импульсов, второй элемент ИЛИ 18, второй триггер 19, третий злемент И 2О и второй генератор 21 импульсов ,

Выхоси веро тностного (1,П) - полюсника 1 подключены к первым входам блока элементов И 2, вторые входы которого соединены с соответствующими выходами блока 8 пам ти, а выходы с входами первого элемента ИЛИ 3, инверсный

и пр мой выходы которого подключены к вторым входам соответственно первого 13 и второго 16 элементов И, первые входы которых соединены между собой и с входом веро тностного (1,г|) - полюсника 1, с первым входом регистра 11 сдвига-и с выходом второго элемента ИЛИ 18, выход первого элемента И 13 подключен к второму входу первого счетчика 6 и второму входу второго триггера 19, выход первого счетчика 6 подключен к первому входу первого блока 7 выдачи кодов, соединенного выходом с третьим входом преобразовател , при этом вторые входы первого счетчика 6 и первого блока 7 выдачи кодов соединены между собой, с выходом второго элемента И 16, с первым входом второго триггера 19, регистра 11 сдвига, второго счетчика 14 и второго блока 15 выдачи кодов, а также с входом блока 8 управлени , счетным входом первого триггера 10 и с первым выходом преобразовател , второй выход которого подключен к выхооу Второго блока 15 выдачи кодов, соединенного вторым входом с выходом второго счетчика 14, второй вход которого пошслючен к выходу п того элемента И 5, соединенного первым входом с выходом второго триггера 19, а вторым входом - с выходом третьего генератора 12, при этом выходы регистра 11 сдвига попдлючены к первой группе адресных, входов блока 8 пам ти, с второй группой адресных входов которого соединены выходы блока 9 управлени , последний выход которого подключен также к управл ющим входам первого 17 к второго 21 Генераторов импульсов, выходы которых соединены с вторыми входами соответственно 1ретьего 20 и четвертого 4 элементов И, первые входы которых подключены соответственно к пр мому и инверсному выходам первого триггера 10, а выходы третьего 2О и четвертого 4 элементов И соединены с входами второго элемента ИЛИ 18.

Управл емый веро тностный преобразователь имеет особенности выполнени  и настройки отдельных узлов.

Так, веро тностный (1,Г| ) - полюсник 1  вл етс  неперенастраиваемым, и по каждому импульсу опроса на одном из его выходов устанавливаетс  единичный потенциал , в то врем , как на других устанав ливаютс  нулевые потенциалы, при этом веро тность установлени  единичного потенциала на i -м выходе, ( -1,2 ....,г. равна величине -2 , т.е. дл  первого вьисоца ( -1) величина d j -0,5, цл  второго i -2)о 0,25 и т. ц. Первый 17 и второй 21 генераторы импульсов  вл ютс  регул рными, несин- хронизированными, перенастраиваемыми и настроенными на оцинаковые выхоцные частоты, которых, в общем случае, имеет с  два различньи значени : высока  частота - дл  режима генерировани  группы случайных чисел, и низка  - дл  режима формировани  случайного временного интервала межцу группами случайных чисел При работе преобразовател  одновременное переключение частот генераторов про исходит по сигналам из блока 9 управлени . БЛОК 8 пам ти содержит Г зон по т  чеек в каждой зоне. Выбор 1 - той зо ны определ етс  присутствием единичного потенциала нд j - ом выходе, 1,2, Г , блока 9 управлени . Выбор и передач на выход блока 8 пам ти кода, хран щего с  в К-ой  чейке j - ой зоны блока 8 пам ти, обеспечиваетс  присутствием единичного потенциала на К-ом выходе, ,2,,.,, Ш , регистра 11 сдвига. Регистр 11 сдвига устроен таким обра зом, что импульсные сигналы, поступающие на его первый вход, осуществл ют продвижени  единичного потенциала от цан ного выхода регистра к следующему, при STOM продвижение всегда происходит в на правлении возрастани  номера к ,выхода, т. е. до к ТТ импульсные сигналы, поступающие на второй вход регистра 11, -нулевых потенциалов на остальных выходах регистра, Блок 9 управлени  устроен таким образом , что импульсные сигналы, поступа щие на вход, осуществл ют продвижение единичного потенциала с j -го выхода на (У +1)-Й, при этом, если единичный дотенциал присутствовал на г -ом выходе блока 9 управлени , то входной импуль устанавливает единичный потенциал на пер вом выходе блока 9 управлени  {на остальных выходах устанавливаютс  нулевые потенциалы). Счетчики 6 и 14 осуществл ют перерасчет импульсов, поступающих на их вторые входы, а по импульсному сигналу, поступающему на их первые входы, счетчики устанавливаютс  в нулевое состо ние Блоки 7 и 15 выдачи кодов обеспечивают по сигналам, поступакнцим на их первые входы, передачу кодов с выходов счетчиков на соответствующие выходы преобразовател . Второй триггер 19 по сигналу, посту лающему па его второй вхоц, устанавливаетс  в нулевое состо ние, а по сигналу, поступающему на первый вход-, в единичное . Третий генератор 12 импульсов настроен таким образом, что частота его выходного потока превышает высокую частоту первого 17 и второго 21 генераторов в раза, гдеЗл -разр дность второго счетчика 14. Первь|й счетчик 6 имеет разр дность 5, при этом регистр 11 сдвига имеет разр дность m 2 Случайные числа, вырабатываемые преобразователем , содержат старшие разр ды, снимаемые с третьего выхода, и младшие, снимаемые с второго выхода и приписываемые (условно) к старшим без дополнительного преобразовани . Распределение всего числа, а распределение младщих, как будет показано дальще,  вл етс  равномерным и предназначено дл  увеличени  разр дности чисел, вырабатываемых преобразователем . Разр дность выходнснго числа преобразовател  равнаЭд 34+52Перед началом работы в блок 8 пам ти занос тс  коды, определ ющие вид закона распределени  дл  каждого из случайных чисел и временного интервала между группами чисел, а также устанавливаютс  высока  и низка  частоты двух первых генераторов 17 и 21 и соответствующа  частота третьего генератора 12. Исходное состо ние прео азовател  рассмотрим в момент окончани  случайного временного интервала, длившегос  с момента окончани  формировани  последнего случайного числа предшествовавшего группе случайных чисел. Счетчики 6 и 14 переход т в нулевое состо ние, блок 9 управлени  и регистр 11 сдвига переход т в первое состо ние, а триггеры Ю и 19 - в единичное {хот  состо ни  первсго триггера 10 равнопр иы.. Первый 17 и второй 21 генераторы импульсов включаютс  в режим высокой частоты, Формирование случайнс го равномернораспределенного числа во втором счетчике 14 происходит следующим образом. Так как второй триггер 19 находитс  в единичном состо нии, то на первом входе п того элемента И 5 присутствует потенциал, разрешающий прохождение импульсов от третьего генератора 12 на второй вход второго счетчика 14, осуществл ющего подсчет этих импульсов. Второй счетчик 14 работает до момента по влени  перво- Го импульса на выходе одного из элементов И 13 или 16. По вление импульса на выходе второго элемента И 16 означает OKOHHaiine формировани  очередного случайного числа , при этом в старших разр цах, согласно исходному состо нию лервого счетчика 6, записаны нули, а коц младших разр дов определ етс  состо нием.второго счет чика 14. После выдачи коцов через 7 и 15 на выход преобразовател  второй счетчик 14 об - ул етс  и начинает новый счет импульсов от третьего генератора 12,так как второй триггер остаетс  в единичном состо нии,, Если первый импульс после начала фор мировани  очередного случайного числа по вилс  на BbLxoas первого элемента И 13 то это означает, что формирование кода младших разр дов закончено, а формированне кода старших, разр дов будет продолжено , при этом первый счетчик 6 переходит иа исходного в первое состо ние, а второй счетчик 14 прекращает счет и хранит зафиксированный код до окончани  формировани  старших разр дов очередного случайного числа, так как импульс С выхода первого элемента И 13 переводит второй тргпг гер 19 -в нулевое состо ние , в результате чего на первом входе п того элемента И 5 устанавливаетс  нулевой потеш иал, запрещающий прохождение через этот элемент потока импульсов от третьего генератора 12, Kottbts формируемые во втором счетчик 14s имеют равномерное распределепие, как результат изменени  времен 101о интервала между произвольными импульсами потоки одного из генераторов 17 и 21 и ближайшим импульсом в потоке другого генератора Эти коды коррелировань и зн чение коэффициента коррел ции зависит от степени флуктуации частот первого 17 и второго 21 генераторов импульсов, имеющей место во всех реальных генераторах . Однако за счет того, что старшие разр ды случайного числа, формируемого преобразователем, независимы, выходные числа преобразовател   вл ютс  некоррелированными . Применение рассмотренного способа формировани  равномерно распределенных ( коррелированных) кодов младших разр дов выходного случайного числа, существенно упростило конструкцию преобразовател , так как не требует дополнительных источников случайных сиг налов и дополнительного преобразовател  этих сигналов в ривном8Е но pncriperifJifH - F-rbie коды. За счет поочередного использовани  первохо 17 и второго 21 гене)аторов импульсов в процессе формировани  случайных чисел обеспечиваетс  проста  организаци  формировани  кода млпдших разр дов при нулевом состо нии первого счетчика 6, а также уменьшаетс  коррелированность этих кодов, Принцип работы управл емого веро тностного преобразоват-ел  основан на проведении последовательности независимых случайных испытаний до первого положительного исхода после которого дл  формировани  нового случайного числа последовательность указанных испытаний начинаетс  сначапа При этом осуществл етс  операци  веро тностного преобразовател  код-Е.еро тность . Пусть испытание заключаетс  в опросе первых входов первого 13 и второго 16 элементов И при этом прохождению импульса опроса через второй элемент И 16 соответствует положительный исход испытани , а.через первый элемент И 13- отри.иательнь Й, Обозначим р веро тность положительного исхода к-го по счету испытани  в данной последовательности, а есть веро тность отрицательного исхода К го испытани . Тогда веро тность первого положительного исхода при К-ом ис- пытан.чиа .,2,,„„,т , равна . (1) Пусть F к - значение воспроизводимой интегральпой фун1щии распределени  дискретной случайной величины Кб Cl,2,... а U.FK FK-PK-i есть значение фун1щии плотности распределени  указанной случайной величины (). Тогда из равенства Рк-дРк(2) нетрудно установить св зь между значени ми функции распределени  случайной величины К-номером испытани , имевшего положительный исход и веро тност ми положительного исхода в каждом из возможнь х испытаний; Кодированное значение выходного случайного числа К , снимаемого с третьего выхода преобразовател  на единицу мень- те номера испьЕтани  с ппложнтельк,1М ir хоцом, т, о. К и-1,.2,...,(,( и соответствует количеству последовател иых испытоннй до первого положительног нсхоаа. Присутствие ецииичного потещиа f(l-Lflt & if) к-ом испытании на -ом выходе блока 8 пам ти обеснечив ет возможность прохождени  ециничного сигнала с -го выхода веро тностного (1,П) полюсника 1 через 4 -ый элемент И блока 2 и первый элемент ИЛИ 3 на второй вход второго элемента И 16, обеспечива  возможность прохождени  через эту схему очерецного импульса опроса , поступающего на первый вход второго элемента И 16. С учетом того, что присутствие единичного сигнала на i -ом вы ходе веро тностного (1,П ) - полюсника  вл етс  случайным событием с веро тностью поступлени  fl 2 , можно записать веро тность положительного исхода в К-ом испытании ,- (5) Таким образом, с помощью веро тностного (1, fl ) -полюсника 1 блока элементов И 2 и первого элемента ИЛИ 3 осу ществл етс  преобразование выходного кода блока 8 пам ти, представленного сигналами СЗ , в веро тность р положительного исхода к-го испытани , при этом блок элементов И 2 реализует oneрацию перемножени  величин а- и СЗ , а элемент ИЛИ 3 реализует операцию сум мировани  результатов перемножени  согласно выражению (5), Введение в блок 8 пам ти кодов, задающих р соответстВИИ с выражением (3), обеспечивает возможность формировани  любой требуемой функции распределени  кодов старших разр дов выходного числа преобразовател  При каждом неуспешном ислытании им- пульсом с выхода второго элемента ИЛИ 18, проход щим через первый элемент И 13, в первый счетчик 6 добавл етс  единица, регистр 11 сдвига переводитс  Б (к +1) -ое состо ние, а на выходе веро тностного (1,П )-полюсника 1 устанавливаетс  нова  случайна  комбинаци  сигналов . При успешном исходе испытани  импульсом с выхода второго элемента И 16 осуществл етс , в частности, перевоц блока 9 управлени  из j -го в (j +1)-ое ссюто ние, а регистра 11. сдвига - из К- го в первое состо ние, чем обеспечивает- с  прцг1)товкл к форки1.)ог ;1мию (j+lj-ro случайного чис.ш, имсющм о нозгшис щое от afiyriix чисел рнсирецеление. По окончании формировани  группы из (П-1) случайных Ч)сел блок 9 упрпвлени  переходит в состо ние с номером Р , обеспечива  последующую выборку из блока 8 пам ти кодов, определ ющих 3aKOfi распрецепени  временных интервалов межцу группами чисел, и переключа  первый 17 и второй 21 генераторы в peжи( низкой частоты. Дальнейша  работа управл емого веро тностного преобразовател  полностью совпадает с рассмотренной. При этом временной интервал до первого положительного исхода испытани  при Г ом состо нии блока 9 управлени  содержит случайное целое число тактов между сигналами одного из первых двух генераторов 17 или 21, а также случайный равномерно распределенный отрезок времеЕ1и до прихода первого импульса опроса на первые входы первого 13 и второго 16 элементов И. Устанавлива  требуемые значени  низких частот работы первых двух генераторов 17 и 21, oжнo управл ть интенсивностью следовани  группслу- чисел в любом требуемом диапазоне , при этом не требуетс  никакой дополнительной перенастройки преобразовател , так как закон распределени  формируемых чисел и временного интервала между группами чисел не зависит от значений частот первых двух rOEiepaTopa 17 и 21 импульсов . Первый выход управл емого веро тностного преобразовател  может быть использован дл  сн ти  случайных временных интервалов между его выходными импульсами , имеющ1 ми распределени , совпадающие с соответствующими распределени ми формируемых случайных чисел и случайного временного интервала между группами случайных чисел. Технико-экономическа  эффективность управл емого веро тностного преобразовател  определ етс  его более широкими по сравнению с известными аналогами функциональными возможност ми, сочетающимис  при этом с относительно .простой структурой, и возможностью выполнени  его целиком на базе элементов цифровой вычислительной техники, в том числе с применением микросхем, что открывает возможности построени  высокочастотных, с широкими функциональными всхзможност ми , малогабаритных и недорогих преоб-г разователей.