SU826346A1 - Генератор случайного процесса - Google Patents

Description

I

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано при построении моделирукщей аппаратуры дл  исследовани  и оптимизации сложных систем.

Известен генератор случайных импульсов , в котором преобразуютс  случайные импульсные потоки с известными веро тностными характеристиками в случайные импульсные последовательности с требуемыми распределени ми параметров импульсного потока. Этот генератор содержит датчики пуассоновских случайных импульсных потоков, блоки проведени  случайных испытаний блоки анализа результата случайных испытаний, блоки преобразовани  случайных величин в случайные числа или в случайные значени  параметров импульсных потоков 1 .

Недостаток этого генератора состои в том, что он не позвол ет формировать марковские и полумарковские процессы.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  генератор случайного процесса , содержащий последовательно соединенные блок ввода, выполненный на датчиках потоков случайных импульсов с регулируемыми интенсивност ми, блок схем совпадени , схему блокировки, выход которой подключен к общему входу блока схем совпадени . Генератор формирует случайные событи  в результате случайных испытаний, заключающихс  в одновременном отпирании по общему входу блока схем совпадени  и установки в регистре кода, соответствующего номеру схемы совпадени , через которую прошел первый с момента начала испытани  импульс датчиков блока ввода. Генератор импульсов и счетчик преобразуют полученное случайное Чисдо в случайный временной интервал Г21.

Недостаток этого генератора состоит в том, что он также не позвол ет генерировать марковские и полумарковские процессы. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей устройства за счет формировани  марковских и полумарковских случайных процессов. Поставленна  цель достигаетс  тем, что генератор случайного процесса , содержащий группу генераторов случайных импульсов, выходы которых соединены с первыми входами элементов И группы соответственно, выходы которых соединены со входами элемента ИЛИ и со входами шифратора соответственно , выходы которого соединены со входами первого регистра пам ти соответственно, выходы которого со единены с разр дными входами счетчика соответственно, счетный вход которого соединен с выходом генератора им- пульсов, а выход счетчика соединен с его входом Сброс, введеиы второй и третий регистры пам ти и блок управлени , первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами элемента ИЛИ и счетчика, первый выход блока управлени  соединен со вторыми входами элементов И группы, а второй выход блока управлени  соединен с первыми входами генераторов случайных импульсов группы и с управл ющими входами первого и второго регистров пам ти, выходы шифратора соединены со входами второго регистра пам ти соответственно , выходы которого соединены со вторыми входами генераторов слу чайных импульсов группы и со входами третьего регистра пам ти соответствен но, управл ющий вход которого соединен с выходом счетчика, а выходы третьего регистра пам ти  вл ютс  выходами генератора. Кроме того, каждый генератор случайнь Х импульсов содержит управл ющий датчик случайного сигнала, коммутатор, первый и второй блок пам ти , адресные входы которых объединены и  вл ютс  первыми входами генератора , выходы блоков пам ти под . ключены ко входам коммутатора соответственно , управл ющий вход которого  вл етс  вторым входом генератора выход коммутатора соединен со входом управл емого датчика случайного сигнала , выход которого  вл етс  выходом генератора. Кроме того, блок управлени  содер жит первый и второй триггеры, элемент задержки, первый и второй элементы И, первые входы которых объединены и  вл ютс  первым входом блока , вторым входом которого  вл етс  единичный вход первого триггера, единичный выход которого соединен со вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с единичным входом второго триггера, единичньй выход которого  вл етс  первым выходом блока и через элемент задержки соединен со вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с нулевым входом первого триггера, единичный выход которого  вл етс  вторым выходом блока, а нулевой выход первого триггера соединен с нулевым входом второго триггера. На фиг. 1 приведена структу рна  схема генератора случайного процесса; на фиг. 2 - структурна  схема генератора случайных импульсов; на фиг. 3 - временна  диаграмма работы блока управлени ; на фиг. 4 - функциональна  схема одного из возможных вариантов построени  блока управлени  . . . Генератор случайного процесса содержит блок 1 ввода, группу 2 элементов И, шифратор 3, первый регистр 4 пам ти, счетчик 5, генератор 6 импульсов , блок 7 управлени , элемент ИЛИ 8, второй регистр 9 пам ти, третий регистр 10 пам ти. Блок 1 ввода выполнен на генераторах t1 случайных импульсов, каждьй из которых содержит первьй блок 12 пам ти, второй блок 13 пам ти, коммутатор 14, управл емый , датчик 15 случайных сигналов. Блок 7 управлени  содержит первый триггер 16, второй триггер 17, элементы И 18 и 19, элемент 20 задержки . Последовательно соединенные блок ввода, группа 2 элементов И, шифратор 3, первый регистр 4 пам ти, второй регистр 9 пам ти, элемент ИЛИ 8 провод т и регистрируют случайные испытани . Структура случайного испытани  в предлагаемом генераторе не отличаетс  от структуры испытаний в известном и заключаетс  в одновременном отпирании группы 2 с последующей фиксацией в первом регистре 4 или во втором регистре 9 номера элемента И группы 2, через который с момента пульс блока ввода. Дл  моделировани  очередного состо ни  процесса и интервала между этим состо нием и последукицим в пред лагаемом генераторе разыгрываетс  два случайных испытани . Результатом первого (фиг. 3 а)  вл етс  случайное число,  вл ющеес  очередным состо нием процесса, которое при нуле .вом сигнале на первом выходе блока 7 заноситс  во второй регистр 9. Слу чайное число, формируемое в результа те второго испытани  (фиг. 3 б) при единичном сигнале на первом выходе блока 7 заноситс  в первый регистр и впоследствии преобразуетс  генератором 6 и счетчиком 5 в случайный временной интервал, определ ющий врем  перехода в следующее состо ние Блок 7 управлени  вырабатывает сигналы в соответствии с временной диаграммой (фиг. 3). В момент времени Ц возникает сигнал переполнени  счетчика 5. котО{м ЕЙ поступает на второй вход блока 7 и устанавливает в единичное состо ние триггер 16. На втором выходе блока 7выр абатываетс  сигнал, который открывает элементы И группы 2 и тем самым разрешает случайные испытани . 8момент времени t2 оканчиваетс  пер вое случайное испытание, на перв(Я4 входе блока 7 возникает импульс, по которому устанавливаетс  в единичное состо ние тригер 17, на первом выходе блока 7 вырабатываетс  единичнь сигнал. Длительность задержки элемен та 20 выбрана несколько больше длительности импульса на первом входе блока 7, поэтому триггер 16 в этом случае состо ни  не измен ет. В момент времени t оканчиваетс  второе случайное испытание, на первом входе блока 7 возникает импульс, по которому сбрасываетс  триггер 16, а следовательно , и триггер 17. На первом и втором выходах блока 7 устанавливаютс  нулевые сигналы. Регистры 4, 9 и 10 имеют информационные входы приема информации и уп равл ющие входы разревени  приема информации, причем регистры 4 и 10 имеют пр мые управл ющие входы, а регистр 9 - инверсный управл ющий вход. В качестве счетчика 5 используютс  счетчик, позвол ющий организовать переполнени , вырабатываемому самим же счетчиком 5 под действием импульсов , поступш(нцих на его счетный вход с выхода генератора 6. Группа 2 элементов И выполнена на двухвходовых элементах И, первые входы которых Подключены к входам группы 2, а вторые входа объединены и соединены с управл ющим входом группы 2. Упpaвл e a tй датчик 15 случайных сигналов фop BIpyeт поток случайных импульсо интенсивность которого А-1 : 1, п, п -число датчиков 15, определ етс  цифровым кодом, поступающим на его вход. Остальные узлы устройства - типовые элементы вычислительной техники соответствуюцего назначени . Устройство работает спедую1цим образом . Пусть необходимо настроить генератор на моделирование полумарковского Процесса, имеющего конечное множество из п состо ний. В блоки 13 пам ти записьшаютс  значени  веро тностей перехода Р 1Л t nv 1сп перелива гл4 гической матрицы процессаП5 р. «тахастической 1, п. Причем при записи значение j определ ет номер генератора И, которому принадлежит блок 13 па- м ти , а значение i адресует определенную  чейку в выбранном блоке 13 пам ти. Следовательно, при возникновении кода i на адресном входе блока 1 ввода из блоков 13 пдм ти считываютс  коды веро тностей , соответствующие t-ой строке матрищл П. При нулевом сигнале иа вХоде блока ввода коды через коммутатор 14 поступают на входы соответствующих датчиков 15, в результате чего интенсивности j случай{е 1х потоков на выходах генераторов Ii задаютс  как x.-P-.SX 5 J к:1 Таким образом, веро тность р-- тоо , что и результате случайного исытани  во втором регистре 9 устаноитс  значение J определ етс  знаением Р вро тности перехода. Дл  модел1Я)Овани  полумарковского лучайного процесса необходимо, чтоы любое i-oe состо ние процесса, озникшее случайным образом, одноначно определ ло закон распределени  интервала времени, через которы система переходит в некоторое следукндее состо ние. Дл  этого в каждый блок 12 пам ти записываетс  соответствующий столбец матрицы R,R Г 1н кажда  i-а  строка конторой содержит веро тности qji j 1 n равные значени м требуемой функции плотности распределени  времени нахождени  процесса в состо нии в п равноотсто щих точках квантовани . При считывании из блоков 12 содержимого  чеек с адресом в случае единичного сигнала на управл ющих входах коммутаторов 14 датчики 15 настраиваютс  на формирование потоков с интенсивност ми Тем самым в результате случайного испытани  в регистре 4 устанавливаетс  на случайное число, функци  распределени  которого определ етс  строкой , j 1 , п. Дл  формировани  случайного интервала в устройстве примен ютс  генератор 6 импульсов и счетчик 5, которые преобразуют случайное число записанное в регистр 4, в случайный временной интервал. Рассмотрим работу генератора начина  с момента, когда на выходе счетчика 5 по вл етс  импульс переполнени  . По этому импульсу содержимое регистра 4 переписываетс  в счет чик 5, содержимое регистра 9 в регистр 10. Блок 7 вырабатывает на первом выходе нулевой сигнал (фиг. 3 а) разрешающий прием информации в регистр 9, подключение коммутатором 14 считанных из блоков 13 пам ти кодов переходных веро тностей на входы датчиков 15, и следовательно, ус таноБку требуемых интенсивностей потоков на их выходах. На втором выходе блока 7 вырабаты ваетс  сигнал, который разрешает про ведение случайных испытаний. Первьй пришедший с момента начала испытани  импульс генераторов I1 бло ка 1 ввода проходит через группу 2 элементов И, шифратор 3 и устанавливает в регистре 9 код, который соответствует следующему состо нию проце са. Одновременно этот же импульс через схему ИЛИ 8 поступает на первый вход блока 7. Блок 7 на своем первом выходе вырабатывает единичный сигнал (фиг. 3 б) разрешающий занесение нового случайного числа теперь уже в регистр 4. Коммутаторы 14 подключают к входам датчиков 15 выходы блоков 12 пам ти, в результате чего интенсивности потоков на выходах датчиков 15 настраиваютс  в соответствии с требуемой функцией распределени  нахождени  процесса в состо нии k , где k - содержимое регистра 9. Выполн етс  второе случайное испытание . Случайный импульс блока 1 ввода , по вившийс  первым во втором случайном испытании, устанавливает в регистре 4 код временного интервала дл  k-ro состо ни  и поступает через элемент ИЛИ 8 на первый вход блока 7 который прекращает случайное испытание. Импульс переполнени  с выхода счетчика 5 переписывает очередное состо ние .k процесса из регистра 9 в регистр 10 и тем самым делает его текущим, а временной интервал из регистра 4 в счетчик 5. Следовательно, врем , в течение которого .состо ние k текущее, определ етс  начальным содержимым счетчика 5 и подчин етс  заданной функции распределени . Далее цикл повтор етс , блок 7 вырабатывает на первом входе нулевой сигнал и т. д. Изменением частоты генератора 6 производитс  требуемое масштабирование интенсивности выходного потока состо ний процесса без изменени  законов распределени  интервалов между состо ни ми. Предлагаемый генератор случайного процесса может использоватьс  как самосто тельное устройство дл  формировани  случайного процесса. Однако наиболее эффективно его применение совместно с управл ющей ЭЦВМ или машиной общего назначени , что даёт возможность разгрузить ЭЦВМ от достаточно трудоемкой программной имитации случайных процессов, а формирование их возложить на предлагаемый генератор . ЭТО|повышает производительность системы при решении задач статистического моделировани , автоматизирует процесс управлени  генератором . Анализ показует, что предлагаемый генератор случайного процесса обладает максимальным быстродействием по сравнению с известным так как в структуре генератора применена схема быстрого случайного испытани , наиболее эффективно используютс  датчики потоков случайных импульсов блока ввода.

Claims (3)

1. Генератор случайного процесса, содержащий группу генераторов случайных импульсов, вьжоды которых соединены с первыми входами элементов И группы соответственно, выходы которых соединены со входами элемента ИЛИ и со входами шифратора соответственно , выходы которого соединены со входами первого регистра пам ти соответственно, выходы которого соединены с разр дными входами счетчика соответственно, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход счетчика соединен с его входом Сброс, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей генератора за счет формировани  марковских и прлумарковских случайных процессов, он содержит второй и третий регистры пам ти и блок управлени , первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами элемента ИЛИ и счетчика, первый выход блока управлени  соединен со вторыми входами элементов И группы, второй выход блока управлени  соединен с первыми входами генераторов случайных импульсов группы и с управл ющими входами первого и второго регистров пам ти, выходы шифратора соединены со входами второго регистра пам ти соответственно, выходы которого соединены со вторыми входами генераторов случайных импульсов группы и со входами третьего регистра пам ти соответственно, управл ющий вход которого соединен с выходом

счетчика, а выходы третьего регистра пам ти  вл ютс  выходами генератора .

2.Генератор по п. I, отличающий с   тем, что каждый генератор случайных импульсов содержит управл емый датчик случайного сигнала,

jкоммутатор, первый и второй блоки пам ти, адресные входы которых объединены и  вл ютс  первыми входами генератора, выходы блоков пам ти подключены ко входам коммутатора соответственно , управл киций вход которого  вл етс  вторым входом генератора,

5 выход коммутатора соединен со входом . управл емого датчика случайного сигнала , выход которого  вл етс  выходом генератора.

3.Генератор по п. I, о т л и 0 чающийс  тем, что, блок управлени  содержит первый и второй триггеры, элемент задержки, первый и второй элементы И, первые входы которых объединены и  вл ютс  первым

5 входом блока, вторым входом которого  вл етс  единичный вход первого триггера , единичный выход которого соединен со вторым входом элемента И, выход которого соединен с единичным

0 входом второго триггера, единичный выход которого  вл етс  первым выходом блока и через элемент задержки соединен со вторым входом первого элемента И, выход которого соединен

5 с нулевым входом первого триггера, единичный выход которого  вл етс  вторым выходом блока, а нулевой выход первого триггера соединен с нулев ым входом второго триггера.

0

Источники информации,

прин тые во внш 1ание при экспертизе

I. Авторское свидетельствю СССР № 504176, кл. G 06 F 1/02, 1975. 5 2. Авторское свидетельство СССР № 344431, кл. G 06 F 1/02, 1971 (прототип ) .

(puf. 1

(paf.2