SU830357A1 - Генератор случайного потокаиМпульСОВ - Google Patents

Description

I

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано при создании стохастических вычислительных машин и моделей, генераторов случайных чисел , при моделировании случайных процессов .

Известен генератор случайного потока импульсов, содержащий источник шума, элементы И и ИЛИ, счетчики 1.

Однако счетчики обуславливают сложность этого генератора.

Известен также генератор случайного потока импульсов, содержаш,ий генератор импульсов , датчики равномерных двоичных случайных чисел, элементы И, элемент ИЛИ, цифровой генератор функций 2.

Однако увеличение точности в этом генераторе приводит к неоправданному его усложнению.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  генератор случайного потока импульсов, содержащий генератор импульсов, коммутатор. К датчикам равномерных двоичных случаййых чисел К, элементов И, выходы которых Соединены со входами элемента ИЛИ, выхед которого  вл етс  выходом генератора случайного

потока импульсов, цифровой генератор функций , первый вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, все п выходов соединены с первыми входами первых п из к эле .ментов И, а первые входы оставшихс  (к-п)

элементов И соединены с первыми (к-п) выходами цифрового генератора функций соответственно; вторые входы элементов И соединены с выходом генератора импульсов, третьи входы элементов И соединены с единичными выходами датчиков равномерных

двоичных случайных чисел соответственно, а инверсные выходы каждого-j-го датчика равномерных двоичных случайных чисел соединены с соответствующими входами элементов И от (j-bl)-ro до К-го; вход коммутатора соединен с выходом элемента ИЛИ, единичный выход - со входами первых п элементов И, а инверсный выход - со входами оставшихс  (к-п) элементов И 3. Недостатком данного устройства  вл етс  невозможность повышени  точности воспроизведени  случайного потока импульсов на всем интервале разбиени .

Цель изобретени  - увеличение точности воспроизведени  случайного потока импульсов с требуемыми параметрами на всем

интервале разбиени  при сохранении прежнего объема пам ти цифрового генератора функций.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что генератор случайного потока импульсов, содержащий генератор импульсов, коммутатор , К датчиков равномерных случайных чисел, К элементов И, выходы которых соединены со входами элемента ИЛИ, выход которого  вл етс  выходом генератора случайного потока импульсов, цифровой генератор функций, вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, первые выходы элементов И соединены с выходом генератора импульсов, вторые входы элементов И соединены с единичными выходами датчиков равномерных двоичных случайных чисел соответственно , а инверсные выходы каждого j-ro датчика равномерных двоичных случайных чисел соединены с соответствующими входами элементов И от (j + l)-ro до К-го дополнительно содержит К-разр дный сумматор , выходы которого соединены с третьими входами соответствующих элементов И, а входы - с соответствующими выходами коммутатора, п информационных и управл ющий входы которого соединены с п информационными и управл ющим выходами цифрового генератора функций соответственно . На чертеже приведена блок-схема генератора случайного потока импульсов. Генератор случайного потока импульсов состоит из генератора 1 импульсов, К датчиков 2 равномерных двоичных случайных чисел, К элементов 3 И, элемента 4 ИЛИ, цифрового генератора 5 функций, коммутатора 6, К-разр дного сумматора 7. Генератор 1 импульсов предназначен дл  формировани  имрульсов выходного случайного потока (дл  формировани  случайного потока временных интервалов может быть применен генератор регул рных импульсов). Выход генератора 1 соединен с соответствующими входами всех К элементов 3 И. Датчики 2 равномерных двоичных случайных чисел предназначены дл  формировани  р да веро тностей (2, 2,...,2 по влени  1 на соответствующих входах элементов 3 И. Пр мой выход j-ro датчика 2 соединен с соответствующим входом j-ro элемента 3 И, а инверсный выход j-ro датчика 2 соединен с соответствующими входами элементов 3 И от (j + l)-ro до К-го. Элементы 3 И и элемент 4 ИЛИ предназначены дл  формировани  совместно с датчиками 2 и сумматором 7 веро тности прохождени  импульсов генератора 1 на выход устройства. Выходы элементов 3 И соединены со входами элемента 4 ИЛИ. Выход элемента 4 ИЛИ  вл етс  выходом устройства. Цифровой генератор 5 функций предназначен дл  хранени  п-разр дных приращений кодов -fa, значени  которых определ ютс  в сумматоре 7 и с помощью которых происходит фор

мирование требуемых веро тностей по влени  импульсов на выходе устройства, и дл  управлени  коммутатором 6 с помощью управл ющего сигнала, поступающего с его управл ющего выхода на управл ющий вход коммутатора 6. В общем виде цифровой генератор 5 функций представл ет собой запоминающее устройство с управл емым блоком выборки адресов. Вход генератора 5 функций соединен с. выходом устройства. Все п выходов цифрового генератора 5 функций соединены с соответствующими п входами коммутатора 6.

Сумматор 7 представл ет собой сумматор накапливающего типа и состоит ис К разр дов, причем j-bie выходы сумматора 7 соединены со входами j-ых элементов 3 И, а j-ые входы - с j-ыми выходами коммутатора 6. Сумматор 7 предназначен дл  формировани  кодов {а 1 необходимых дл  генерации, из приращений кодов , поступающих на него с выхода цифрового генератора 5 функций через коммутатор 6. Коммутатор 6 предназначен дл  коммутации п информационных разр дов цифрового генератора 5 функций на старщую, от ш-го до ( т+ )-го разр дов (при единичном значении управл ющего сигнала цифрового генератора 5 функций), или младщую, от (к-п+1)-го до К-го разр дов (при нулевом значении управл ющего сигнала цифрового генератора 5 функций), группы сумматора 7. Разр д ш определ ет максимально возможное значение приращений кодов . t... на выходе цифрового генератора 5 функций и задаетс  при изготовлении генератора случайного потока импульсов с учетом неравенства l-log2AI -,(At)m K-2n-f2, (1) где К - разр дность сумматора 7; п - разр дность цифрового генератора 5 функций, AR-(At)-максимальное значение приращени , по которому формируетс  значение кода . Генератор случайного потока импульсов работает следующим образом. Датчик 2 генерирует «1, если на его пр ных чисел формируют потоки импульсов с равными веро тност ми по влени  единиц и нулей р{(1) р(0) ;2-, где Р (1) иР(0) - веро тности по влени  «1 и «О соответственно на выходе j-ro датчика 2. Датчик2генерирует «1, если на его пр мом выходе присутствует высокий потенциал и наоборот, датчик 2 генерирует «О, если на пр мом выходе низкий потенциал, а на инверсном - высокий. Веро тность одповременного по влени  «1 на тех входах j-го элемента 3 И, к которому подключены j датчиков 2, равна: j. . 1(1) р(1) (0) г: Веро тности Р (1) при изменении j от 1 до К образуют двоичный р д веро тностей (Р, (1) 2, Р(1) 2-2,. Рз(1) 2-..., РК (1) 2 ). Кроме того, веро тности (1) образуют полную группу несовместных событий . Эти свойства Pj(l) позвол ют формировать в предлагаемом устройстве любую веро тность Р| с помощью коэффициентов la сумнатора 7.:.к . Р. а, 2 +ai2-4... + ai2- |a.2-; е IK - число разр дов сумматора 7; а- - принимает значени  О или 1. Веро тность прохождени  импульсов с выхода генератора 1 через элемент 4 ИЛИ на выход устройства определ етс  сформирован ок в. данный момент веро тностью Pj JE а| 2. .Таким образом, мен   коэффициенты {а на выходе сумматора 7 по определенному закону, получаем случайный поток импульсов с требуемыми параметрами . Дл  того, чтобы получить случайный поток импульсов с нужной плотностью распределени  Ру (t) временных интервалов V{i) необходимо заданную функцию Py(t) разбить на t равных интервалов длительностью At tj-tj-i и дл  каждого j-ro (j 1, 2,..., 6) интервала вычислить веро тности Pv ( t) того , что произвольно выбранный в потоке временной интервал V(t) будет длительностью (j-1) At V(t) j -At Pj( t) |:,Pv(t)dt. По вычисленным P| ( At) необходимо определить условные веро тности P(At) того , что временной интервал V(t) окончитс  в J-TOM интервале, при условии, что он не окончилс  ни в одном из (j - 1) интервалов: Pf(At) ) После вычислени  всех Р( t) производ тс  вычислени  положительных приращений АР( At), а по ним соответствующих кодов- дл  каждого j-ro интервала следующим образом. Вычисл етс  APj (At) Pj (At) r-i Vrf л I PA (At), где P( At) - значение, вычисленное по фор муле (2); Р-.., (At)-пересчетное значение услов ной веро тности дл  (j-l) го интервала, формула вычислени  которого приведена ниже. По значени м приращени1} словной веро тности АР ( А t) вычисл ютс  коэффициенты - tb,n.,..., к) APi(At)..2- (4) где К - разр дность сумматора 7. По вычисленным коэффиц иентам {Ь определ етс  усеченный , состо щий из п разр дов (п-разр дность цифрового генератора 5 функций). При этом возможны три аарианта: 5 О дл  Vi. m, где m -- старший разр д старшей п разр дной группы сумматора 7, определ ющий максимально допустимое значение йР ( At) и определ емый из неравенства (1). В этом случае приращение APj (At) превышает предельно допустимое и необходимо разбиение функции РуЦ). на большее количество интервалов. Ь1 О дл  ш (к-п Ч-1). В .этом случае дроизводитс  урезание кода{Б 1 до кода {ьА nq фор.муле .., i l,2,...,n Управл ющему сигналу bj, цифрового геHepatopa 5 функций при этом присваиваетс  код . Ъ .0 при. i к-n-f 1. При этом bi. b, , ,2,...,n, а разр ду Ь цифрового генератора функций присваиваетс  код «О. Определ етс  ттересчетное значение PJ (At) по формуле ) uFf (At) - P. cat) j-tb a-f -(K-K-tTH b.4.. Вычирленные коэффициенты (i 0,..., п; ,..., t) ввод тс  в пам ть цифрового гецератора 5 функций таким образом, что {Ь1 вводитс  в первый адрес, а вводитс  в j-ный адрес. По определенной команде производитс  начальна  установка устройства: сумматор 7 сбрасываетс  в «О, i;eнератор 5 функций настраиваетс  на начальный адрес. Далее на выходе цифрового генератора 5 функций в определенные моменты времени по вл ютс  коды fb; X (j 1,...,е), которые формируют требуемые приращени  APj (At) условных веро тностей (u.t). Под действием сигналов Ъ коммутатор 6 в моменты времени j-At производит Коммутацию кодов {bj} (i l,...,n) на соответствующие старшую или младшую группы сумматора 7. При этом возможны два варианта. При единичном значении сигнала bj коммутатор 6 коммутирует п-разр дный информационный выход цифрового генератора 5 функций на старшую, от т-го до (ш -f п - 1)го разр дов, группу сумматора 7. При этом к содержимому сумматора 7 Aj,i, образованному из хран щихс  в нем кодов { , прибавл етс  значение Xj, образованное кодами , i l...,k, которые в свою очередь,  вл ютс  выходами коммутатора 6, причем х{ О дл  Vi. (ш + п),...,К и.дл  Vi l,...,(m - n); VL i;...,n.

При нулевом значении сигнала Ь коммутатор 6 коммутирует п-разр дный информационный выход цифрового генератора 5 функций на младшую, то (к + 1 -п)-го до к-го разр дов, группу сумматора 7. При этом содержИМому сумматора 7. При этом к сок содержимому сумматора 7 прибавл етс  значение Xj, образованное кодами {хН, .,..., К, причем

Xi О дл . 1,..., (к-п); ttK-h. bf- дл  Vi l,...,n, . Сформированные в сумматоре 7 коды i.1 (,..., к) поступают на входы соответствующих элементов 3 И, которые вместе с генератором 1 импульсов, датчиками 2 равномерных двоичных случайных чисел и элементом 4 ИЛИ формируют на выходе устройства импульс, веро тность по влени  которого определ етс  кодом-{а J. При по влении на выходе устройства импульса, что свидетельствует об окончании генерации очередного случайного интервала времени, производитс  сброс устройства в исходное состо ние этим же сигналом, поступающим с выхода устройства на вход цифрового генератора 5 функций и процесс работы устройства снова повтор етс .

Введение в генератор случайного потока импульсов дополнительного К-разр дного. сумматора, использование цифрового генератора . 5 функций .дл  хранени  приращений кодов{a J и разделение приращений кодов на группы малых и больщих значений позвол ет повысить точность воспроизведени  случайного потока импульсов с требуемыми параметрами без увеличени , а при ДР (At) уменьшении объема пам ти цифрового генератора 5 функций. При этом значительно упро1йаетс  работа с генератором, так как отпадает предварительна  настройка коммутатора, проводима  в известном устройстве, сокращаетс  количество аппаратуры, св занное с уменьшением числа входов всех элементов И и с упрощением схемы коммутатора.

Claims (3)

1. Формула изобретени 

   Генератор случайного потока импульсов , содержащий генератор импульсов, коммутатор , К датчиков равномерных двоичных случайных чисел, К элементов И, выходы

   Q которых . соединены со входами элемента ИЛИ, выход которого  вл етс  выходом генератора случайного потока импульсов, цифровой генератор функций, вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, первые входы элементов И соединены с выходслл

   генератора импульсов, вторые входы элементов И соединены с единичными выходами датчиков равномерных двоичных случайных чисел соответственно, а инверсные выходы каждого j-ro датчика равномерных двоичJJ ных случайных чисел соединены с соответствующими входами элементов И от (j-f 1)-го до К-го, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, он дополнительно содержит К-разр дный сумматор, выходы которого соединены с третьими входами соотS ветствующих элементов И, а входы - с соответствующими выходами коммутатора, п информационных и управл ющий входы которого соединены с п информационными и управл ющим выходами цифрового генератора функций соответственно.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 504196, кл. G 06 F 1/02, 1974. 5
2. 2. Авторское свидетельство СССР № 531653, кл. G 06 F 15/36, 1975.
3. 3. Авторское свидетельство СССР по за вке № 2515629/18-24, кл. G 07 С 15/00, 1977 (прототип).

   ix

   А|

   К

   v

   /V/V

   t