Устройство для ввода в эвм случайной последовательности импульсов

(191 (Ш Р 13 00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ П(НТ СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА В ЭВМ СЛУЧАЙНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСОВ(57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для ввода в ЭВМ информации ослучайной последовательности импульсов, стандартизированных по амплитуде и длительности, а также для определения статистических характеристикэтой последовательности, Цель изобретения - повышение быстродействия ирасширение области применения устройства за счет снижения требований кдетерминированности входной последо"вательности. Устройство содержит блок1 связи, триггер 2, элемент И 3, регистр 4, триггер 5, счетчик б, таймер7 и регистр 8. Повышение быстродействия уотройства обеспечивается засчет выполнения ряда процедур автоматически. Устройство позволяет сни"зить требования к времени, в течениекоторого входной поток должен бытьстационарен, что позволяет использовать изобретение для измерения характеристик широкого класса входныхпотоков, 7 ил.1456962 Вход иэ програты /ю айаг, б) 4 ля расцеаа испольэуяася полуценные б проерштеопределения Р 17/ гнацения аьа.е. вличесвбо аайкеуньвинвербалоб , Ю кспирые попюо одинакобое числоитульсоб пояска (- г,Г,Ю и в,д,( 6 ыцисляещся цбщее чист итульсоб папочка, попабшееЮ инщербалы б течение Всего брепни 5 ЫаН(Ял; 1 ассчиаыатся сутарное бредя на 0 яюдения 7:/- и где и- заранее иэ 5 есвное число интербало 5Вычисляется значение иатеиапшцесюого ожидания,иинвербалоб пеэгду случайныги итульсаии:ЮТ Знацениеф быбодиася на эиуан дисплея или печать 0 юнцание программы 5 ыцислений) Фиг. 7Составитель А,Труноведактор 0.10 рковецкая Техред И.Ходанич орректор В.Бутя роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 7489/47 Тираж 667 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР, 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5ЗО Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь-,зовано для ввода в ЭВМ информации ослучайной последовательности импуль 5сов, стандартизированных по амплитуде и длительности, а также для определения статистических характеристикэтой последовательности.Целью изобретения является повы Ошение быстродействия и расширениеобласти применения за счет снижениятребований к детерминированностивходной последовательности.На фиг.1 показана функциональная 15схема устройства; на фиг.2 и 3 - пример конкретной реализации устройства; на фиг.4 - алгоритм программыуправления работой устройства; нафиг.5 - временные диаграммы функцио Онирования устройства; на фиг,б - алгоритм программы вычисления функциираспределения интервалов между случайными импульсами; на фиг.7 - алгоритм программы вычисления значения 25математического ожидания,Устройство (фиг.1-3) содержит блок1. связи, первый триггер 2, элементИ 3, второй регистр 4, второй триггер 5, счетчик 6, таймер 7, первыйрегистр 8, входы и выходы 9-28 устройства, элемент И 29, счетчик 30,элемент И 31, элемент НЕ 32, элементИ 33, элемент ИЛИ 34, счетчик 35,одновибратор Зб, а также входы и выходы37-42 отдельных блоков.Сокращения названий сигналов(фиг.З) являются стандартными для 2 Кмагистрали и означают: ВБР 1 и ВБР 2(выборка) - селектирующие уровни, 40выбирающие тот или иной элемент И вблоке связи; ВД (выдано) - сигналуправления выводом из, ЭВМ кода вустройство; ПР (принято) - сигналуправления вводом в ЭВМ кода из устройства; ВП (выполнить) - сигнал запуска или установки в разрешающеесостояние какого-либо элемента вустройстве; ОСТ (оСтанов) - сигналостанова или сброса в исходное состояние какого-либо элемента в устройстве.На функциональной схеме (фиг.2)регистры 4 и 8 и счетчики 30 и 35для упрощения изображены 4-разряд-55ными (в устройстве онн имеют по 16разрядов),Устройство работает следующим об-.разом,Перед запуском устройства ЭВМ производит его начальную подготовку, выполняя следующие операции (фиг.1- 7). сбрасывает содержимое счетчика 6, выдавая сигнал на его вход 28 сброса с выхода 28 блока связи; производит занесение начального кода таймера в регистр 8, предварительно подготовив этот код на выходах 26 блока 1 и передав на выход 25 сиг" нал управления запиьсю кода в регистр; осуществляют перезапись содержимого регистра 8, т.е. начального кода, в счетчик 35 путем выдачи сиг" нала записи на выход 24 блока 1, этот сигнал поступает через элемент ИЛИ 34 на.тактовый вход 41 счетчика 35. Начальный код хранится в регистре 8 в течение всего времени работы устройства и необходим не только для подготовки таймера к началу работы, но и для автоматической перезаписи этого кода в счетчик 35 по окончании каждого таймерного интервала.Осуществив начальную подготовку устройства, ЭВМ устанавливает в единичное состояние триггер 2 с помощью сигнала на выходе 14 блока связи, рараэрешая тем самым работу регистра 4, и устанавливает в единичное состояние триггер 5 путем. подачи на его вход установки сигнала с выхода 20 блока 1., который приводит к установлению разрешающего уровня на выходе 21 триггера 5. Этот уровень разрешает прохождение тактовых импульсов с выхода 23 блока 1 через элемент И 31, так как уровень на входе 38 этого элемента имеет .разрешающее значение (исходный нулевой уровень на выходе одновнбратора 36 инвертируется на элементе НЕ 32 и поступает на вход 38 элемента И 31). С выхода 39 выделенные элементом И 31 тактовые импульсы поступают на счетный вход счетчика 35 для формирования таймерных интервалов. Длительность этих интервалов зависит от частоты тактовых им" пульсов ЭВМ и от начального значения кода, заносимого в счетчик 35 перед началом каждого таймерного интервала. Чем больше значение этого кода, тем короче интервал, так как меньшее количество тактовых импульсов вызывает переполнение счетчика 35; Временные диаграммы (фиг.5) иллюстрируют14569 35 Уровень на выходе 21 счетчика 6, разрешающий работу таймера, одновременно включает в работу счетчик 30, Входные импульсы потока с входа 19 поступают на элементы И 3 и 29, вторые входы которых теперь имеют разрешающие уровни. После прохождениячерез элемент И 29 импульсыпотока работу устройства при нулевом начальном коде таймераПри этом коде каждый шестнадцатый тактовый импульс производит перепол 5 нение счетчика 35. Сигнал переполнения с выхода 42 этого счетчика запускает одновибратор 36, который формирует импульс положительной полярнос. ти, длительностью несколько превьппаю О щий полтора, но менее двух тактов ЭВМ. На диаграмме (фиг.5) этот импульс имеет обозначение "18 - сигнал прерывания ЭВМ". Этот сигнал разрешает прохождение одного тактового 15 импульса ЭВМ через элемент И 33; запрещает прохождение одного, того же самого, тактового импульса ЭВМ через элемент И 3, останавливая этим счет таймера на один пнриод тактов; 20 сбрасывает триггер 2, запрещая запись данных из счетчика 30 в регистр 4; поступает на вход 18 блока 1 и далее в ЭВМ для прерывания программы в 25Выделенный один тактовый импульс с выхода 40 элемента И 33, проходя через элемент ИЛИ 34, производит очередную перезапись начального кода в счетчик 35, счетный режим которого 30 уже приостановлен ровно на один (рассматриваемый) период тактов ЭВМ. Эта приостановка производится в конце каждого таймерного интервала и учитывается при задании длительности этих интервалов: Т = К й,+ 1, где Т - длительность таймерного интервала; К - число тактов, после подсчета которых происходит переполнение счетчика 35; й - период повторе ния тактовых импульсов ЭВМ.Таким образом, фактическая длительность таймерного интервала на время одного такта ЭВМ продолжительнее, чем длительность, определяемая 45 начальным кодом. Выбранная схема таймера позволяет устранить "мертвое время" между таймерными интервалами и неопределенность в точном фиксировании заданных интервалов времени. 624поступают на вход 37 счетчика 30 и увеличивают содержимое этого счетчика на единицу по переднему фронту каждого импульса. С этого момента уже новое содержимое счетчика поступает на информационные входы регистра 4. Те же импульсы потока, проходя через элемент И 3, поступают на вход записи регистра 4 и по своему заднему фронту фиксируют состояние его информационных входов, т.е. текущий код счетчика 30, Таким образом, по окончании каждого импульса потока счетчик 30 и регистр 4 принимают новое и, что существенно, одинаковое значение.В момент окончания каждого таймера интервала сигнал переполнения таймера 7 с выхода одновибратора 36 поступает на вход сброса триггера 2, устанавливая тем самым запрещающий уровень на его выходе 15. Теперь импульсы потока изменяют только содержимое счетчика 30. Это обеспечивает непрерывность подсчета импульсов потока без потери информации о точном значении содержимого счетчика 30 после окончания таймерных интервалов. Сигнал окончания каждого таймерного интервала поступает в ЭВМ через блок 1 и воздействует на ее систему прерывания, что приводит к считыванию с помощью этой ЭВМ кодов с группы выходов 9. В процессе считывания содержимое регистра 4 остается неизменным, а счетчика 30 может продолжать изменяться за счет поступления импульсов потокаПо окончании считывания ЭВМ на выходе 14 блока 1 формируется сигнал для установки триггера 2 в единичное состояние. Разрешающий кровень с выхода 15 триггера 2 поступает на один из входов элемента И 3. Первым же импульсом потока, поступающим на другой вход этого элемента, производится запись содержимого счетчика 30 в регистр 4. Теперь до конца таймерйого интервала коды счетчика 30 и реги" стра 4 меняются синхронно, так как запись содержимого счетчика в регистр 4 опять производится каждым импульсом потока. Далее работа устройства продолжается аналогично описанному.Воздействие импульсов потока на содержимое младшего разряда счетчика 30 и регистра 4. Первый импульсТоЩ1 шН(Т ) 25 Р (т) =шпотока (фиг.5) не оказывает никакого воздействия на устройство, так как еще не установлены разрешающие уровни на входах элементов И 29 и 3. Второй импульс проходит через элемент И 3 и производит запись нулевого содержимого счетчика 30 в регистр 4, так как к этому моменту уже установлен триггер 2. На вход счетчика 30 этот импульс не проходит, так как на выходе триггера 5 нет разрешающего уровня. Третий импульс потока своим передним фронтом изменяет содержимое младшего разряда счетчика 30, а задним Фронтом производит завись иэ счетчика 30 в регистр 4. Действие четвертого импульса аналогично действию третьего. Пятый имйульс изменяет содержимое счетчика 30, но не производит записи в регистр 4, так как сброшен триггер 2. Вестой седьмой и восьмой импульсы Воздействуют на устройство аналогичйо третьему, а девятый импульс - аналогично пятому. Окончание регистрации импульсов потока происходит при сбросе триггера 5 сигналом сбро; са, формируемым на выходе 22 блока 1.В процессе работы ЭВМ считывает из устройства коды с группы информационных выходов 9 и хранит их в своей памяти,:К концу общего времени ввода в памяти ЭВМ накапливается информация о попадании случайных импульсов в Фиксированные таймерные интервалы. Эта информация позволяет с помощью ЭВМ определить Функцию распределения и величину математического ожидания интервалов между, случайными импульсами. Получение значения математического ожидания возможно благодаря тому; что устройство позволяет зафиксировать не только факт попада" ния хотя бы одного импульса потока в таймерные интервалы, но и числоимпульсов, попавших в указанные интервалы, Это число определяется как равность между, двумя считанными кодами счетчика, относящимися к соседним интервалам. Отношение числа интервалов ш;в которое попалиимпульсов, к общему числу наблюдаемых интервалов и определяет вероятность Р;(Т) попадания т импульсов в интервал (Т,- фиксированное значение продол-" жительности интервалов) Значение Функции распределения интервалов между случайными импульсами в точке Т определяется Р(Т ) -Р (Т,),1 мОгде д = 1,2 и т,д.Изменяя таймерный иетервал Т и10 регистрируя показания счетчика 30,можно получить значения функцииР(Т) а ряде точек Т,Информация о числе импульсов винтервалах Т, позволяет определить15 среднее число Н(Т,) импульсов потока за все время измерения Н(Т ) ьш,.0Тогда величина математического 20ожидания р,интервалов между случайными импульсами с любым законом ихраспределения определяется где- . интервал между случайнымиимпульсами.Использование изобретения для 30 определения характеристик случайногопотока позволяет повысить быстродей"ствие работы устройства, определитьвеличину математического ожиданияинтервалов, между импульсами слуЗ 5 чайного потока с любым законом ихраспределения, снизить требованияк стационарности простейшего импульсного потока при получении функциираспределения интервалов между им пульсами этого потока.Быстродействие работы устройства повышается за счет автоматизациивыполнения ряда процедур. Можно оценить минимальное время сбора инфор мации, достаточной для получения значения функции распределения в однойточке Т, с заданной допустимой ошибкой. Это время зависит от выбранногоколичества наблюдаемых таймерных ин тервалов и их продолжительности.Количество таймерных интервалов зависит от допустимой ошибки определениязначений Функции распределения. Придопустимой ошибке, равной 0,03, чис ло таймерных интервалов 1000. Длинатаймерных интервалов зависит от диапазона ожидаемых промежутков времени Р между случайными импульсами.Предположим, что эти промежутки1 мкс(100 мкс.Тогда длину таймерного интервала можно выбрать равной100 мкс, а суммарное время измерения параметров потока определяется как 1000 100 мкс = 0,1 с,При использовании устройства в течение этого времени собирается информация сразу для целого ряда значений таймерных интервалов Т несмотря на то, что регистрация информации в устройстве производится в теченние оди - наковых таймерных интервалов, имеющих значение Т = Т . Так для Т, = 100 мкс через каждые 100 мкс ЭВМ производит считывание содержимого счетчика, В памяти ЭВМ накапливается информация (коды), соответствующая последовательным во времени таймерным интервалам. Разность между кодами соседних интервалов показывает число импульсов потока, попавших в очередной интервал Т, . Разность между кодами, расположенными через интервал, пока" 25 зывает число импульсов потока, попавшее в двойной интервал, т.е. в интервал, длиной 2 Т,= 200 мкс, и т.д. Таким образом, в течение 0,1 .с в ЭВМ накапливается информация о числе ЗО импульсов потока для дискретного ряда интервалов Т 2 Т ЗТО и т.д. Общее время регистрации потока не зависит от числа различных значений, требуемых для построения функции35 распределения, и составляет для конкретного рассматриваемого примера 0,1 с.Таким образом, при использовании предлагаемого устройства эа О,1 с собрана информации сразу для всех необходимых значений таймерных интервалов Т (Т 2 Т, и т.д.).При использовании известного устройства минимальное время сбора информации о значении функции распределения остается также 0,1 с, однако за это время собрана информация, дос. таточная для определения значений функции только в одной точке Т , соответствующей заданной длительности таймерного интервала, Учитывая наличие ручных операций при использовании известного устройства (установка необходимой частоты ."енератора, считывание информации со счетчика), реальное время определения значения функции в одной точке не менее 1 мин, Сбор информации для ряда знаф чений пропорционально увеличивает указанное времяЕсли для рассмотренного примера выбрать необходимое число значений, равное 10, то общее время регистрации в случае использования известного устройства составит около 10 мин.В процессе вводя поток должен быть стационарен. Однако при использовании известного устройства стационарность должна выдерживаться не менее 10 мин, а при использовании предлагаемого - достаточна в течение 0,1 с. На практике очень часто встречаются потоки, стационарные в течение такого короткого времени. Воэможность исследования таких потоков расширяет область применения устройства.Возможность получения (при использовании предлагаемого устройства) величины математического ожидания интервалов между импульсами случайного потока с любым законом распределения дает важную информацию о свойствах этого потока и обеспечивает удобство в предварительном сравнении исследуемых потоков.Формула изобретенияУстройство для ввода в ЭВМ случайной последовательности импульсов, содержащее первый триггер, счетчик таймер, элемент И, выход таймера соединен с входом сброса первого триггера, выход которого соединен с первым входом элемента И, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения области применения эа счет снижения требований к детерминированности входной последовательности, в него введены блок связи, два регистра, второй триггер, первая группа входов блока связи является информационной группой входов устройства, вторая группа входов блока связи является входами управления устройства, первая группа выходов блока связи является информационными выходами устройства, выход блока связи является выходом прерывания устройства, вторая группа выходов блока связи соединена с информационными входами первого регистра, выходы которого соединены с информационными входами таймера, первый выход блока9 1456962 1 Освязи соединен с входом записи пер- выход блока связи соединен с входом вого регистра, второй и третий вы сброса счетчика, выходы которого соеходы блока связи соединены соответ- динены с информационными входами вто-. ственно с входом установки и такто- рого регистра, выходы которого соевым входом таймера, четвертый и пя- динены с входами третьей группы бло"5тый выходы блока связи соединены ка связи, вход блока связи соединен соответственно с входами сброса и с выходом таймера, счетный вход счет- установки второго триггера, выход чика соединен с вторым входом элеменкоторого соединен с входами раэреше О та И и является информационным вхония таймера и счетчика, шестой вы- дом устройства, выход элемента И соеход блока связи соединен с входом динен с входом записи второго регистустановки первого триггера, седьмой ра,