Генератор случайного потокаимпульсов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветснмкСоцналмстичесникРеслублин(5) М. Кл,з 6 06 Г 1/02 б 07 С 15/00 Гесударствеииые комитет Опубликовано 15.05.81. Бюллетень 18Дата опубликования описания 25.05.81(53) УДК 681,325 (088.8) па делам изоеретеиий и открытий(72) Авторы нзобретення Г. А. Велигурский, В. А. Новиков и Е, П. Кукарекц. юс 4 т щщмн, ., ,)ский инстйтутВйи:. Институт проблем надежности и долговечнАН Белорусской ССР и Минский радиотехнич(54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПОТОКА ИМПУЛЬСОВ Изобретение относится 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, содержащий 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 является генератор случайного потока импульсов, содержащий генератор импульсов, коммутатор. К датчикам равномерных двоичных случайных чисел К, элементов И, выходы которых соединены со входами элемента ИЛИ, выхед которого является выходом генератора случайного потока импульсов, цифровой генератор функций, первый вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, все и выходов соединены с первыми входами первых п из к элементов И, а первые входы оставшихся (к - п) 5элементов 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 1 О двоичных случайных чисел соответственно,а инверсные выходы каждого -го датчика равномерных двоичных случайных чисел соединены с соответствующими входами элементов И от (+1)-го до К-го; вход коммутатора соединен с выходом элемента ИЛИ, 1единичныи выход - со входами первых инэлементов И, а инверсный выход - со входами оставшихся (к - и) элементов И 3 .Недостатком данного устройства является невозможность повышения точности воспроизведения случайного потока импульсов на всем интервале разбиения.Цель изобретения - увеличение точностивоспроизведения случайного потока импульсов с требуемыми параметрами на всем830357 интервале разбиения при сохранении прежнего объема памяти цифрового генератора функций.Поставленная цель достигается тем, что генератор случайного потока импульсов, содержащий генератор импульсов, коммута. ь тор, К датчиков равномерных случайных чисел, К элементов И, выходы которых соединены со входами элемента ИЛИ, выход которого является выходом генератора случайного потока импульсов, цифровой генератор функций, вход которого подключен квыходу 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 )-го датчика равномерных двоичных случайных чисел соединены с соответствующими входами элементов И от+ 1) -го до К-го дополнительно содержит К-разрядный сумматор, выходы которого соединены с третьими входами соответствующих элементов И, а входы - с соответствующими выходами коммутатора, и информационных и управляющий входы которого соединены с и информационными и управляющим выходами цифрового генератора функций соответственно.На чертеже приведена блок-схема генератора случайного потока импульсов.Генератор случайного потока импульсов состоит из генератора 1 импульсов, К дат чиков 2 равномерных двоичных случайных чисел, К элементов 3 И, элемента 4 ИЛИ, цифрового генератора 5 функций, коммутатора 6, К-разрядного сумматора 7. Генератор 1 импульсов предназначен для формирования имгульсов выходного случайного потока (для формирования случайного потока временных интервалов может быть применен генератор регулярных импульсов). Выход генератора 1 соединен с сОответствующими входами всех К элементов 3 И, Дат чики 2 равномерных двоичных случайных чисел предназначены для формирования ряда вероятностей (2, 222 " появления 1 на соответствующих входах элементов 3 И.Прямой выход ) -го датчика 2 соединен с соответствующим входом )-го элемента 3 И, а инверсный выход )-го датчика 2 соединен с соответствующими входами элементов 3 И от +1)-го до к-го. Элементы 3 И и элемент 4 ИЛИ предназначены для формирования совместно с датчиками 2 и сумматором 7 вероятности прохождения импульсов генератора 1 на выход устройства, Выходы элементов 3 И соединены со входами элемента 4 ИЛИ. Выход элемента 4 ИЛИ является выходом устройства. Цифровой генератор 5 функций предназначен для хранения 55 и-разрядных приращений Щ кодов (аЯ, значения которых определяются в сумматоре 7 и с помощью которых происходит фор 4мирование требуемых вероятностей появления импульсов на выходе устройства, и для управления коммутатором 6 с помощью управляющего сигнала, поступающего с его управляющего выхода на управляющий вход коммутатора 6. В общем виде цифровой генератор 5 функций представляет собой запоминающее устройство с управляемым 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 представляет собой сумматор накапливающего типа и состоит и К разрядов, причем 1-ые выходы сумматора 7 соединены со входами )-ых элементов 3 И, а 1-ые входы - с )-ыми выходами коммутатора 6. Сумматор 7 предназначен для формирования кодов а 1 необходимых дляС)генерации, из приращенйй кодов Ь, поступающих на него с выхода цифрового генератора 5 функций через коммутатор 6. Коммутатор 6 предназначен для коммутации п информационных разрядов цифрового генератора 5 функций на старшую, от т-го до (гп+п - 1)-го разрядов (при единичном значении управляющего сигнала цифрового генератора 5 функций), или младшую, от (к - и+1)-го до К-го разрядов (при нулевом значении управляющего сигнала цифро. вого генератора 5 функций), группы сумматора 7. Разряд т определяет максимально возможное значение приращений кодов Щ на выходе цифрового генератора 5 функцйй и задается при изготовлении генератора случайного потока импульсов с учетом неравенства1 - 1 ОКаЬГ, (Ы)п 1 К - 2 п+2, (1) где К - разрядность сумматора 7;п - разрядность цифрового генератора 5функций,ЬРд ( И) - максимальное значениеприращения, по которому формируется значение кода Ь.Генератор случайного потока импульсов работает следующим образом. Датчик 2 генерирует 1, если на его пряных чисел формируют потоки импульсов сравными вероятностями появления единици нулей3Р(1) = Р(0) =,2",где Р (1) и Р(0) - вероятности появления1 и 0 соответственйона выходе )-го датчика 2.Датчик 3 генерирует 1, если на его прямом выходе присутствует высокий потенциал и наоборот, датчик 2 генерирует О,если на прямом выходе низкий потенциал,а на инверсном - высокий, Вероятность одновременного появления 1 на тех входахьПосле вычисления всех Р,% водятся вычисления положител гцений ЬР( Ы,а по ним соотв кодов 1 Ь й для каждого 1-го следующим образом.М) произных прираетствующихинтервала Вычисляется- Р", (Ь 1),где Р (Д - 3 форное по начение, вычисленмуле (2);Р ( ДМ) - пересчетное значение условной вероятности для (1-1)- 50го интервала, формула вычисления которого приведена ниже. По значениямприращениц условной вероятности ДР (Ь.) вычисляются коэффициентыЬ 1 =1.2, к)Ы (ДЮ) =,ЕЬф 2 ", (4) К - разрядность сумматора 7. 1-го элемента 3 И, к которому подключены 1 датчиков 2, равна:Р(1) = Рф(1) ПРф(0) =а.Вероятности Р (1) йри изменении 1 от 1 до К образуют двоичный ряд вероятностей Я (1) = 2", Рф(1) = 2,. Рз.(1) = 2 Рк (1) = 2 ). Кроме того, вероятности Р (1) образуют полную группу несовместных событий. Эти свойства Р (1) позволяют формировать в предлагаемом устройстве любую вероятность Рс помощью коэффициентов 1 а сумматора 7,: кР = а 2" +а 2 а 2 =Х а 2", где К - число разрядов сумматора 7; аф - принимает значения 0 или 1. Вероятность прохождения импульсов с выхода генератора 1 через элемент 4 ИЛИ на выход устройства определяется сформированой в данный момент вероятностью Р =,е а 2 .,Таким образом, меняя коэф 4 ь=1 1 фициенты 1 ана выходе сумматора 7 по определенному закону, получаем случайный поток импульсов с требуемыми параметрами. Для того, чтобы получить случайный поток импульсов с нужноч плотностью распределения Р (г) временных интервалов 7(г), необходимо заданную функцию Р,(1) разбить на Г равных интервзлов длительностью М О=1 - 1и для каждого)-го (1=1, 2 г,) интервала вычислить вероятности Р ( М) того, что произвольно выбранный в потоке временной интервал Ъ(1) будет длительностью (1 - 1) Ы (О 1 Ы30Р;( М) =у(Ца.По вычисленным Р (Ы) необходимо определить условные вероятности Р (Ь 1) того, что временной интервал У(1) окончится в 1-том интервале, при условии, что он не 35 окончился ни в одном из (1 - 1) интервалов:Р (т) = Р(ц) ИПо вычисленным коэффициентамЬДопределяется усеченный код (ЬЯ, состоящий из и разрядов (п-разрядность цифрового генератора 5 функций). При этом возможны три варианта:Ьф у= 0 для Ю; (гп, где гп - старшийразряд старшей и разрядной группы сумматора 7, определяющий максимально допустимое значение Ю ( Ы) и определяемый из неравегтва (1). В этом случае приращение ЬР (Дг) превышает предельно допустимое и необходимо разбиение функции1Р (Ц на большее количество интервалов.мЬ0 для гпк - и+1). В,этомслучае ггроизводится урезание кода Я до кода Ь по фор,мулеУправляющему сигналу Ь цифрового генератора 5 функций при этом присваивается код 1;.Ъ =,0 пои 1 к - п+1. При этомь +К-Ка разряду Ь ф цифрового генератора функций присваивается код 0.Определяется пересчетное значение Р (4 ю по формулеР (61) = Р (6 +6 Р (М) Р (61)+-(к-ъп)ьз -г(м)Вычисленные коэффициенты (Ь 1 (1= Ои; 1=1 ь) вводятся в память цифровогогенератора 5 функций таким образом, чтоЬф вводится в первый адрес, а (У, вводится в)-ный адрес. По определенной команде производится начальная установка устройства: сумматор 7 сбрасывается в 0, генератор 5 функций настраивается на начальный адрес. Далее на выходе цифрового генератора 5 функций в определенные моментывремени г= 1 1 М появляются коды Ъ;фаз3Х (1 = 1е), которые формируют требуемые прирашения ЬР ( Ы) условных вероятностей ф (А 1). Под действием сигналов Ь.коммутатор 6 в моменты времени )Ы производит коммутацию кодовЬф (1 = 1и)на соответствующие старшую или младшуюгруппы сумматора 7. При этом возможныдва варианта,При единичном значении сигнала Ь коммутатор 6 коммутирует п-разрядный информационный выход цифрового генератора 5функций на старшую, от гп-го до (гп + и - 1)го разрядов, группу сумматора 7. При этомк содержимому сумматора 7 А образован.(ному из хранящихся в нем кодов ( априбавляется значение Х, образованное кодами х;ф, 1 = 1,К которые в свою очередь,являются выходами коммутатора 6, причемх = 0 для Ч;= (гп+ и),".,Ки.для У = 1(т - и);хф = М для Ч - 1;,и:х;ф . - , 830357При нулевом значении сигнала Ь коммутатор 6 коммутирует и-разрядный информационный выход цифрового генератора 5 функций на младшую, то (к + 1 - п)-го до к-го разрядов, группу сумматора 7. При этом содержимому сумматора 7. При этом к сок содержимому сумматора 7 А прибавляется значение Х, образовайное кодами Х, 1=,1 К, причемХ,= 0 для. М; = 1 (к - п);, Сформированные в сумматоре 7 коды аф (1=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, вероятность появления которого определяется кодом(аЯ. При появлении на выходе устройства импульса, что свидетельствует об окончании генерации очередного случайного интервала времени, производится сброс устройства в исходное состояние этим же сигналом, поступающим с выхода устройства на вход цифрового генератора 5 функций и процесс работы устройства снова повторяется,Введение в генератор случайного потока импульсов дополнительного К-разрядного. сумматора, использование цифрового генератора.5 функций,для хранения приращений (Ьф; кодов (аф и разделение приращений кодов на группы малых и больших значений позволяет повысить точность воспроизведения случайного потока импульсов с требуемыми параметрами без увеличения, а при бР" (5-ьб уменьшении объема па. мяти Пифроаого генератора 5 фунииия. При этом значительно упропуаетея работа с генератором, так как отпадает предварительная настройка коммутатора, проводимая в известном устройстве, сокращается количество аппаратуры, связанное с уменьшением числа входов всех элементов И и с уп-.рощением схемы коммутатора.формула изобретенияГенератор случайного потока импульсов, содержащий генератор импульсов, коммутатор, К датчиков равномерных двоичныхслучайных чисел, К элементов И, выходыкоторых . соединены со входами элементаИЛИ, выход которого является выходом генератора случайного потока импульсов, цифровой генератор функций, вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, первыевходы элементов И соединены с выход л1 генератора импульсов, вторые входы элементов И соединены с единичными выходамидатчиков равномерных двоичных случайныхчисел соответственно, а инверсные выходыкаждого )-го датчика равномерных двоичных случайных чисел соединены с соответствующими входами элементов И от (1+1)-годо К-го, отличающийся тем, что, с цельюповышения точности, он дополнительно содержит К-разрядный сумматор, выходы которого соединены с третьими входами соот 25 ветствующих элементов И, а входы - ссоответствующими выходами коммутатора,п информационных и управляющий входыкоторого соединены с и информационнымии управляющим выходами цифрового гене 3 Ратора Функций соответственно,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР504196, кл. С 06 Г 1/02, 1974.з 2. Авторское свидетельство СССР531653, кл. б 06 Г 15/36, 1975.3. Авторское свидетельство СССР по заявке2515629/18-24, кл. б 07 С 15/00,1977 (прототип).4/5ктная, 4 ИИПИ Гос по делам 5, Москва ППП ПатСоставитель А. КарасоТехред А. БойкасТираж 745дарственного комитета Сизобретений и открытийЖ - 35, Раушская наб.,нт г Ужгород ул Про Корректор В. БутягаПодписноеСР