Генератор случайного процесса

Сфез СфветсиикСфциалистичесиикРеспублик Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТО РСКЬМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п,826346(и)м. кл. 6 06 Г 7/58 6 07 С 15/00 ГОвударстванньй квмнтат СССР ав двлам наавретанн и аткрытн) Заявител нскии радиотехнический нн(5 т) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА Недостаток этоготоит в том, что он нератора еос"кже не позволя Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении моделирующейаппаратуры для исследования и оптимизации сложных систем.Известен генератор случайных импульсов, в котором преобразуютсяслучайные импульсные потоки с известными вероятностными характеристикамив случайные импульсные последовательности с требуемыми распределениямипараметров импульсного потока. Этотгенератор содержит датчики пуассоновских случайных импульсных потоков,блоки проведения случайных испытаний,блоки анализа результата случайныхиспытаний, блоки преобразования случайных величин в случайные числа илив случайные значения параметров импульсных потоков 11.Недостаток этого генератора состоит в том, что он не позволяет форми"ровать марковские и полумарковскиепроцессы,Наиболее близким к предлагаемомуявляется генератор случайного процесса, содержащий последовательно соединенные блок ввода, выполненный на датчиках потоков случайных импульсов с регулируемыми интенсивностями, блок схем совпадения, схему блокировки, выход которой подключен к общему входу блока схем совпадения, Генератор формирует случайные события в результате случайных испытаний, заключающихся в одновременном отпирании по общему входу блока схем совпадения и установки в регистре кода, соответствующего номеру схемы совпадения, через которую прошел первый с мо" мента начала испытания импульс датчиков блока ввода. Генератор импульсов и счетчик преобразуют полученное случайное число в случайный временной интервал 2.3 8263 ет генерировать марковские и полумарковские процессы.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет формирования марковских и полумарковских случайных процессов.Поставленная цель достигается тем, чтО генератор случайного процесса, содержащий группу генераторов случайных импульсов, выходы которых 10 соединены с первыми входами элементов И группы соответственно, выходы которых соединены со входами элемента ИЛИ и со входами шифратора соответственно, выходы которого соедине ны со входами первого регистра памяти соответственно, выходы которого соединены сразрядными входами счетчика соответственно, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход счетчика соединен с его входом "Сброс", введены второй и третий регистры памяти и блок управления, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами элемента ИЛИ и счетчика, первый выход блока управления соединен со вторыми входами элементов И группы, а второй выход блока управления соединен с первыми входами генераторов случайных импульсов группы и с управляющими входами первого и второго регистров памяти, выходы шифратора соединены со входами второго регистра памяти соответственно, выходы которого соедине- з 5 ны со вторыми входами генераторов случайных импульсов группы и со входами третьего регистра памяти соответственно, управляющий вход которого соединен с выходом счетчика а выходы тре тьего регистра памяти являются выходами генератора. 46 4мент задержки, первый и.второй элементы И, первые входы которых объединены и являются первым входом блока, вторым входом которого является единичный вход первого триггера, единичный выход которого соединен со вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с единичным входом второго триггера, единичный выход которого является 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 является вторым выходом блока, а нулевой выход первого триггера соединен с нулевым входом второго триггера.На фиг. 1 приведена структурная схема генератора случайного процесса; на фиг. 2 - структурная схема генератора случайных импульсов; на фиг, 3 - временная диаграмма работы блока управления; на фиг. 4 - функциональная схема одного из возможных вариантов построения блока управления.Генератор случайного процесса содержит блок 1 ввода, группу 2 элементов И, шифратор 3, первый регистр 4 памяти, счетчик 5, генератор 6 импульсов блок 7 управления, элемент ИЛИ 8, второй регистр 9 памяти, третий регистр 10 памяти. Блок 1 ввода выполнен на генераторах 11 случайных импульсов, каждый из которых содержит первый блок 12 памяти, второй блок 13 памяти, коммутатор 14, управляемый датчик 15 случайных сигналов. Блок 7 управления содержит первый триггер 16, второй триггер 17, элементы И 18 и 19, элемент 20 задерж- киеКроме того, каждый генераторслучайных импульсов содержит управляющий датчик случайного сигнала,коммутатор, первый и второй блок памяти, адресные входы которых объединены и являются первыми входами генератора, выходы блоков памяти подключены ко входам коммутатора соответственно, управляющий вход которого является вторым входом генератора,выход коммутатора соединен со входомуправляемого датчика случайного сигнала выход которого является выходом генератора,Кроме того, блок управления содержит первый н второй триггеры, элеПоследовательно соединенные блок , 1 ввода, группа 2 элементов И, шифратор 3, первый .регистр 4 памяти, второй регистр 9 памяти, элемент ИЛИ 8 проводят и регистрируют случайные испытания. Структура случайного испытания в предлагаемом генераторе ие отличается от структуры испытаний в известном и заключается в одновременномотпирании группы 2 с последующей фиксацией в первом регистре 4 или вовтором регистре 9 номера элементаИ группы 2, через который с момента5 82634начала испытания проходит первый им-,пульс блока ввода,Для моделирования очередного состояния процесса и интервала междуэтим состоянием н последующим в предлагаемом генераторе разыгрываетсядва случайных испытания. Результатомпервого (фиг. 3 а) является случайное число, являющееся очередным состоянием процесса, которое при нуле,вом сигнале на первом выходе блока7 заносится во второй регистр 9. Случайное число, формируемое в реэульта"те второго испытания (фиг. 3. б) приединичном сигнале на первом выходе Иблоказаносится в первый регистри впоследствии преобразуется генератором 6 и счетчиком 5 в случайныйвременной интервал, определяющийвремя перехода в следующее состояние. щБлок 7 управления вырабатываетсигналы в соответствии с временнойдиаграммой (фиг, 3).В момент времени й возникает сигнал переполнения счетчика 5. который Ипоступает на второй вход блока 7 иустанавливает в единичное состояниетриггер 16, .На втором выходе блока7 вырабатывается сигнал, который открывает элементы И группы 2 и темсамым разрешает случайные испытания.В момент времени С оканчивается аер 2вое случайное испытание, на первомвходе блока 7 возникает импульс, kокоторому устанавливается в единичноесостояние трнгер 17, на первом выходе блока 7 вырабатывается единичньйсигнал, Длительность задержки элемента 20 выбрана несколько больше длительности импульса на первом входе 4 Еблока 7, поэтому триггер 6 в этомслучае состояния не изменяет. В момент времени С оканчивается второеслучайное испытание, на первом входеблока 7 возникает импульс, по которому сбрасывается триггер 16а следовательно, н триггер 7, На первомн втором выходах блока 7 устанавливаются нулевые сигналы,ЗОРегистры 4, 9 и О имеют информационные входы приема информации и управляющие входы разрешения приема информации, причем регистры 4 и 10 имеют прямые управляющие входы, а регистр 9 - инверсный управляющий вход.В качестве счетчика 5 используют" ся счетчик, позволяющий организовать б бпараллельный прием кода по импульсупереполнения, вырабатываемому самимже счетчиком 5 под действием импульсов, поступающих на его счетный входс выхода генератора 6,Группа 2 элементов И выполненана двухвходовых элементах И, первыевходы которых подключены к входамгруппы 2, а вторые входы объединеныи соединены с управляющим входомгруппы 2. Управляемый датчик 15 случайных сигналов формирует ноток случайных импульсов интенсивность которого Л1, и, п -число датчиков 15, определяе 1 ся цифровым кодом,поступающим на его вход. Остальныеузды устройства - типовые элементывычислительной техники соответствующего назначения,Устройство работает следующим образомПусть необходимо настроить генератор на .моделирование полумарковского процесса, имеющего конечноемножество из и состояний.В блоки 13 аамяти записываютсяэиачения вероятностей перехода Ретахастнческой матрицы процессаПР"1щ 1, и. Причем прн записи зна"чениеопределяет номер генератора11, которому принадлежит блок 13 памяти, а значениеадресует определенную ячейку в выбранном блоке Эпамяти. Следовательно, при возникновении кодана адресном входе блока1 ввода из блоков 3 памяти считываются коды вероятностей Р " , соответствующие 1-ой строке матрицы П. Принулевом сигнале иа входе блока 1 ввода коды Р 1, через коммутатор 14 поступают на входы соответствующихдатчиков 15, в результате чего интенсивностислучайных потоков на выходах генераторов 11 задаются как Таким образом, вероятность Р того, что в результате случайного исkытания во втором регистре 9 установится значениеопределяется значениемвроятности перехода.О,Для моделирования нолумарковского случайного процесса необходимо, чтобы любое 1-ое состояние процесса, возникшее случайным образом, однозначно определяло закон распределе- т7 82 ния интервала времени, через который система переходит в некоторое следу-, ющее состояние, Для этого в каждый блок 12 памяти записывается соответствующий столбец матрицы Й,В =Я ; каждая 1-ая строка которой содержит вероятности о,= 1, и равные значениям требуемой функции плотности распределения времени нахождения процесса в состоянии в и равноотстоящих точках квантования. При считывании из блоков 12 содержимого ячеек с адресомв случае единичного сигнала на управляющих входах коммутаторов 14 датчики 15 настраиваются на формирование потоков с интенсивностямиИА 3 %3 Е ЛЧ К: Тем самым в результате случайногоиспытания в регистре 4 устанавливается на случайное число, функцияраспределения которого определяетсястрокой",= 1, п,Для формирования случайного интервала в устройстве применяютсягенератор 6 импульсов и счетчик 5,которые преобразуют случайное число,записанное в регистр 4, в случайныйвременной интервал.Рассмотрим работу генератора на.чиная с момента, когда на выходесчетчика 5 появляется импульс переполнения. По этому импульсу содержимое регистра 4 переписывается в счетчик 5, содержимое регистра 9 в регистр 10. Блок 7 вырабатывает напервом выходе нулевой сигнал (фиг. 3,а) разрешающий прием информации врегистр 9, подключение коммутатором14 считанных иэ блоков 13 памяти кодов переходных вероятностей на входы датчиков 15, и следовательно, установку требуемых интенсивностей потоков на их выходах,На втором выходе блока 7 вырабатывается сигнал, который разрешает проведение случайных испытаний.Первый пришедший с момента началаиспытания импульс генераторовблока 1 ввода проходит через группу 2элементов И, шифратор 3 и устанавливает в регистре 9 код, который соответствует следующему состоянию процесса. Одновременно этот же импульс через схему ИЛИ 8 поступает на первыйвход блока 7. Блок 7 на своем первом6346 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 памяти, в результате чего интенсивности потоков на выходах датчиков 15 настраиваются в соответствии с требуемой функцией распределения нахождения процесса в состоянии где М - содержимое регистра 9. Выполняется второе случайное испытание. Случайный импульс блока 1 ввода, появившийся первым во втором случайном испытании, устанавливает в регистре 4 код временного интервала для К-го состояния и поступает через элемент ИЛИ 8 на первый вход блока 7 который прекращает случайное испытание.Импульс переполнения с выхода счетчика 5 переписывает очередное состояние .М процесса из регистра 9 в регистр 1 О и тем самым делает его текущим, а временной интервал из регистра 4 в счетчик 5. Следовательно, время, в течение которого, состояние 1 текущее, определяется начальным содержимым счетчика 5 и подчиняется заданной функции распределения,Далее цикл повторяется, блок 7 вырабатывает на первом входе нулевой сигнал и т, д.Изменением частоты генератора 6 производится требуемое масштабирование интенсивности выходного потока состояний процесса без изменения законов распределения интервалов между состояниями.Предлагаемый генератор случайного процесса может использоваться как самостоятельное устройство для формирования случайного процесса. Однако наиболее эффективно его применение совместно с управляющей ЭЦВИ или машиной общего назначения, что дает возможность разгрузить ЭЦВИ от достаточно трудоемкой программной имита" ции случайных процессов, а формирование их возложить на предлагаемый генератор. Это повышает производительность системыпри решении задач статистического моделирования, автоматизирует процесс управления генератором.Анализ показует, что предлагаемый генератор случайного процесса обладает максимальным быстродействием по сравнению с известным так как в стру82 формула изобретения ктуре генератора применена схема быстрого случайного испытания, наиболее эффективно используются датчикипотоков случайных импульсов блокаввода,1, Генератор случайного процесса, содержащий группу генераторов случайных импульсов, выходы которых сое-. динены 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 памяти соответственно, выходы которого соединены с разрядными входами счетчика соответственно, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход счетчика соединен с его входом "Сброс", о т л и ч а " ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей генератора за счет формирования марковских и полумарковских случайных процессов, он содержит второй и третий регистры памяти и блок управлеФ ния, первый и второй входы которого . соединены соответственно с выходами элемента ИЛИ и счетчика, первый выход блока управления соединен со вторыми входами элементов И группы, второй выход блока управления соеди" нен с первыми входами генераторов случайных импульсов группы и с уп-. равляющими входами первого и второго регистров памяти, выходы шифратора соединены со входами второго регистра памяти соответственно, выходы которого соединены со вторыми входами генераторов случайных импульсов группы и со входами третьего регистра памяти соответственно, управляющий вход которого соединен с выходом 6346 10счетчика, а выходы третьего регистра памяти являются выходами генератора.2. Генератор по п. 1, о т л и ч а 5ю щ и й с я тем что каждый генераЭтор случайных импульсов содержит уп"равляемый датчик случайного сигнала,,коммутатор, первый и второй блокипамяти, адресные входы которых объе 10 динены и являются первыми входамигенератора, выходы блоков памяти подключены.ко входам коммутатора соответственно, управляющий вход которогоявляется вторым входом генератора,выход коммутатора соединен со входомуправляемого датчика случайного сигнала, выход которого является выходом генератора.3. Генератор по и. 1, о т л и -20 ч а ю щ и й с я тем, что, блок уп"равления содержит первый и второйтриггеры, элемент задержки, первыйи второй элементы И, первые входыкоторых объединены и являются первым25 входом блока, вторым входом которогоявляется единичный вход первого триггера, единичный выход которого соеди"нен со вторым входом элемента И, выход которого соединен с единичным30 входом второго триггера, единичныйвыход которого является первым выходом блока и через элемент задержкисоединен со вторым входом первогоэлемента И, выход которого соединенЗ 5 с нулевым входом первого триггера,единичный выход которого являетсявторым выходом блока, а нулевой выходпервого триггера соединен с нулевымвходом второго триггера.40Источники ин 3 юрмации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРУ 504176, кл. С 06 Г 1/02, 1975.2, Авторское свидетельство СССРУ 344431, кл. 6 06 Г 1/02, 1971 (прототип).826346 4 Уиа Составитель А.Карасактор СЛевченко Техред А,Вабинец етни рректор Г Подписно к филиал оектная 4 Уагород,атен 56 70 Тирах 745 ВНИИПИ Государственного комит по делам изобретений и от 3035, Иосква, Ж, Раушска