Устройство для моделирования случайных блужданий

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветсиикСоциалистическихРеспублик и 999063(51)Л%. Кл. с присоединением заявки,1 те 6 06 Г 15/36 Геауаеретееккый кемктет ССФР ве аеяем кэееретеккй и еткумтнВДата опубликования описания 23.02.83 72) Автор. изобретения.Бабордин Институт проблем моделирования в энергетАН Украинской ССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕДИРОВАН СЛУЧАЙНЫХ БЛУЖДАНИЙиспол практ ;зован .евых должн регис го бы ных краслучае ие.общеНаиболее близким к изобретению является вероятностное вычислительноеустройство для решения трехмерныхкраевых задач, которое характеризуется наличием генератора "белогошума" с тремя некоррелированнымиканалами, блока моделирования изотропного вектора, блока вычисления коррдинат и блока задания конфигурацииобласти, связанных с цифровым вычислителем.Блок задания конфигурации области 2 о устройства содержит несколько суммирующе-вычитающих усилителей, объединенных по соответствующим входам,и связанную с их выходами схему выделения минимума, выход которой Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано как специализированное вычислительное устройство; работающее совместно с ЦВМ, для решения задач математической физики методом Монте-Карло.Известно устройство, предназначенное для использования в универ- сальных и специализированных вычислительных устройствах, в котором координаты граничных точек двумерной области заносятся в регистр, а поло жение "блуждающей точки" внутри об,ласти определяется двоичным кодом, вырабатываемым датчиком равномерно . распределенных случайных чисел, исодержимым регистра радиуса 1 1.Недостатками этого устройства являются низкая точность, обусловленная заменой окружности ограниченным набором узловых точек сетки, из которых лишь малая часть принадлежит окружности, и значительные ческие трудности. его я при решении трехме адач, так как в этом произойти резкое ув ровой памяти и сниже тродействия.3 09906связан с входом блока вычислен%якгорвинат,апек вычисления координат содерчт три умножитепя и три идентичныезамкнутые цепи, включающие в себяасумматоры, ключи и модули аналого"цой памяти связанные с входами блока задания конфигурации области.Блок моделирования изотропноговектора, входы которого соединены с щвыходами генератора "белого шума",содержит три паоаллельные цепочкипоследовательно включенных интегра "торов и умножителей, выходы котооь х подключены к входам сумматора, а также компараторов иР 5-триггер. Входы этого . блока соенинены с входами блока вычислениякоординат2.. МОднако известное устройство имеетниз,ую точность результатов, обусловленную значительным отклонением реализуемой им случайной траектории отидеальной, что вызвано высокой приборной погрешностью выполнения операций умножения, интегрирования ихранения в блоке моделирования изотропного вектора, а также блока вы=,числения координат, низкое быстро 39действие, вызванное ограниченностьюпопосы прапускания интеграторовблока моделирования изотропного вектора и частоты срабатывания аналоговых ключей блока вычисления координат. Кроме того, оно обладает нестабильностью времени выдачи результатов на каждом шаге случайной траектории, обусловленную реализующимсяспособом выбора случайного направления, которая приводит к усложнениюуправления работой устройства.Цегью изобоетения является повышение быстродействия и точности.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройстве, содержащемгенератор случайных чисел, первый,второй и третий блоки умножения,выходы которых связаны с первыми входами соответственно первого, второго,и третьего сумматоров, три элемента И, выходы которых подключены кпервым входам соответственно первого,второго и третьего блоков памяти,а выходы первого и третьего блоковпамяти соединены с вторыми входами 55соответствующих сумматор в, блок задания конфигурации области, первый выход которого подключен к первому входу блока управления, а перый выходблока управления соединен с первымвходом ключа, аналого-цифровой преобразователь, введены четвертый, пятый ишестой блокипамяти,три цифро-аналоговых преобразователя, четвертыйблок умножения причем входы четвертого, пятого и шестого блоков памятии первый вход третьего блока умножения соединены с соответствующими выходами генератора случайных чисел, авыходы четвертого, пятого и шестогоблоков памяти подключены соответствен .но к первым входам первого, второгои четвертого блоков умножения, выходчетвертого блока умножения подключенк вторым входам первого и второгоблоков умножения, выходы первого,второго и третьего блоков памяти черезцифро-аналоговые преобразователи подключены и соответствующим входам блока задания конфигурации области, вто-.рой выход которого соединен с первымвходом аналого-цифрового преобразователя, а выход аналого-цифрового пре"образователя подключен к вторым вхо"дам третьего и четвертого блоковумножения, второй, третий, четвертый,пятый, шестой и седьмой выходы блокауправления соединены соответственно с вторымвходом аналого-цифрового преобразователя, с первым входомгенератора случайных чисел, с третьимвходом четвертого блока умножения,с третьими входами первого, второготретьего блоков умножения, с четвертыми входами трех сумматоров, спятыми входами трех сумматоров, вторым входом блока управления являетсяуправляющий вход устройства,Кроме то о, блок управления содержит Р 5-триггер, генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик, дешифратор, элемент И, причем выход триггера подключен к первому входу элемента И, а второй вход соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход элемента И подключен через двоичный счетчик к входу дешифратора, первым и вторым входами блока управления являются первый и второй управляющие входы Р 5-триггера, первым, вторым, третьим, четвертым пятым, шестым и седьмым выходами блока управления являются соответственно первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы дешифратора.999063 5На фиг. 1 приведена блок-схемаустройства для моделирования случайных блужданий; на .Фиг.2 - схемаблока управления,Устройство для моделирования слу.чайных блужданий содержит генератор1 случайных чисел, блоки 2-ч памяти,блоки 5-8 умножения, три сумматора9- 11, блоки 12-11 памяти, три цифроаналоговых преобразователя 15-,17,блок 18 задания конфигурации области,аналого-циФровой преобразователь 19,блок 20 управления, инфдрмационныевходы 21-23, выходы 2-26, сигнальный выход 27. Блок 18 задания конфигурации области содержите суммиру.юще-вычитающих усилителей 28, а такжесхему 29 выделения минимальной сос тавляющей из нескольких входных переменных и компаратор 30,выходы которыхявляются соответственно первым и вторьм выходами блока 18. Генератор 1случайных чисел имеет первый и второйР-разрядные выходы 31 и 32 и третий,четвертый, пятый одноразрядные выходы 2533, 3 ч и 35 Управляющим входом блока 20 является вход 36. Блок 20 управления содержит элемент И Я 7,генератор 38 тактовых импульсовдвоичный счетчик 39, дешиФратор ч 0, 5 ОЮ-триггер 1 1.Работа устройства состоит в построении случайных траекторий в про:-.цессе решения краевых задач методомМонте-Карло. Случайные траектории ,55долины начинаться в той точке области, в которой ищется решение задаци,Причем сама оценка решения зависитот координат точек выхода этих траекторий на границу области, Время 46получения результата существенно за- .висит от скорости моделированиятраекторий. Координаты точек моделируемых траекторий вычисляются поформуле 45 Величина соз ,равномерно распре-.деленная в интервале (-1, 1) статистически эквивалентна величине 56 Е 1 Р , Ю Траектории обрываются в-окрест. 55 ности границы и координаты точки обрыва используются для вычисления оценки решения задачР =Р+ид(Р); 1=1" -(1) г "е 0) ) - последовательность единицных изотропных ( равновероятных) векторов;дЫ - минимальное расстояние отточки Р до границы области. 4Для вычисления координат точекпоследовательности1) используемсоотношения Х. =Х 6(Р )УиФсОЭЧ;; =6 (Р ) Ми Ч"чи 9;Х. =2.д(Р 1 СОЭ Ф,Р) в которых значения углови ф являются случайными величинами, причем угол, равномерно распределенный в интервале (0,Щ, определяется по Формуле= %с,где о - равномерно распределеннаяв интервале ( 0,1 ) случайнаявеличина. Закон распределения величиныфб ( 0,7 С) определяется соотношениемсо ф= 1-2,где- равномерно распределеннаяв интервале ( 0,1) случайнаявеличина,Для вычисления значений з 1 п ф,созч используют табличный способ,Интервал (0, 1) разбивают на И=2,частей и составляют таблицы значений функций 51 п (Ф О 2), сов (2) вточках Я, =(23-1)/2 М; 3 с=1 Н, ко.торые зайисывают в блоки постояннойпамяти. Для получения случайных,величин зп 9, созЩ берут -разрядноеслучайное число и, использовав его вкачестве адресов выборки для обоих "блоков постоянной памяти, считают значения из соответствующих ячеек. Используют для записи таблиц з 1 п , ЖЮ 2),соз Ф 2) блоки 2 и 3 постоянной памяти, адреса считывания из которых8.4.определяются кодом разрядов выхода31 блока 1.где- равномерно распределенная винтервале .(0,1) случайная ве.личина;ы дт 1- знак, принимающий с одина.ковой вероятностью значения "+" или "-",999063 9полосы, в которой траектории обрываются,В момент времени й на трактирующий вход С, аналого-цифрового преобразователя 19 поступает управляющийимпульс С с блока 20 управления, который инйциирует его работу.В момент времени т на тактирующиевходы триггеров генератора 1 слуцай ных чисел поступает управляющий им:,пульс С. По нему на выходах 31-35генератора вырабатываются соответственно два 9 -разрядных случайныхчисла и три одйоразряднйх случайныхчисла. Р-разрядные случайные числа, 1.поступая на адресные входы блоков 2-4 памяти, вызывают появлениена информационных выходах этих блоковкодов значений /соз 9/, з 1 п 1/, .зп Ч,которые поступают на первые входы 20блоков 5,6.и 8 умножения, На первыйвход блока 7 умножения поступает код,образующийся на .выходе 32 генератора1 случайных чисел.В момент времени Сна тактирующие 2входы регистров первого и второгосомножителей блока 8 умножения посту.пает сигнал С. Код произведенияд(Р) з 1 п Ч поступает на вторые входыблоков 5 и 6 умножения. 39В момент врсменина тактирующиевходы регистров сомножителей блоков5-7 умножения поступает сигнал С 1 Врезультате на выходах этих блоковобразуются коды произведенийс 3(Р)ьэч(сом),Й(Роями% Ь 1 М),д(ро)сова.В момент времени с на тактирующиевходы регистров слагаемых сумматоров 9-11 поступает сигнал С. Приэтом в знаковый разряд регистров,в которые записываются приращения( 7) поступающие по первым входамсумматоров, записываются одноразряд-.ные коды с выходов 33-35 генератора1 случайных чисел.Сигнал С инициирует начало выполнения операции суммирования вблоках 9-11, на выходах которыхобразуются коды координат тоцки Р,По сигналу С начинается новыйшаг траектории: Р - Р В регистрыблоков 12-14 памяти переписываютсяиз регистров сумматоров 9-11 кодыИкоординат точки Р 1 . На выходе блока29 образуется напряжение д(Р ), поступающее на вход аналого-цифровогспреобразователя и т.д. 10На каждом шаге напряжение д(Р) сравнивается с помощью компаратора 30 с Е., Прид(Р)б. на выходе 27 устройства появляется логическая единица, сигнализирующая об обрыве траектории, В этот момент коды на выходах 24-26, соответствующие коор динатам точки обрыва траектории поступают в у=тройство, производящее соответствующие вычислейия, например универсальную ЦВИ. На вход а блока управления поступа-. -.;.т логическая единица, переводящая ВБ-триггер 4 1: в нулевое сос тояние. Возникающий на его выходе логический нуль запирает вход двоиц" ного сцетч,а 39 Траектория закончена, Моделирование следующей траектории начин-",ется с поступления сигнала на вход 36 и повторяется описанная последовательность операций,Введение новых блоков и связей между ними позволило повысить точ" ность и быстродействие устройства. Формула изобретения 1, Устройство для моделирования случайных блужданий, содержащее генератор случайных чисел, первый, вто" рой и третий блоки умножения, вы" ходы которых связаны с первыми входами соответственно первого, второго и третьего сумматоров, три элемента И, выходы которых подклюцены к первым входам соответственно первого, второго и третьего блоков памяти, а выходы первого и третьего блоков памяти соединены с вторыми входами соответствующих сумматоров, блок задания конфигурации области, первый выход которого подключен к первому входу блока управления, а первый выход блока управления соединен с первым входом ключа, аналого-цифровой преобразователь, о т л и ч а ющ е е с я тем, что,с целью повышения быстродействия и точности, в него введены четвертый, пятый и шестой блоки памяти, три цифро-аналоговых преобразователя, четвертый блок умно. жения, причем входы четвертого, пято. го и шестого блоков памяти и первый вход третьего блока умножения соединены с соответствующими выходами генератора случайных чисел, а выходы четвертого, пятого и шестого блоков памяти подключены соответственно99906 11к первым входам первого, второго и четвертого блоков умножения, выход четвертого блока умножения подключен к вторым входам первого и второго блоков умножения, выходы з первого, второго и третьей блоков памяти через цифро-аналоговые преобразователи подключены к соответствующим входам блока задания конфигурации области, второй выход которого 1 О соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, а выход аналого-цифрового преобразователя под-., ключен к вторым входам третьего и четвертого блоков умножения, второй, .1 третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы блока управления соединены соответственно с вторым входом аналого-цифрового преобразователя, с первым входом генера О тора случайных чисел, с третьим входом четвертого блока умножения, с третьими входами первого, второго и третьего блоков умножения, с четвертыми входами трех сумматоров, с пя тыми входами трех сумматоров, вторым входом блока управления является 12управляющий вход устройства,2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит Й 5-триггер, генератор тактовых импульсов, двоичныйсчетчик, дешифратор, элемент И, причем выход триггера подключен к первому входу элемента И, а второй входсоединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход элемента Иподключен через двоичный счетчик квходу дешифратора, первым и вторымвходами блока управления являютсяпервый и второй управляющие входыР 5-триггера, первым, вторым, третьим,четвертым, пятым, шестым и седьмымвыходами блока управления являютсясоответственно первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьм ой выходы дешифратора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРй 38305 Й, кл, 6 06 Е 15/32, 19702. Авторское свидетельство СССРИф 767785, кл, С 06 С 7 / йО 19 ЦО.Составитель А.Ивануа Техред И. Гергель Корректор М.Бар актор Л.Фили исное СССР ытий 5 наб.,илиал ППП "Патент", г. Ужгор ектная, 1 каз 11,58/73 Тираж 70 ч ВНИИПИ Государственного комите по делам изобретений и о 113035, Москва, Ж, Раушская