Устройство для моделирования совокупности случайных событий

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТИЛЬСТВУ и.942009 Сотов СоветскикСоциелистическиаРеспублик(22)Заявлено 06,03.80 (21) 2891446/18-24с присоединением заявки,яЪ(23) Приоритет(Бг)а. Кл,Гфоударстоеей комнтет СССР ао делам взаоретеекк к открытокОпубликоваио 07 07 82 Бюллетень %25 Дата опубликования описания 07.07.82 В.Н,Жовинский, И.М,Коломенский и Э,А,Космачев(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СОВОКУПНОСТИ СЛУЧАЙНЫХ СОБЫТИЙ 1Изобретение относится к вычисли-, тельной технике в частности к специализированным вычислительным устройствам для моделирования совокупности случайных событий, и может быть использовано в исследованиях различных автоматизированных систем, например, для анализа работоспособности исследуемой системы при возникновении отказов в отдельных блоках.Известно устройство для статического моделирования сложной системы работ, содержащее генераторы случайных импульсов, блоки выделения заданного импульса, логические элементы 5 Это устройство позволяет сформировать совокупность случайных событий, имеющих распределение во времени и пространстве, обусловленное заранее установленными логическими связями 1,Однако данное устройство позволяет сформировать равномерно распределенные события, поскольку порядок по 2явления событий четко определен логическими связями устройства,Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для моделирования совокупности случайных событий,содержащее генератор случайных и генератор регулярных импульсов, двасчетчика и первый элемент И.Известное устройство формируетпоток случайных импульсов (событий)с заданной вероятностью появления. При моделировании работы исследуемых систем бывает необходимо, чтобы на интервале времени. Т, произошло и различных событий из Н возможных равномерно распределенных на этом интервале времени. Такими событиями могут быть, например, отказы блоков в моделируемой системе,В этом случае при исследовании работоспособности системы в условиях отказов за время работы модели Т должно отказать равно и блоков из М3 94возможных, при этом моменты отказовнезависимы друг от друга и равномерно распределены на интервале Т. Решить эту. задачу можно различнымиспособами, например комплексировани. ем М устройств, аналогичных известному 2 1,Однако в этом случае точностьмоделирования недостаточно высока,что обусловлено двумя требованиями:а) необходимо, цтобы за интервалТ произошло ровно и событий;б) произошедшие события должныбыть несовпадающими, которые в из".вестных устройствах не выполняются,поскольку среди произошедших событиймогут быть повторяющиеся, а вероятность того, что за время Т произойдет число событий отличное от идостаточно велика. Так вероятностьпоявления К событий (КФп) равна 2009 4 триггеров, выход четвертого элементаИ подключен ко вторым входам блоковзадания моментов времени, выход второго элемента И подключен к первым входам пятого и шестого элементов И,выход источника постоянного напряжения через замыкающую кнопку с само- возвратом подключен ко входу первого одновибратора, вход делителя частоты соединен с первым входом перво 1 О го элемента И, а выход - со вторымвходом переключателя, выход которо РД=0,712 Р=0,776 Р 1 У 0,825 Рд=0,87 БЦель изобретения - повышение точности моделирования путем формирования равномерно распределенных во времени и пространстве событий.1Указанная цель достигается тем, что в известное. устройство для моделирования совокупности случайных событий, содержащее генератор случайных импульсов и генератор регулярных импульсов, два счетчика и элемент И, введены два дешифратора, два элемента И, два элемента К, два одновибратора, блок сравнения кодов, многовходовой элемент ИЛИ, и блоков задания моментов времени, и ключей, и триггеров и блок управления, содержащий четыре элемента И, одновибратор, делитель частоты, источник постоянного на пряжения, переключатель и замыкающую кнопку с самовозвратом, при этом Первый вход переключателя является пер-. вым входом устройства, вход первого одновибратора является вторым входом устройства первый вход первого элемента И соединен с выходом,генератора регулярных импульсов, выход перво" го элемента И подключен ко входу первого счетчика, первый вход второго элемента И соединен с выходом генератора случайных импульсов, выход третьего элемента И. подключен к первым входам блоков задания моментов времени и ко входу второго одновиб, ратора, прямой выход первого одновибратора подключен к первым входам щим входам первой группы блока срарнения кодов, выходы второго дешифратора подключены ко вторым входам соответствующих триггеров, выходы которых соединены с соответствующими входами второй группы блока сравнения кодов, выход которого подключен ко входу третьего одновибратора, выход которого соединен со вторым входом пятого элемента И и через второй элемент НЕ с третьим входом седьмого элемента И, выход которого подключен к управляющему входу второго дешифратора, выходы триггеров являются выходами устройства,Блок задания моментов времени мо 45 50 55 жет содержать электронный ключ, счетчик и многовходовой элемент И, при го подключен к первому входу третьего элемента И, первый вход второгоэлемента И соединен с первым входомчетвертого элемента И прямой выходпервого одновибратора подключен квторым входам первого и четвертогоэлементов И,. а инверсный выход ковходам второго и третьего элементовИ соответственно, разрядные выходы.первого счетчика соединены с соответствующими входами первого дешифратора, выходы которого соответственно подключены к третьим входамблоков заданий, моментов времени,выход каждого из которых через соответствующий ключ подключен к соответствующему входу многовходового ЗОэлемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом седьмого элемента И, выход второго одновибратораподключен ко второму входу седьмогоэлемента И через первый элемент НЕи ко второму входу шестого элементаИ, выход которого подключен к первому входу второго счетчика, второйвход которого соединен с выходом пятого элемента И, а разрядные выходыподключены к соответствующим входам 40второго дешифратора и соответствую5 942009 б этом первым входом задающего блока второму входу седьмого элемента И 8 является первый вход счетчика, вторым через первый элемент НЕ 15 и ко вто- и третьим - соответственно информаци- рому входу шестого элемента И 9, вы". онный и управляющий входы электронно- ход которого подключен к первому го ключа, а выходом - выход многовхо- з входу второго счетчика 6, второй вход дового элемента И, выход электронно- которого соединен с выходом пятого го ключа соединен со вторым входом 10 элемента И, а разрядные выходы подсчетчика, разрядные выходы которого ключены к соответствующим входам втбподключены к соответствующим входам рого дешифратора 7 и соответствующим .10 входам первой группы блока 14 сравнеНа фиг,1 изображена блок-схема ния кодов, выходы второго дешифратора предлагаемого устройства; на фиг.2 - 7 подключены ко вторым входам соот блок-схема задания моментов времени. ветствующих триггеров 13, выходы коУстройство содержит генератор 1 слу- торых соединены с соответствующими чайныхимпульсов,генератор 2 регулярных 15 входами второй группы блока 14 срав" импульсов, блок 3 управления, первый нения кодов, выход которого подклю" счетчик 4,первый дешифратор 5,второй чен ко входу третьего одновибратора счетчик б,второй дешифратор 7,седьмой 12, выход которого соединен со вто-,шестой 9 и пятый 10 элементы И, вто- рым входом пятого элемента И 10 и черой 11 и третий 12 одновибраторы, 20 рез второй, элемент НЕ 16 с третьим триггеры 13, блок 14 сравнения кодов, входом седьмого элемента И 8; выход первый 15 и второй 16 элементы НЕ, , которого подключен к управляющему многовходовой элемент ИЛИ 17, ключи входу второго дешифратора 7 выходы 18, блоки 19 задания моментов време- триггеров 13 являются выходами устни, Блок 19 задания моментов времени 25 ройства..содержит многовходовой элемент И 20 В блоке 19 первым входом является ,счетчик 21, электронный ключ 22,Блок первый вход счетчика 21, вторым и 3 управления содержит первый 23, третьим - соответственно информацитретий 24, четвертый 25 и второй 26 онный и управляющий входы электрон- элементы И, источник 27 постоянного ЗО ного ключа 22, а выходом - выход мнонапряжения, первый одновибратор 28, говходового элемента И 20, выход переключатель 29, делитель 30 часто- электронного ключа 22 соединен со ты и замыкающую кнопку 31 с самовоз- вторым входом счетчика 21, разрядные вратом, при этом первый и второй вхо- выходы которого подключены к соответды блока 3 управления являются соот- З ствующим входам многовходового элеменветствующими входами устройства, а та И 20третий и четвертый входы соединены В блоке 3 управления первым вхосоответственно с выходами генератора дом является первый вход переключа регулярных импульсови генератора теля 29, вторым - вход одновибратораслучайных импульсов, первый выход 4 ф 28, третьим и четвертым - первые блока 3 управления подключен ко вхо- входы первого 23 и второго 26 элеменду первого счетчика 4, второй выход - тов И, первым выходом - выход перво" к первым входам блоков 19 и ко входу го элемента И 23, вторым - выход тревторого одновибратора 11, третий вы- тьего элемента И 24, третьим - выход ход - к первым входам триггеров 13,первого одновибратора 28, четвертым четвертый выход - ко вторым входам и пятым - выходы четвертого 25 и блоков 19, а пятый выход - к первым второго 26 элементов И соответствен" входам шестого 9 и пятого 10 элемен- но, выход источника 27 постоянного тов И, разрядные выходы первого счет- напряжения через замыкающую кнопку чика 4 соединены с соответствующими в с самовозвратом подключен ко входу входами первого дешифратора 5, выходы первого одновибратора 28, вход дели" которого соответственно подключены к теля 30 частоты соединен с первым третьим входам блоков 19, выход каж- входом первого элемента И 23, а выдого из которых через соответствующий ход " со вторым входом переключателя ключ 18 подключен к соответствующему 29,выход которого подключен к перво- входу многовходового элемента ИЛИ 17, му входу третьего 24 элемента И, выход которого соединен с первым вхо- первый вход второго элемента И 26 дом седьмого элемента И 8, выход вто- соединен с первым входом четвертого рого одновибратора 11 подключен коэлемента И 25, прямой выход первого7 . 91120 одновибратора 28 йодключен к вторым входам первого 23 и четвертого 25 элементов И, а инверсный. выход - ко вторым входам второго 26 и третьего 24 элементов И соответственно.5Предлагаемое устройство имеет два режима работы - нПодготовка" и "Работа"., задаваемые блоком 3 управления. В режиме "Подготовка" в блоках 19 Формируются коды, соответст О вующие моментам времени, в которые должны произойти моделируемые событияПо окончании подготовки блок 3 управления переводит устройство в режим "Работа". В моменты времени, 5 соответствующие сформированным на этапе подготовки кодам, происходит генерирование случайных событий.- При этом в каждый момент времени генерируется одно событие. Если 20 зто событие совпадает с событием, произошедшим ранее, происходит генерирование нового события, отличного от уже произошедших, Число возможных. событий, определяется числом 25 выходных триггеров 13, а число событий, которое должно произойти за время Т - числом блоков 19, подключенных через ключи .18 к многовходовому элементу ИЛИ 17, ЗОВ режиме "Подготовка" блок 3 управления соединяет выход генератора регулярных импульсов 2 с первым выходом блока 3 управления, выход генератора 1 случайных импульсов - с четвертым выходом, на третьем выходе Формируется единичный, а на втором и пятом выходах нулевой сигнал, В этом положении единичный .сигнал с третьего выхода блока 3 управления поступает на первые входы триггеров 13 и устанавливает их в исходное ну:левое положение. Регулярные импульсы с генератора 2 через блок 3 управления поступают на вход первого счет, чика 1, Соединение разрядных выходов первого счетчика 4 с соответствующими входами первого дешифратора 5 обеспечивает яа выходах последнего "Бегущую" единицу, которая, поступая на третий вход соответствующего бло- ка 19, открывает его, при этом сигналы генератора случайных импульсовпоступают с четвертого выхода блока 3 управления на вторые входы бло 55ков 19При наличии открывающей едйницы на третьем входе блока 19 подсчитыва 09ется число импульсов, поступающих наего второй вход, посредством чего вблоке 19 Формируется случайная величина, соответствующая времени возникновения события. Частота следованиярегулярных импульсов и интенсивностьпотока случайных импульсов генераторов выбираются такими, чтобы за время между двумя регулярными импульсамисформировалось достаточное для интервала времени Т число случайных импульсов. По истечение заданного времени, необходимого для того, цтобы вовсех. блоках 19 сформировались случайные величины, блок 3 управленияпереводит устройство в режим "Работа".В этом режиме на первом, третьем ичетвертом выходах блоках 3 умноженияустанавливается "0", второй выход соединяется со вторым входом устройства (при соответствующем положениипереключателя 29), пятый - с выходомгенератора случайных импульсов.Иа второй вход устройства поступают тактовые временные импульсы смодели исследуемой системы и черезблок 3 управления поступают на первый вход блоков 19. В момент времени,равный установленному в режиме нПодготовка" в каком-нибудь из блоков19, на выходе этого блока появляетсяединичный сигнал, который через ключ18 и многовходовой элемент ИЛИ 17поступает на первый вход седьмогоэлемента И 8,Те же самые тактовые временныеимпульсы, что поступают на первыйвход блоков 19, поступают на входвторого одновибратора (ждущего мультивибратора) 11, формирующего импуль.сы с длительностью, равной половинепериода следования тактовых импульсов, Этот сформированный импульс поступает через первый элемент НЕ 15на второй вход седьмого элемента И8 и запрещает на время первой половины периода прохождения единичногосигнала с выхода многовходового элемента ИЛИ 17, а поступая на вход шестого элемента.И 9, разрешает прохождение случайных импульсов с выходаблока 3 управления и на первый входвторого счетчика 6, В качестве счетчиков в предлагаемом устройстве могут быть использованы двоичные счет-,чики в микросхемном исполнении типа133 ИЕ 5.После того как второй одновибратор 11 переходит в исходное состоя9 9420 ние, случайные импульсы перестают поступать на первый вход второго счетчика 6, а коды, находящиеся в этом счетчике, сравниваются с состоянием выходных шин устройства в 5 блоке 4 сравнения кодов, В качестве блока 14 сравнения кодов может быть использована микросхема селектор- мультиплексор 155 КПХ (И 63,088.042 ТУ 30) 10В этом случае, если код, находящийся во втором счетчике б, соответствует состоянию выходных шин, на выходе блока 14 сравнения кодов повышается сигнал, запускающий третий Б одновибратор 12. Длительность импульса этого одновибратора составляет 0,01-0,001 периода следования регулярных импульсов, Сигнал с выхода третьего одновибратора 12 через вто о рой элемент НЕ 16, поступая на седьмой элемент И 8, запрещает прохождение сигнала с выхода многовходового элемента ИЛИ 17 и одновременно разрешает прохождение случайных им пульсов на второй вход второго счетчика 6, чем обеспечивается изменение его содержимого. Если после возвращения третьего одновибратора 12 в исходное состояние код, находящийся зо вовтором счетчике 6, вновь соответствует состоянию выходных шин, блок14 сравнения кодов вновь сформирует единичный сигнал, в результате чего код, содержащийся во втором счетчике 6, вновь изменится описанным выше способом. Если же код, находящийся во втором счетчике 6 не соответствует состоянию выходных шин, то на выходе блока сравнения кодов 14 будет нулевой сигнал, В результате на выходе второго элемента НЕ 16 будет единичный сигнал, и сигнал с выхода многовходового элемента ИЛИ 17 прой. дет через седьмой элемент И 8 на управляющий вход второго дешифратора 7, При этом на одной из шин второго дешифратора 7 появится единичный сигнал, соответствующий коду, находящемуся во втором счетчике 6, Этот единичный сигнал, поступая на второй вход соответствующего триггера 13, пе.ребрасывает его в единичное состояние, в результате чего изменяется состояние выходных шин устройства. В качестве дешифратора в предлагаемом устройстве может быть исполь" зована микросхема типа ИД 3, в кото-,09 10рой дешифрирование осуществляетсяпри подаче единичного сигнала на уп"равляющий вход,В зависимости от требуемого числасобытий (отказов) ко входам иноговходового элемента ИЛИ 17 посредствомключей подключается соответствующеечисло блоков 19.В режиме "Подготовка" на первыйвход блока 19 поступает нулевой сигнал. С соответствующей выходной шиныпервого дешифратора 5 поступает единичный открывающий сигнал, а на второй вход - случайные импульсы, Поддействием открывающего сигнала откры"вается электронный ключ 22, и случай"ные импульсы поступают на первый входсчетчика, 21. Интенсивность потокаслучайных импульсов такова, что завремя одного открывающего в среднемприходит число импульсов, превышающее емкость счетчика 21, что обеспечивает равномерность формируемогокода, В результате этого в ходе режима "Подготовка" в счетчике 21 задающего блока формируется некоторыйслучайный код,В режиме "Работа" на первый входблока 19 поступают тактовые временные импульсы с периодом следованияай.Емкость счетчика 21 выбираетсяравной величине Т/дФ. В этом случаелюбой код, записанный в этом счетчике, соответствует времени .ОфТ, приэтом за счет равномерности сформированного в счетчике 21 кода времениТ имеют равномерное на интервале0, ТД распределение.В соответствии с равномерным распределением величины такое же распределение имеет величина С =Т-С,поэтому в блоке 19 в режиме "Работа"тактовые импульсы подаются на второйвход счетчик 21, который считаеттактовые импульсы, начиная с тогосостояния, в которое он был установлен в режиме "Подготовка" и черезвремя, начиная с момента начала работы устройства, во всех разрядахсчетчика будет находиться единицы.В этот момент на выходе многовходового элемента И 20 появится единицный сигнал,Блок 3 управления служит для задания режима работы предлагаемогоустройства. При подаче на его вто"рой вход импульса одновибратор28 запускается и подает одиночныйсигнал на первый 23 и четвертый 2511 ,9420элементы И, чем обеспечивается подача единичного сигнала на третий вы-.ход блока, регулярных импульсовна первый выход и случайных импульсов - на четвертый выход, чем обеспечивается режим "Подготовка", Принеобходимости переход в этот режимможно выполнить нажатием кнопки 31,в результате чего напряжение с источника 27 постоянного напряжения по Оступает на вход одновибратора 28 изапускает его.При переходе одновибратора 28 висходное состояние единичный сигналпоступает на соответствующие входы . 1второго 26, третьего 24 элементов И,чем обеспечивается переход устройства в режим "Работа",Работа может происходить от внешнего задающего генератора, подающего 2 Отактовые импульсы на первый вход блока управления 3, либо от внутреннегоисточника 2 регулярных импульсов, Впоследнем случае регулярные импуль-сы проходят через делитель 30 частоты,Режим работы от внутреннего иливнешнего источника задается переключателем 29Устройство позволяет повысить точ- ЗОность результатов статического моделирования функционирования сложных.систем в условиях возникновения отказов, Это достигается формированиемравномерно распределенных во времении пространстве событий. При этом впроцессе моделирования на интервалевремени Т возникает заданное числоотказов, тогда как известное устройство обеспечивает возникновение Котказов, число которых необязательноравно заданному и Например, как указывалось выше, при п=3 вероятностьтогочто КФ 3 равно 0,776. В этомслучае в ходе моделирования в 22,Йреализации выполняется требованиеи:3 и таким образом сокращается объемрезультатов, на основании которыхпроводится статиетический анализфункционирования системы в условияхвозникновения заданного числа отказов,Предлагаемое устройство позволяетосуществить возникновение заданногочисла различных отказов во всех реализациях, чем обеспечиваешься болеевысокая точность статистических данных, полученных в ходе моделирования,Таким образом, использование пред.лагаемого устройства позволяет повы 09 12 сить точность статистического моделирования и сократить объем проводимыхработ (при заданной точности), чемопределяется технико-экономическийэФфект изобретения Формула изобретения е с я тем, что, с целью повышенияточности моделирования, в него введены два дешифратора, два элемента И,два элемента НЕ, два одновибратора,блок сравнения кодов, многовходовойэлемент ИЛИ, и блоков задания моментов времени, и ключей, П триггеров и блок управления, содержащий четыре элемента И, одновибратор, делительчастоты, источник постоянйого напря"жения, переключатель и замыкающуюкнопку с самовозвратом, при этом первый вход переключателя является первым входом устройства, вход первогоодновибратора является вторым входомустройства, первый вход первого элемента И соединен с выходом генератора регулярных импульсов, первыйвход второго элемента И соединен свыходом генератора случайных импульсов, выход первого элемента И подключен к входу первого счетчика, выход третьего элемента И подключен кпервым входам блоков задания моментов времени и к входу второго одновибратора, прямой выход первого одновибратора подключен к первым входам триггеров, выход четвертого элемента И подключен к вторым входамблоков задания моментов времени, вы"ход второго элемента И подключен кпервым входам пятого и шестого элементов И, выход источника постоянного напряжения через замыкающуюкнопку с самовозвратом.подключен квходу первого одновибратора, входделителя частоты соединен с первымвходом первого элемента И, а выход -с вторым входом переключателя, выход которого подключен к первомувходу третьего элемента И, первыйвход второго элемента И соединенс первым входом четвертого элементаИ, прямой выход первого одновибратора подключен к вторым входам первого 1. Устройство для моделирования совокупности случайных событий, содержащее генератор случайных импульсов и генера" тор регулярных импульсов,два счетчика и элемент И, о т л и ч а ю щ е.13 ,942009 1 4и четвертого элементов И, а инверс- . вибратора, выход которого соединей сный выход, - к вторым входам всрого вторым входом пятого элемента И и чеи,третьего элементов И соответствен- рез второй элемент НЕ с третьим вхо но, разрядные выходы первого счетчи- дом седьмого элемента И, выход котока соединены с соответствующими вхо-рого подключен к управляющему входудами первого дешифратора, выходы ко-. второго дешифратора, выходы триггеровторого соответственно подключены к являются выходами устройства.третьимвходам блоков задания момен. Устройство по п,1,. о т л итов времени, выход каждого из которых ч а ю щ е е с я ,тем, что блок задачерез соответствующий ключ подключен в ния моментов времени содержит ключФк соответствующему входу многовходово- счетчик и многовходовой элеиентИУго элемента ИЛИ, выход которого соеди- при этом первым входом задающего блоканен с первым входом седьмого элемента является первый вход счетчика, втоИ, выход второго одновибратора под" рым и третьим - соответственно ин"ключен к второму входу седьмого эле- ц формационный и управляющий входымента И через первый элемент НЕ и к электронного ключа, а выходом блока .второму входу шестого элемента И, вы- является выход многовходового элеход которого подключен к первому вхо- .мента И, выход электронного ключаду второго счетчика, второй вход ко" соединен с вторым входом счетчика; .торого соединен с выходом пятого эле- о. разрядные, выходы которого подключемента И, а разрядные выходы подключе- ны к соответствующим входам многоны к соответствующим входам второго входового элемента И,дешифратора и соответствующим входампервой группы блока сравнения"кодов, Источники информации,выходы второго дешифратора подключены принятые во внимание при экспертизек вторым входам соответствующих триг, Авторское свидетельство СССРгеров, выходы которых соединены с со 458831, кл. 6 Об Р 15/36, 1975.ответствующими входами второй группы 2, Авторское свидетельство СССРблока сравнения кодов, выход которо- к 425183, кл, б 06 Р 15/36, 1972го подключен к входу третьего одно- .(прототип) .