Генератор потоков случайных событий

 

1. ГЕНЕРАТОР ПОТОКОВ СЛУЧАЙ-НЫХ СОБЫТИЙ, содержащий первый датчик пуассоновского потока импульсов, делитель частоты, управляющий вход которого является управляющим входом генератора, счетчик, разрядные выходы которого соединены с соответствующими разрядными входами стробированного дешифратора, выходы которого через коммутатор соединены с соответствующими входами блока элементов ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью упрощение генератора без снижения точности работы, в него введены второй датчик пуассоновского потока импульсов и блок выравнивания интенсивностей потоков импульсов, первый и.второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго датчиков пуассоновского потока импульсов, а первый и второй выходы блока выравнивания интенсивностей поS токов импульсов соединены соответст 3 венно со счетным входом счетчика и с (П входом делителя частоты, выход которо . го соединен с входом Сброс счетчика, управляющий вход стробированного де шифратора является входом Опрос генератора , а выходы блока элементов ИЛИ являются выходами генератора. icik :о со о СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) з(я) G 06 F 7/58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3467441/18-24 (22) 08.07.82 (46) 23.10.83. Бюл. h" 39 (72) А.С. Анишин и Л.М. Кении (53) 681.325(088.8) (56) 1. Четвериков В. Н. и др. Вычислительная техника для статистического моделирования. Н., "Советское радио", 1978 °

2. Авторское свидетельство СССР

H 345487, кл. G 06 F 7/58.

3. Авторское свидетел ьст во СССР по заявке h" 3282515/18"24, 1981 (прототип) . (54)(57) 1. ГЕНЕРАТОР l10TOKOB СЛУЧАЙ,НЫХ СОБЫТИИ, содержащий первый датчик пуассоновского потока импульсов, делитель частоты, управляющий вход которого является управляющим входом генератора, счетчик, разрядные выходы которого соединены с соответствующими разрядными входами стробированного дешифратора, выходы которого через коммутатор соединены с соответствующими входами блока элементов ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью упрощение генератора без сни" жения точности работы, в него введены второй датчик пуассоновского потока импульсов и блок выравнивания интенсивностей потоков импульсов, первый и. второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго датчиков пуассоновского потока импульсов, а первый и второй выходы блока выравнивания интенсивностей по" токов импульсов соединены соответст- Я венно со счетным входом счетчика и с входом делителя частоты, выход которо- го соединен с входом "Сброс" счетчика, управляющий вход стробированного де шифратора является входом "Опрос" ге- Я нератора, а выходы блока элементов

ИЛИ являются выходами генератора.

1О499О5

2, Генератор по и. 1,, о т л ич а ю шийся тем, что блок вырав- нивания интенсивностей потоков импульсов содержит первый и второй элементы ИЛИ, первый, второй, третий. и четвертый элементы И, триггер и высокочастотный генератор импульсов, выход которого подключен к счетному входу триггера, прямой выход которого соединен с первыми входами первого и четвертого элементов И, а инверсный выход триггера соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, вторые входы первого и второго. эле1

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для создания вычислительных уст. ройств с вероятностным представлением информации, для аппаратуpHoro мо делирования несовместных случайных событий и построения датчиков случайных чисел с заданным распределением. . Известен генератор, в котором за- >О дание требуемого закона распределения вероятностей производится путем объединения и (иЛи) перенумерации равновероятных выходов дешифратора (1) .

Однако такие генераторы требуют 15 большого объема электронного оборудования.

Известен также генератор потоков случайных событий, в котором число первичных источников случайного про- 20 цесса сокращено до одного. Он содер" жит датчик случайного потока импуль" сов, кипп-реле, элемент И и последо. вательно соединенные счетчик импульсов, стробированный дешифратор, ком- 25 мутатор и блок элементов ИЛИ (2), Однако генератор характеризуется невысокой точностью работы, так как первичные вероятностные константы, формируемые в генераторе, зависят от, З0 трудностабилизируемой интенсивности датчика случайного потока импульсов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является генератор пото" ков случайных событий, содержащий датчик пуассоновского потока импульментов И объединены между собой и являются первым входом блока, вторые входы третьего и четвертого элементов И объединены между собой.и являются вторым входом блока, выходы первого и третьего элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами первого элемента ИЛИ, выход которого является первым выходом блока, выходы второго и четвертого элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ, выход которого является вторым выходом блока.

2 сов, выход которого соединен со счетным входом счетчика и через последовательно соединенные линию задержки и управляемый делитель частоты - с входом "Опрос" дешифратора и входом

"Сброс" счетчика, разрядные выходы которого соединены с соответствующими разрядными входами дешифратора, выходы которого через коммутатор соединены с входами блока элементов

ИЛИ (3) °

Недостатком известного генератора является сложность его устройства, обусловленная необходимостью использования линии временной задержки импульсов, выполняющей роль статистической развязки при формировании второго идентичного по интенсивности пуассоновского потока импульсов. Требуемая величина временной задержки составляет десятки средних периодов следования импульсов пуассоновского потока = (4-5) ",", где К - пара- . метр делйтеля частоты, принимающий целочисленные значения 0,1,2..., и при Д « 1О имп./с достигает сотен мкс. Практическая реализация больших величин временной задержки импульсных сигналов в широкой полосе частот представляет собой сложную техническую задачу.

Цель изобретения - упрощение устройства генератора за счет сокращения электронного оборудования без снижения точности работы путем исключения сложной по реализации линии временной задержки.

1049905

Для дбстижения поставленной цели в известный генератор, содержащий первый датчик пуассоновского потока импульсов, делитель частоты, управляющий вход которого является управ- 5 ляющим входом генератора, счетчик,разрядные выходы которого соединены с соответствующими разрядными входами стробированного дешифратора, выходы которого через коммутатор соеди- 10 нены с соответствующими входами блока элементов ИЛИ, введены второй дат" чик пуассоновского потока импульсов и блок выравнивания интенсивностей потоков импульсов, первый и второй 15 входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго . датчиков пуассоновского потока им", пульсов, а первый и второй выходы блока выравнивания интенсивностей по- 20 токов импульсов соединены соответственно со счетным входом счетчика и с входом делителя частоты, выход которого соединен с входом "Сброс" счетчика, управляющий вход строби- 25 рованного дешифратора является вхо" дом "Опрос" генератора, а выходы блока элементов ИЛИ являются выхода" ми генератора.

Кроме того, блок выравнивания интенсивностей потоков импульсов содержит первый и второй элементы ИЛИ, первый второй, третий и четвертый элементы И, триггер и высокочастотный генератор импульсов, выход которого

35 подключен к счетному входу триггера, прямой выход которого соединен с первыми входами первого и четвертого элементов И,,а инверсный выход триггера соединен с первыми входами вто- 40 рого и третьего элементов И, вторые входы первого и второго элементов И объединены между собой и являются первым входом блока, вторые входы третьего и четвертого элементов И объединены между собой и являются вторым входом блока, выходы первого и, третьего элементов И соединены соответственно с первым и вторым входа1 ми первого элемента ИЛИ, выход кото. рого является первым выходом блока-, 50 выходы второго и четвертого элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ, выход которого является вто" рым выходом блока.

В предложенном генераторе .для формирования первичных вероятностных констант используется дискретная подсистема "делитель частоты - счетчик" с конечным числом состояний, находящаяся под воздействием двух. независимых пуассоновских потоков импульсов с равной интенсивностью Д ., При этих условиях численные значения вероят" ностных констант Р (К), и 0,1,2,..., К = 0,1,2,... не зависят, от параметра., а высокоинтенсивная смена состояний характеризуется отсутствием последействия, что в целом обеспечива" ет высокие точность и быстродействие генератора. При этом функцию линии временной задержки, связанную с формированием двух независимых пуассоновских потоков импульсов с равными интенсивностями, выполняет устройство выравнивания, которое может быть выполнено на базе типовых элементов дискретной техники.

На фиг, 1 приведена структурная схема генератора; на фиг. 2 - граф состояний подсистемы "делитель час" тоты - счетчик", на фиг. 3 - вероятностные константы Р п ((КК)), К = 0,6; и = 0,12.

Генератор потоков случайных событий .содержит первый 1 и второй 2 датчики пуассоновских потоков импульсов, блок 3 выравнивания интенсивностей потоков импульсов, регулируемый делитель 4 частоты, счетчик 5, стробиро" ванный дешифратор 6, коммутатор 7 и блок 8 элементов ИЛИ. Кроме того, устройство 3 выравнивания содержит .высокочастотный генератор 9, триггер 10, первый 11, второй 12, третий

13, четвертый 14 элементы И, первый

15 и второй 16 элементы ИЛИ.

Датчики 1 и 2 пуассоновских потоков импульсов могут быть выполнены по типовой схеме, содержащей последовательно соединенные источник шума, усилитель, пороговый элемент и форми-. рующий каскад.

Счетчик 5 и делитель 4 частоты, представляющий собой пересчетную схему с заданным коэффициентом (К+1). деления, могут быть выполнены по схеме последовательного соединения ста. тических триггеров в режиме счета импульсов. Для делителя частоты вводят" ся обратные связи, обеспечивающие различные коэффициенты деления (К+1)

= 1„2„...

Стробированный дешифратор 6 может быть выполнен в виде группы элемен, тов И (по числу выходов) и дешифратора состояний счетчика 5 с потен1049905 циальными выходами, соединенными со- ответственно с управляющими входами элементов И группы. При этом информационные входы элементов И группы обьединены и являются управляющим, входом стробированноro дешифратора.

Работа генератора состоит в сле" дующем.

С помощью блока 3 выравнивания пуассоновские потоки импульсов датчи- 10 ков 1 и 2, имеющие в общем случае разную интенсивность, преобразуются в потоки с равной интенсивностью беэ нарушения их вероятностных свойств и первоначальной взаимной неэависи- 15 мости. Интенсивность выходных потоков устройства выравнивания представляет собой среднее арифметическое Я от интенсивностей 3 „, Я 2 входных потоков 20 а„- Я, (1)

-3 — " - «Я.

1еьв 2 Sb y

Для этой цели частота генератора 9

1 „, определяющая частоту переклю- 25 чений триггера 10, устанавливается на один порядок выше наибольшей интенсивности одного из двух потоков „т„) 10 max (3, ) (2)

1 1.2 Зо

При выполнении условия (21 произво дится равномерное распределение импульсов потоков Я 1 и 3 г по выходам четырех элементов И (11,.12 и

13, 14), при котором формируются не35 зависимые пуассоновские потоки с инЯ ( тенсивностями г h = g = — на выходах соответст!

Ъ И= вующих элементов И. С учетом перекрестных связей .между выходами элемен1 тов И (12 и 13) и входа<ми элементов

ИЛИ (15 и 16) на выходах последних образуются потоки с интенсивностя- 45 ми (1) .

Каждый импульс с выхода элемента

ИЛИ 15 увеличивает состояние n(t) счетчика 5 на единицу. Импульсы с выхода элемента ИЛИ 16 увеличивают состояние делителя 4 частоты, и каждый (К+1)-й импульс производит сброс содержимого счетчика 5 в нуль.

В стробированном дешифраторе 6 . процесс n(t) отображается временем ,удержания в открытом состоянии толь ко одного и-го выхода. Импульсы on" роса, поступающие в произвольные моменты времени, распределяются по вы ходам дешифратора с безусловными вероятностями Р (К), составляющими полные группы событий при различных значениях К.

РоМ - 1, K = 0,1,2,"*i(3)

h=-Î " где n - номер выхода дешифратора 6; (К+1) - коэффициент деления делителя 4.

Численные значения вероятностей

Рп(К) определяются в помощью графа состояний дискретной системы "делитель 4 частоты - счетчик 5", приве" денного на фиг. 2, На графе переходы вправо происходят под воздействием потока 1lg на счетном входе счетчика 5, а переходы вниз - под воздействием потока на счетном входе делителя 4, Интенсивности возможных переходов рассматриваемой пуассоновской системы одинаковы и равны Я . По этой причине система алгебраических уравнений для предельных условных вероятностей Рn состояний счетчика 5 не зависит от па" раметра h-Р0к-3 )

Роо O4 .

Ол 02 ок- оо

Ро ю +

1@< ри = р1г. о,к-4 л,к-г,к-1

+Р =2Р

"h4,O

PnÎ" р h- ä+ hД = n<

P V =2Р

h-1 g-4 h, К-г I,К-4.

Параметр Д О, входящий в левые и правые части уравнений системы (4), сокращается.

Безусловные вероятности Ри (К) со" стояний S (К) (фиг. 2) счетчика 5 определяются суммами условных вероятностей состояний счетчика 5 при различных состояниях делителя 4 частоты

Р„(К) =,Е Р (5)

j=o

7 . 1049905 - 8 . где t - «возможные состояния делителя, где Ь„(К) - коэффициенты, значения

4 частоты 0,1,2,..., К-1 ° которых для и >1 и К> 1 определяются

Из решения системы. (4). линейных с помощью рекуррентного соотношения алгебраических уравнений при условии . Ьп(К) Ь (К-1) Ф b (K) при двух (3Y и с учетом (5) находим безуслов- .5 граничных условиях Ья(0) 1 при и

К44 ные вероятности состояний Sg(K) = 0,1,2... и bp(K) 2" -1 при счетчика 5 в произвольный момент вре" К = 0,1,2,...

Численные значения коэффициентов

Ьд(К) л+" », Ь11(К) для n * 6,12 и К 0,4 приведе« 1() K 1 () 1О ;нй в таблице, 1 1 . 1 l 1 1 1 1 l

7 8 . 9 10 11 12 13 14 15

29 3? 46 56 67 79 92 106

93 130 176 232 296 378 470 . 576 69

256 386 562 794 1093 1471 1941 2517 321

1- 1 1

3 4, 5 6

7 11 16 22

15 26 42 .64

31 57 99 163

Кроме того, схема предлагаемого генератора содержит небольшое число внешних контактов и состоит иэ простейших структурных и логических элементов дискретной техники, что создает улучшенные возможности для выполнения значительной его части в виде унифицированной микросхемы на основе интегральной технологии.

«И Ю

Наборы вероятностных . констант, . рас. считанные по формуле (6) с учетом т таблицы коэффициентов Ь„{К), приве". дены на графике фиг. 3.

Таким образом, в предлагаемом re30 нераторе формируемые вероятностные константы Рп(К) не зависят от параметров A1,.9 датчиков 1 ы 2.

Благодаря этому предлагаемый генера-. тор по точности работы не уступает известному генератору.

Поскольку вероятности возбуждения каждого выхода дешифратора 6 априори известны, то при объединении. этих выходов с помощью коммутатора 7 и 40 блока 8 элементов ИЛИ можно формиро" вать несовместимые случайные события, распределенные в пространстве (по ., выходам генератора) в соответствии с требуемым законом. Процедура íà" стройки предлагаемого генератора анаI логична процедуре настройки известного генератора. При этом используются приведенные на фиг. 3 наборы вероят" ностных констант. Р11(К).

Для формирования независимых- слу, чайных событий период Т0 опроса re нератора, как и в случае известного генератора, должен превышать величину

Т, (4-5) . (7)

Таким образом, замена линии speменной задержки логическим устройством выравнивания интенсивностей двух потоков импульсов сокращает объем электронного оборудования и упрощает конструкцию генератора методичесУ кая погрешность при формировании вероятностных констант практически отсутствует, повышается надежность работы, при выходе из строя одного иэ датчиков генератор сохраняет работоспособность при некотором снижении быстродействия (формулы 1 и 7).

1049905

> 049905 о г з

Тираж 706 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1l3035, Москва, 3-35, Раушская наб,, д. 4/5

Заказ 8437/46

»«ю «ю ее ю юю ю

Филиал ППП "Патент.", г, Ужгород, ул, Проектная, 4

Составитель А. Карасов

Редактор О. Бугир Техред И.Тепер . Корректор А, Повх