Генератор потоков случайных событий

 

ОПИСАНИЕ „„970360

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 30.04.81 (21) 3282515/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М.К .

G 06 F 7/58

Гесуддрствекный кемитет

Опубликовано 30.10.82. Бюллетень № 40

Дата опубликования описания 05.11.82 (53) УДК 681.325 (088.8) по делам лэебретеннй и открытий (72) Авторы изобретения

А. С. Анишин и Н. С. Анишин::

Р т (71) Заявитель (54) ГЕНЕРАТОР ПОТОКОВ СЛУЧАЙНЫХ СОБЫТИЙ (Л «1.)

Р„(т) — ", Е

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для создания вычислительных устройств с вероятностным представлением информации, для аппаратурного моделирования случайных процессов и для построения датчиков случайных чисел.

Известен генератор потоков случайных событий, содержащий датчик первичного источника шума, триггеры со схемами коррекции, дешифратор и коммутирующее устройство (1).

Этот генератор использует принцип дизъюнктивного формирования вероятностей, суть которого состоит в том, что задание требуемого закона распределения вероятностей по каналам производится путем объединения и (или) перенумерации некоторых выходов равновероятного деширатора.

Однако такие генераторы требуют большого объема оборудования.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является генератор потоков случайных событий, в котором число первичных источников шумового напряжения сокращено до одного. Он содержит датчик первичного потока случайных импульсов, кипп-реле, элемент И и последовательно соединенные счетчик импульсов, дешифратор, коммутирующее устройство и блок элементов ИЛИ (2).

В качестве первичного набора вероятностных констант в известном генераторе используется априорный ряд вероятностей

Рл, (ь ), численные значения которых определяются следующим образом где Л интенсивность пуассоновского потока, временная выдержка кипп-реле.

1s Однако существующая в данном случае прямая (непосредственная) зависимость вероятностных констант (1) от параметра

Л является основной причиной невысокой точности работы известного генератора, пос20 кольку именно стабилизация интенсивности

Л представляет наибольшую трудность в техническом отношении.

Цель изобретения — повышение точности воспроизведения требуемого закона распределения вероятностей событий за счет

970360 формирования вероятностных констант, собственные значения которых не зависят от параметра А .

Для достижения поставленной цели в известный генератор потоков случайных событий, содержащий генератор пуассоновского потока импульсов, выход которого соединен со счетным входом счетчика, разрядные выходы которого соединены с соответствующими разрядными входами стробированного дешифратора, выходы которого через последовательно соединенные коммутатор и блок элементов ИЛИ соединены с разрядными входами регистра памяти соответственно, разрядные выходы которого соединены с соответствующими информационными входами блока элементов И, управляющий вход которого является входом «Опрос» генератора, а выходы блока элементов

И образуют группу выходов генератора, введены линия задержки, делитель частоты и два элемента задержки, выход генератора пуассоновского потока импульсов через линию задержки соединен с счетным входом делителя частоты, управляющий вход которого является управляющим входом генератора, а выход делителя частоты соединен с управляющим входом регистра памяти и со входом первого элемента задержки, выход которого соединен с управляющим входом стробированного дешифратора и с входом второго элемента задержки, выход которого соединен с входом «Сброс» счетчика.

Введение линии задержки и делителя частоты с регулируемым коэффициентом деления (к+1), к=0,1,2... позволяет формировать наборы высокостабильных вероятностных констант, собственные значения которых практически не зависят от параметра Х, что в конечном итоге обеспечивает высокую точность воспроизведения закона распределения вероятностей событий на выходе генератора. Регистр памяти и блок элементов И служат целям формирования случайных событий по запросам (тактированным либо произвольным во времени).

Высокая стабильность вероятностных констант достигнута за счет ведения случайного времени накопления импульсов в счетчике, распределенного по закону Эрланга к-го порядка (к=0,1,2...) с тем же параметром, что и параметр Х потока импульсов, подлежащих счету. Благодаря этому устраняется влияние флюктуаций параметра Л на собственные значения формируемых вероятностных констант.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого генератора; на фиг. 2 — наборы вероятностных констант Р и (К), используемые в генераторе, при различных коэффициентах деления (К+-1), К= О, 1, 2... частоты следования импульсов задержанного потока.

Генератор содержит генератор 1 пуассоновского потока импульсов, последователь5

") 5

Зо

Зо

55 но соединенные линию 2 задержки и делитель 3 частоты, последовательно соединенные счетчик 4, стробированный дешифратор

5, коммутатор 6, блок 7 элементов ИЛИ, регистр 8 памяти, управляющий вход которого соединен с выходом делителя З,.блок 9 элементов И и два элемента 10 и 11 задержки.

Генератор работает следующим образом.

Поток импульсов генератора 1 одновременно поступает на вход счетчика 4 и линию 2 задержки. На выходе линии 2 задержки он смещается во времени на величину

i5, при которой обеспечивается статистическая независимость моментов появления импульсов потока Эрланга К-го порядка, формируемого с помощью делителя 3 частоты, от потока импульсов, поступающих на вход счетчика 4.

Счетчик 4 фиксирует количество случайных импульсов прямого потока, появившихся на случайных интервалах задержанного и регулярно просеянного потока. Каждый импульс выходного потока делителя 3 выполняет следующую последовательность операций: возвращает опрокинутый в предыдущем цикле триггер регистра 8 памяти в исходное нулевое состояние, опрашивает дешифратор 5 и сбрасывает в «О» содержимое счетчика 4. Для реализации этой последовательности операций служат элементы

10 и 11 задержек„их величины определяются временем, необходимым для того, чтобы в регистре 8 и дешифраторе 5 закончились переходные процессы.

В соответствии с состоянием счетчика 4 в момент опроса дешифратора 5 на определенном его выходе появляется импульс, который через ключи, установленные на коммутаторе 6, и блок элементов ИЛИ поступает на установочный в «!» вход соответствующего триггера 8 регистра. Время пребывания каждого триггера в состоянии «1» суть время, B течение которого соответств ющий данному триггеру элемент И блока 9 находится в открытом состоянии. Относительная продолжительность времени или вероятность пребывания i-го элемента И блока 9 в открытом состоянии равна нормированной интенсивности Л1 /Л импульсов, переводящих i-й триггер в состояние «1».

Нормированные значения интенсивностей Л;/Л в соответствии с требуемым законом распределения вероятностей составляются путем логического суммирования вероятностных констант Р,„(К), отображающих вероятностные состояния счетчика 4 в моменты опроса дешифратора 5.

Определи м вероятности Рщ (К) . Вре менной интервал, на котором производится подсчет импульсов, распределен по закону Эрланга К-го порядка

8 (-,) = е к= 0,1,2„, i»o, Л»0, (2) л (лт) -лт к

) 970360

Вероятности Pm (К) находятся как результат осреднения вероятностей Рп1 (I, ), определяемых выражением (1), по всем возможным значениям 1(«Т) -л я(т) лт

Р«п (К) =f " e " е "са« =

О П1! К1 (mtK1! 1> О, m =0,1,2..., К = 0,1,2....

Таким образом, значения вероятностных констант Pm (К), формируемых в предложенном генераторе, практически не зависят от параметра Х генератора 1. Благодаря этому в предложенном генераторе обеспечивается высокая точность (стабильность во времени) воспроизводимых законов распределения случайных событий.

Поскольку вероятности возбуждения каждого из m выходов дешифратора 5 априори известны, то при объединении этих выходов с помощью коммутатора 6 и блока 7 элементов ИЛИ можно формировать с помощью регистра 8 памяти несовместные события, распределенные в пространстве (по каналам) в соответствии с требуемым законом.

Сигналы внешнего запроса поступают на импульсные входы элементов И блока 9 и преобразуются в последовательность случайных событий, распределенных в пространстве по определенному закону, установленному с помощью коммутатора.

Для обеспечения статистической независимости потока импульсов, поступающих в счетчик 4, от импульсов на выходе делителя

3 частоты необходима линия временной задержки величиной т = (4 — 5) —" —. В этом случае вероятность Р хотя бы частичного перекрытия одних и тех же (при К =О) или зависимых (при К) 0) временных интервалов прямого и задержанного потоков импульсов составляет величину достаточно малого порядка

К

Р =/ 6 41. «0,006, "з

При Л = 10 с требуемая величина задержки i> — — (К+1) 50 мкс может быть получена с помощью современных аналоговых линий задержки. В ряде других случаев, в том числе и при A(10 с, целесообразно использовать дискретные (цифровые) линии задержки, построенные с применением интегральных. схем.

Процедура настройки предложенного генератора относительно проста и заключается в следующем.

Исходя из требуемого закона распределения событий, выбирается наиболее подходящий набор первичных вероятностных констант Рпп (К) путем установки коэффициента (К+1), К = 0,1,2... делителя 3. Затем путем объединения и (или) перенумерации выходов дешифратора 5 устанавливают численное соответствие между синтезируемым

Формула изобретения

Генератор потоков случайных событий, содержащий генератор пуассоновского потока импульсов, выход которого соединен со счетным входом счетчика, разрядные выходы которого соединены с соответствующими разрядными входами стробированного дешифратора, выходы которого через последовательно соединенные коммутатор и блок элементов ИЛИ соединены с разрядным11 входами регистра памяти соотве Tc TBpH III). разрядные выходы которого соединены с сответствхющими информационными вход» м11 блока элементов И, управляющий вход которого является входом «Опрос» генератор». а выходы блока элементов И образуют группу выходов генератора, отличаюи1ий1гя т< и. что, с целью повышения точности. он содержит линию задержки, делитель частоты и лва элемента задержки, выход генератора пуассоновского потока импульсов через линию задержки соединен со счетным входом делителя частоты, управляющий вход которого является управляющим входом генератора. а выход делителя частоты соединен с управляющим входом регистра памяти и с входом первого элемента задержки, выход и требуемым дискретными законами распределения вероятностей.

Предложенный генератор характеризуется высокими по качеству рабочими характеристиками (точностью, стабильностью, 5 быстродействием) прежде всего потому, что в нем для формирования вероятностных констант используются так называемые «модельные» свойства пуассоновского потока, более устойчивые во времени, нежели параметрические свойства этого же потока, используемые в известном генераторе.

Интенсивность генератора 1 не является параметром, определяющим собственные значения вероятностных констант, она является лишь масштабным коэффициентом

15 процесса и определяет быстродействие генератора при формировании независимых событий.

Генератор может быть использован при разработке широкого класса вероятностных устройств, а именно датчиков случай«!ûх

20 чисел, вероятностных коммутаторов, вероятностных автоматов и вычислительных и»шин, устройств случайного поиска и упр;1пления, различных адаптивных систем обр»ботки информации и моделирования.

Результаты лабораторных испытаний макета предложенного генератора подтвердили его работоспособность, техническую реализуемость, а также высокие точность и быстродействие. Достигнута точность 11» порядок выше точности известного генер»З0 тора, при этом отпадает необходимость в повторной настройке генератора в процессе длительной его эксплуатации.

970360

Соста ватель А. Карасов

Редактор А. Мотыль Техред И. Верес Корректор Г. Огар

Заказ 7411/59 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 которого соединен с управляющим входом стробированного дешифратора и с входом второго элемента задержки, выход которого соединен с входом «Сброс» счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Четвериков В. Н. и др. Вычислительная техника для статистического моделирования. М., «Сов. радио», 1978.

2. Авторское свидетельство СССР № 345487, кл. G 06 F 7/58, 1971 (прототип) .