Устройство для ввода в эвм случайной последовательности импульсов

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для ввода в ЭВМ информации о случайной последовательности импульсов , стандартизированных по амплитуде и длительности, а также для определения статистических характеристик этой последовательности. Цель изобретения - повьшение быстродействия и расширение области применения устройства за счет снижения требований к детерминированности входной последовательности . Устройство содержит блок 1 связи, триггер 2, элемент И 3, регистр 4, триггер 5, счетчик 6, таймер 7 и регистр 8. Повышение быстродействия уотройства обеспечивается за счет выполнения ряда процедур автоматически . Устройство позволяет онизить требования к времени, в течение которого входной поток должен быть стационарен, что позволяет использовать изобретение для измерения характеристик широкого класса входных потоков. 7 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (Ш

F. 13 00

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbfTHRM

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4254198/24-24 (22) 01.06.87 (46) 07.02.89.Бюл. № 5 (72) А.В.Лисовский и А.А.Аглинцев (53) 681.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 911536, кл. G 06 F 15/36, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 911537, кл.(: 06 F 15/36, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА В 3ВМ СЛУЧАЙНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСОВ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для ввода в ЭВМ информации о случайной последовательности импульсов, стандартизированных по амплитуде и длительности, а также для определения статистических характеристик этой последовательности. Цель изобретения — повышение быстродействия и расширение области применения устройства за счет снижения требований к детерминированности входной последо" вательности. Устройство содержит блок

1 связи, триггер 2, элемент И 3, регистр 4, триггер 5, счетчик 6, таймер

7 и регистр 8. Повышение быстродействия уотройства обеспечивается за счет выполнения ряда процедур автоматически. Устройство позволяет сни- зить требования к времени, в течение которого входной поток должен быть стационарен, что позволяет использовать изобретение для измерения характеристик широкого класса входных потоков. 7 ил.

1 1456962 2

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь-, зовано для ввода в ЭВМ информации о случайной последовательности импуль° 5 сов, стандартизированных по амплитуде и длительности, а также для определения статистических характеристик этой последовательности.

Целью изобретения является повы- 1п шение быстродействия и расширение области применения за счет снижения требований к детерминированности входной последовательности.

На фиг.1 показана функциональная схема устройства; на фиг.2 и 3 — пример конкретной реализации устройства; на фиг.4 - алгоритм программы управления работой устройства; на фиг.5 — временные диаграммы функцио- 20 нирования .устройства; на фиг.6 — алгоритм программы вычисления функции распределения интервалов между случайными импульсами; на фиг.7 — алгоритм программы вычисления значения 25 математического ожидания.

Устройство (фиг.1-3) содержит блок 1 связи, первый триггер 2, элемент

И 3, второй регистр 4, второй триггер 5, счетчик 6, таймер 7, первый регистр 8, входы и выходы 9-28 устройства, элемент И 29, счетчик 30, элемент И 31, элемент НЕ 32, элемент

И 33, элемент ИЛИ 34, счетчик 35, одновибратор 36, а также входы и выходы

37-42 отдельных блоков.

Сокращения названий сигналов (фиг.3) являются стандартными для 2К магистрали и означают: ВБР1 и ВБР2 (выборка) — селектирующие уровни, 4р выбирающие тот или иной элемент И в блоке связи, ВД (выдано) — сигнал управления выводом из, ЭВМ кода в устройство; ПР (принято) — сигнал . управления вводом в ЭВМ кода из устройства; ВП (выполнить) — сигнал запуска или установки в разрешающее состояние какого-либо элемента в устройстве; 0СТ (останов) — сигнал останова или сброса в исходное состояние какого-либо элемента в устройстве.

На функциональной схеме (фиг.2) регистры 4 и 8 и счетчики 30 и 35 для упрощения изображены 4-разряд-., 55 ными (в устройстве онн имеют по 16 разрядов).

Устройство работает следующим об-. разом.

Перед запуском устройства 3ВМ производит его начальную подготовку, выполняя следующие операции (фиг.17) . сбрасывает содержимое счетчика

6, выдавая сигнал на его вход 28 сброса с выхода 28 блока связи; производит занесение начального кода таймера в регистр 8, предварительно подготовив этот код на выходах

26 блока 1 и передав на выход 25 сигнал управления запиьсю кода в регистр; осуществляют перезапись содержимого регистра 8, т.е. начального кода, в счетчик 35 путем выдачи сиг" нала записи на выход 24 блока 1, этот сигнал поступает через элемент

ИЛИ 34 на.тактовый вход 41 счетчика 35.

Начальный код хранится в регистре

8 в течение всего времени работы устройства и необходим не только для подготовки таймера к началу работы, но и для автоматической перезаписи этого кода в счетчик 35 по окончании каждого таймерного интервала.

Осуществив начальную подготовку устройства, ЭВМ устанавливает в единичное состояние триггер 2 с помощью сигнала на выходе 14 блока связи, рараэрешая тем самым работу регистра

4, и устанавливает в единичное состояние триггер 5 путем. подачи на его вход установки сигнала с выхода 20 блока 1., который приводит к установлению разрешающего уровня на выходе

21 триггера 5. Этот уровень разрешает прохождение тактовых импульсов с выхода 23 блока 1 через элемент И 31, так как уровень на входе 38 этого элемента имеет .разрешающее значение (исходный нулевой уровень на выходе одновнбратора 36 инвертируется на элементе НЕ 32 и поступает на вход 38 элемента И 31). С выхода 39 выделенные элементом И 31 тактовые импульсы поступают на счетный вход счетчика 35 для формирования таймерных интервалов. Длительность этих интервалов зависит от частоты тактовых импульсов ЭВМ и от начального значения

I кода, заносимого в счетчик 35 перед началом каждого таймерного интервала.

Чем больше значение этого кода, тем короче интервал, так как меньшее количество тактовых импульсов вызывает переполнение счетчика 35; Временные диаграммы (фиг.5) иллюстрируют

14569

Уровень на выходе 21 счетчика 6, разрешающий работу таймера, одновременно включает в работу счетчик 30, Входные импульсы потока с входа 19 поступают на элементы И 3 и-29, вторые входы которых теперь имеют разрешающие уровни. После прохождения

Ф через элемент И 29 импульсы потока

Г работу устройства при нулевом начальном коде таймера °

При этом коде каждый шестнадцатый тактовый импульс производит перепол5 нение счетчика 35. Сигнал переполнения с выхода 42 этого счетчика запускает одновибратор 36, который формирует импульс положительной полярности, длительностью несколько превьппаю- !0 щий полтора, но менее двух тактов

ЭВМ. На диаграмме (фиг.5) этот импульс имеет обозначение "18 — сигнал прерывания ЭВМ". Этот сигнал разрешает прохождение одного тактового 15 импульса ЭВМ через элемент И 33; запрещает прохождение одного, того же самого, тактового импульса ЭВМ через элемент И 3!, останавливая этим счет таймера на один пнриод тактов; 2р сбрасывает триггер 2, запрещая запись данных из счетчика 30 в регистр

4; поступает на вход 18 блока 1 и далее в ЭВМ для прерывания программыв

Выделенный один тактовый импульс с выхода 40 элемента И 33, проходя через элемент ИЛИ 34, производит очередную перезапись начального кода в счетчик 35, счетный режим которого 30 уже приостановлен ровно на один (рассматриваемый) период тактов ЭВМ. Эта приостановка производится в конце каждого таймерного интервала и учитывается при задании длительности этих интервалов: Т = К t,+ 1, где

Т вЂ” длительность таймерного интервала; К вЂ” число тактов, после подсчета которых происходит переполнение счетчика 35; йр — период повторе- 40 ния тактовых импульсов ЭВМ.

Таким образом, фактическая длительность таймерного интервала на время одного такта ЭВМ продолжительнее, чем длительность, определяемая 45 начальным кодом. Выбранная схема таймера позволяет устранить "мертвое время" между таймерными интервалами и неопределенность в точном фиксировании заданных интервалов времени. О

62

4 поступают на вход 37 счетчика 30 и увеличивают содержимое этого счетчика на единицу по переднему фронту каждого импульса. С этого момента уже новое содержимое счетчика поступает на информационные входы регистра 4.

Те же импульсы потока, проходя через элемент И 3, поступают на вход записи регистра 4 и по своему заднему фронту фиксируют состояние его информационных входов, т.е. текущий код счетчика 30. Таким образом, по окончании каждого импульса потока счетчик 30 и регистр 4 принимают новое и, что существенно, одинаковое значение.

В момент окончания каждого таймера интервала сигнал переполнения таймера 7 с выхода одновибратора 36 поступает на вход сброса триггера 2, устанавливая тем самым запрещающий уровень на его выходе 15. Теперь импульсы потока изменяют только содержимое счетчика 30. Это обеспечивает непрерывность подсчета импульсов потока без потери информации о точном значении содержимого счетчика 30 после окончания таймерных интервалов . Сигнал окончания каждого таймерного интервала поступает в

ЭВМ через блок 1 и воздействует на ее систему прерывания, что приводит к считыванию с помощью этой ЭВМ кодов с группы выходов 9. В процессе -считывания содержимое регистра 4 остается неизменным, а счетчика 30 может продолжать изменяться за счет поступления импульсов потока ° По окончании считывания ЭВМ на выходе

14 блока 1 формируется сигнал для установки триггера 2 в единичное состояние. Разрешающий кровень с выхода 15 триггера 2 поступает на один из входов элемента И 3. Первым же импульсом потока, поступающим на другой вход этого элемента, производится запись содержимого счетчика 30 в регистр 4. Теперь до конца таймерйого интервала коды счетчика 30 и регистра 4 меняются синхронно, так как запись содержимого счетчика в регистр 4 опять производится каждым импульсом потока. Далее работа устройства продолжается аналогично описанному.

Воздействие импульсов потока на содержимое младшего разряда счетчика 30 и регистра 4. Первый импульс

1456962 потока (фиг.5) не оказывает никакого воздействия на устройство, так как еще не установлены разрешающие уровни на входах элементов И 29 и 3.

Второй импульс проходит через элемент

И 3 и производит запись нулевого содержимого счетчика 30 в регистр 4, так как к этому моменту уже установлен триггер 2. На вход счетчика 30 этот импульс не проходит, так как на выходе триггера 5 нет раэрешающего уровня. Третий импульс потока своим передним фронтом изменяет содержимое младшего разряда счетчика

30, а задним фронтом производит saвись иэ счетчика 30 в регистр 4.

Действие четвертого импульса аналогично действию третьего. Пятый имйульс изменяет содержимое счетчика

30, но не производит записи в регистр 4, так как сброшен триггер 2.

Вестой,, седьмой и восьмой импульсы

Воздействуют на устройство аналогичао третьему, а девятый импульс— аналогично пятому. Окончание регистрации импульсов потока происходит при сбросе триггера 5 сигналом сбро; са, формируемым на выходе 22 блока 1.

В процессе работы ЭВМ считывает из устройства коды с группы информационных выходов 9 и хранит их в своей памяти.:К концу общего времени ввода в памяти ЭВМ накапливается информация о попадании случайных импульсов в фиксированные таймерные интервалы. Эта информация позволяет с помощью ЭВМ определить функцию распределения и величину математического ожидания интервалов между случайными импульсами. Получение значения математического ожидания возможно благодаря тому, что устройство позволяет зафиксировать не только факт попадания хотя бы одного импульса потока в таймерные интервалы, но и число импульсов, попавших в указанные интервалы. Это число определяется как равность между, двумя считанными кодами счетчика, относящимися к соседним интервалам. Отношение числа интервалов m,â которое попали i импульсов, к общему числу наблюдаемых интервалов и определяет вероятность Р;(Т ) попадания i импульсов в интервал (Т,- фиксированное значение продолжительности интервалов)

Р {т ) = ш и

Значение функции распределения интервалов между случайными импульсами в точке Т определяется

Р(ТО) - ЕР; (Т,) е

irO где i = 1,2 и т,д.

Изменяя таймерный иетервал Т и регистрируя показания счетчика 30, можно получить значения функции

Р(Т) а ряде точек Т, Информация о числе импульсов в интервалах Т, позволяет определить

1Б среднее число Н(Т,) импульсов потока за все время измерения

H(T0) С i >0

Тогда величина математического

20 ожидания ринтервалов между случайными импульсами с любым законом их распределения определяется

То

). im

Н(Т ) 25 где —. интервал между случайными импульсами.

Использование изобретения для

3р определения характеристик случайного потока позволяет повысить быстродействие работы устройства, определить величину математического ожидания интервалов, между импульсами слуЗ5 чайного потока с любым законом их распределения, снизить требования к стационарности простейшего импульсного потока при получении функции распределения интервалов между им4р пульсами этого потока.

Быстродействие работы устройства повышается за счет автоматизации выполнения ряда процедур. Можно оценить минимальное время сбора инфор45 мации, достаточной для получения значения функции распределения в одной точке Т, с заданной допустимой ошибкой. Это время зависит от выбранного количества наблюдаемых таймерных инбр тервалов и их продолжительности.

Количество таймерных интервалов зависит от допустимой ошибки определения значений функции распределения. При допустимой ошибке, равной 0,03, чис55 ло таймерных интервалов 1000. Длина таймерных интервалов зависит от диапазона ожидаемых промежутков времени Р между случайными импульсами.

Предположим, что эти промежутки

1456962

1 мкс z

100 мкс, а суммарное время измерения параметров потока определяется как 1000 100 мкс = 0 1 с.

При использовании устройства в течение этого времени собирается информация сразу для целого ряда значений таймерных интервалов Т несмотря на то, что регистрация информации в устройстве производится в теченние оди— наковых таймерных интервалов, имеющих значение Т = Т . Так для Т, = 100 мкс через каждые 100 мкс ЭВМ производит считывание содержимого счетчика, В памяти ЭВМ накапливается информация (коды), соответствующая последовательным во времени таймерным интервалам. Разность между кодами соседних интервалов показывает число импульсов потока, попавших в очередной интервал Т, . Разность между кодами, расположенными через интервал, пока- 2б

\ зывает число импульсов потока, попавшее в двойной интервал, т.е. в интервал, длиной 2 T = 200 мкс, и т.д.

Таким образом, в течение 0,1 .с в

ЭВМ накапливается информация о числе д0 импульсов потока для дискретного ряда интервалов Т,, 2Т,, ЗТО и т.д.

Общее время регистрации потока не зависит от числа различных значений, требуемых для построения функции

35 распределения, и составляет для конкретного рассматриваемого примера

0,1 с.

Таким образом, при использовании предлагаемого устройства эа О,1 с собрана информации сразу для всех необходимых значений таймерных интервалов Т (Т,,2Т, и т.д.).

При использовании известного устройства минимальное время сбора информации о значении функции распределения остается также 0,1 с, однако за это время собрана информация, достаточная для определения значений функции только в одной точке Т, ответствующей заданной длительности таймерного интервала. Учитывая наличие ручных операций при использовании известного устройства (установка необходимой частоты ."енератора, считывание информации со счетчика), реальное время определения значения функции в одной точке не менее

1 мин. Сбор информации для ряда зна чений пропорционально увеличивает указанное время ° Если для рассмотренного примера выбрать необходимое число значений, равное 10, то общее время регистрации в случае использования известного устройства составит около 10 мин.

В процессе вводя поток должен быть стационарен. Однако при использовании известного устройства стационарность должна выдерживаться не менее 10 мин, а при использовании предлагаемого — достаточна в течение

0,1 с. На практике очень часто встречаются потоки, стационарные в течение такого короткого времени. Воэможность исследования таких потоков расширяет область применения устройства.

Возможность получения (при использовании предлагаемого устройства) величины математического ожидания интервалов между импульсами случайного потока с любым законом распределения дает важную информацию о свойствах этого потока и обеспечивает удобство в предварительном сравнении исследуемых потоков.

Формула изобретения

Устройство для ввода в 3BN случайной последовательности импульсов, содержащее первый триггер, счетчик таймер, элемент И, выход таймера соединен с входом сброса первого триггера, выход которого соединен с первым входом элемента И, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения области применения эа счет снижения требований к детерминированности входной последовательности, в него введены блок связи, два регистра, второй триггер, первая группа входов блока связи является информационной группой входов устройства, вторая группа входов блока связи является входами управления устройства, первая группа выходов блока связи является информационными выходами устройства, выход блока связи является выходом прерывания устройства, вторая группа выходов блока связи соединена с информационными входами первого регистра, выходы которого соединены с информационными входами таймера, первый выход блока

9 )456962 1О связи соединен с входом записи пер- выход блока связи соединен с входом. .

I вого регистра, второй и третий вы« сброса счетчика, выходы которого соеходы блока связи соединены соответ- динены с информационными входами вто-. ственно с входом установки H такто- рого регистра, выходы которого соевым входом таймера, четвертый и пя- динены с входами третьей группы бло5 тый выходы блока связи соединены ка связи, вход блока связи соединен соответственно с входами сброса и с выходом таймера, счетный вход счетустановки второго триггера, выход чика соединен с вторым входом элеменкоторого соединен с входами раэреше- щ та И и является информационным вхония таймера и счетчика, шестой вы- дом устройства, выход элемента И соеход блока связи соединен с входом динен с входом записи второго регистустановки первого триггера, седьмой ра..

1456962

ЖгИ д u)

ФЬа Ф

1456962

28-сигнал успш— но®и f„6 " счелчага ХО

?А-сигнал записи начального года й-сигнал усланМки о„! "лриггера

2 перей оса

Х1- ууо5внь дытда приггера 5ра5ють

Ы-танты 3ВИ

Я-таглы 36И,5ы деленные Ф лайнере

Ч вЂ” сигнал 5осста нооления начально го ю0а о таймере

18-сигнал преры3а аи ЯЮУ

0 оьа. уро5еиь аригмра 2перенос о

19-итульсы 5т0ного полога

И вЂ” сигнал перенв нва5шии разряд тгпяыаИ распо ложенный 3 групп

Й/А дои 1Г

Илаошии разряд регистра ч,уасположенныи б групп

Юыкодоо Л7

Фиг. Х!

456962

Вяод из программы упраблению fan фиг. У! из ezucmpa Ф: вычисление разнсскеи иену 1-/ и Г-/ ксдаии, Г-и и 3-и и пъ.д.

Юсдсчел полученных чисел, т.е. спре0евение числа u//mepdanad m;, б которые попало сдинаксбсе число ииацльссб, крспе =и

Расчет ерс/явностей попадания числа игтульссб /пай иерньи интербалы 7 .

Р; (т,) = ° кроле P (T>) = г0е и-заранее избесаное сут арнсе числа инаербалоб заданнсгс инаербала 7 . /Я =E Сг(а,/

38И ксдоб из регистра У: бычисление разнссаеи табу У-/ а 7-и кода//и, 3-n и O -и а m.д., л.е бычисление числа определение m;., расчел ЦРт ) u F (Г4/

//обпщрение ле,г мм бейсабии для получения значений функ ции распределения б точкак 37, //7 и m.d. Зла бсе задан

//blÀ А7очеЛ ><+< u о и д (Продолжение радовы ароараниы с/х на- pup. 7)

МЬг. Ю

1456962

Вто иэ програты /ю риг.5) /ля расчета используются полученные б прогрште инаербало6 7>, d которые попью ооинакобое число и пульсоб потока (- 1,г,Ю и т.d.) дычисляеася общее чист итульсоб потока, попа6шее

Ю интер6алы 6 течение Осего 6рекени 66ода

Н(Я m;

0ассчиаы0ается сутарнае 0ю я набяюоения 7 .

Tj .n

ede n- заранее иэ0естное число интербало6

Вычисляется значение иатеиатического ожи0ания а интербалоб пеэгоу случай ныл и итульсами:

Фг «m уф

Значением бы6одшпся на экран дисплея или печать (Окончание программы Оычислений) Фиг. 7

Составитель А.Трунов

Редактор 0.10рковецкая Техред M.Ходанич

Корректор В.Бутяга

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 7489/47 Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР.

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