Устройство для моделирования квадратичного блуждания — SU 1259280 (original) (raw)
ПИСА ЕТЕН СВИДЕТЕЛЬСТ К .АЮТОРСК ого ужбь Марь во СССР 1969,СССР 1980. РОВАНИЯФиг. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И(7) Казанский ордена ТрудКрасного Знамени и орденанародов авиационный инстиим. А, Н. Туполева(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИКВАДРАТИЧНОГО БЛУЖДАНИЯ(57) Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано при решении сеточных уравненийметодом статистических испытаний.Цель изобретения - повышение быстродействия, Устройство содержит вход 1запуска, первый 2 и второй Э входыввода исходных данных, блоки элементов И 4, 9, дешифратор 5, датчик 6равномерно. распределенных случайныхчисел, элементы 7 задержки, равновероятностный элемент 8, блок Осравнения, блок 11 элементов НЕ, коммутатор 12, сумматор 13, 7 ил.9280 5 10 1 125Изобретение относится к вычисли"тельной технике и может быть использовано в универсальных и специализированных вычислительных устройствахпри решении сеточных уравнений методом статистических испытаний.Цель изобретения " повышение быст"родействия устройства,На фиг, 1 показана схема устройства; на фиг. 2 " функциональная схемаравновероятностного элемента; нафиг. 3 - функциональная схема ком-,мутатора; на фиг. 4 - функциональнаясхема сумматора, на фиг, 5 - траектория блуждания по максимальномуквадрату; на фиг. 6 - аппроксимациямаксимального квадрата сеткой сквадратными ячейками; на фиг, 7 -таблица кодирования.Устройство (Фиг. 1) содержитвход 1 запуска устройства, первыйвход 2 ввода исходных данных устрой"ства, второй вход 3 ввода исходныхданных устройства, второй блок 4элементов И, дешифратор 5, датчик 6равномерно распределенных случайныхчисел, первый и второй элементы 7задержкиравновероятностный элемент 8, первый и третий блоки 9элементов И, блок 10 сравнения,блок 11 элементов НЕ, коммутатор 12,сумматор 13.Вероятностный элемент 8 (Фиг. 2)содержит первый и второй регистры 14и 14 сдвига, первый и второй сумма, торы 15 по модулю два, дешифратор 16,Коммутатор 12 (фиг. 3). содержит блоки 17 и 18 элементов И, элементы ИЛИ 19 и 20, Сумматор 13 (фиг. 4)содержит регистры 21, комбинационные сумматоры 22 и блоки 23 элементов ИЛИ, Дешифратор 5 коммутируетопределенное количество разрядовдатчика 6, соответствующее количеству разрядов двоичного кода числа К. Датчик 6 равномерно распределенных случайных чисел вырабатывает равномерно распределенные случайные числа в прямом и инверсном двоичном коде в интервале (0,1). Равновероятностный элемент 8 осуществляет равновероятный розыгрыш одного и четы" рех возможных исходов (секторов квадрата), Коммутатор 12 вырабатывает приращения по координатам х и у и соответствии с таблицей кодирования (Фиг, 7). Сумматор 13 осуществляет Формирование координат очеред-ного узла траектории случайногоблуждания,Устройство осуществляет построение траектории случайного блужданияследующим образом.С центром в стартовом узле А,(фиг. 5) строится максимальный квадрат, принадлежащий исследуемой сеточной области, стороны квадрата располагают параллельно осям координат иаппроксимируют лежащими на них и 8 К узлами области (Фиг, 6), где К равно половине числа узлов области,лежащих на одной стороне квадрата, 15 кроме одного углового, Моделируетсяслучайный переход .с вероятностью1 1Р=-= из узла А в один из узловп 8 Копериметра квадрата (например, узел А, 20 Фиг. 5). Далее с центром в узле Астроится максимальный квадрат, разыгрывается случайный переход водин из узлов периметра этого квадрата и т,д. Повторение таких.случайных переходов порождает марковс"кую цепь, которая с вероятностью,равной единице, заканчивается награнице сеточной области. Для получения оценки решения уравнения Лап ласа в узле А, вычисляется среднееарифметическое случайных граничныхзначений от требуемого числа траек-торий квадратичного блуждания.Устройство квадратичного блуждания работает следующим образом,1Управляющий сигнал по входу 1открывает блок 4 элементов И, запускает датчик 6 равномерно распределенных случайных чисел и равновероятностный элемент 8 и через элементы задержки поступает соответственно на блок 10 сравнения ина сумматор 13Значение К по входу 2 устройства поступает на коммутатор 12 4 и через блок 4 элементов И - на дешифратор 5. По этому же входу значение К поступает на блок 10 сравнения и через блок 11 элементов НЕна коммутатор 12, По входу 3 уст ройства координаты стартового узлазаносятся в сумматор 13. Дешифратор 5 коммутирует соответствующеезначению К количество разрядов датчика 6. Прямой и инверсный код слузз чайного числа с датчика 6 черезблоки элементов И подаются на коммутатор 12. Сравненное значение прямого кода случайного числа и кодаО числа К с блока 10 сравнения поступает на коммутатор 12В зависимостиот кода, выбранного равновероятностным элементом 8 сектора квадрата,коммутатор 12 в соответствии с таблицей кодирования (фиг. 7) заноситприращения по координатам х и у всумматор 13, В последнем осуществляется формирование координат очередного узла траектории случайного. Регистр 14 с сумматором 15 помодулю два в цепи обратной связи 5представляет собой генератор одноразрядных псевдослучайных равномернораспределенных чисел. По каждомууправляющему сигналу, поступающемус входа 1 устройства на вход первого разряда регистров, с выхода первого разряда регистров снимаютсяодноразрядные равномерно распределенные псевдослучайные числа, которые поступают на входы двоичного 25дешифратора 16, Двоичный дешифратор 16 формирует единичный сигнална одном из своих четырех выходовв зависимости от кода двухразрядного случайного числа на его входе. ЗОКоммутатор 12 (фиг3) работаетследующим образом,Если, например. элемент 8 формирует единичный сигнал на первом выходе, то этот сигнал открывает блоки 17 - 17 и 18 элементов И. Зна 9 1чение числа К через первый блок 18двухвходовых элементов И и пятыйблок 19. двухвходовых элементов ИЛИпоступает на первый блок 20 трех Овходовых элементов ИЛИ. Единичныйсигнал, соответствующий случаю,когда К больше случайного числа,поступает с выхода блока 10 сравнения на пятый блок 17 з трехвходовых.элементов И. Единичный сигнал, соответствующий случаю, когда К меньшеили равно случайному числу, поступает с выхода блока 10 сравнения навосьмой блок 17 трехвходовых элементов И. Прямой (обратный) код случайного числа с датчика 6 через пятый .(восьмой) блок 17. (17 ) трехвходовых элементов И и третий (четвертый) блок 19 (19 ) двухвходовыхэлементов ИЛЙ поступает на второйблок 20 трехвходовых элементов ИЛИ.На выходе коммутатора 12 образуются приращения по координатам х и у всоответствии с таблицей кодирования(фиг, 7), Коммутатор 12 работаетаналогичным образом, если равновероятностный элемент 8 формируетединичный сигнал на втором, третьемили четвертом выходе.Сумматор 13 (фиг. 4) работаетследующим образом,Координаты стартового узла А,по входу 3 устройства через блоки 23и 23 элементов ИЛИ поступают на регистры 21 и 21 . Приращения по коор 1 здинатам х и у с коммутатора 12 поступают на регистры 21 и 21По уп 4равляющему сигналу с элемента 7 задержки операнды суммирования с регистров 21 поступают на входы комбинационных сумматоров 22, через блоки 23 элементов ИЛИ - на регистры 21и 213,Использование предлагаемого устройства в составе универсальной илиспециализированной ЭВМ для решениясеточных однородных эллиптическихуравнений (например, уравнения Лапласа) в прямоугольных областях позволяет сократить время решения задачи по сравнению с известным устройством в (2 к+1) раз.Формула изобретенияУстройство для моделирования квадратичного блуждания, содержащее первый и второй блоки элементов И, дешифратор, датчик равномерно распре" деленных случайных чисел, равно-.вероятностный элемент, коммутатор, сумматор, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами коммутатора, первый информационный вход которого соединен с первым выходом равновероятностного эле" мента, второй информационный вход коммутатора соединен с.выходом первого блока элементов И, первая группа входов которого соединена соответственно с выходами дешифратора, прямые выходы датчика равномерно распределенных случайных чисел подключены соответственно к входам второй группы первого блока элементов И, первая группа входов второго блока элементов И является входом запуска устройства и соединена с входом запуска равновероятностного элемента, 5 12 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, оно дополнительно содержит первый и второй элементы задержки, третий блок элементов И, блок сравнения и блокэлементов НЕ, вход запуска устройства соединен с входом запуска датчика равномерно распределенных случайных чисел, и входами первого и второго элементов задержки, выход второго блока элементов И подключен к входу дешифратора, выходы которого подключены к входам первой группы третьего блока элементов И, вторая группа входов которого соединена соответственно с инверсными выходами датчика равномерно распределенных случайных чисел, прямые выходы датчика равномерно распределенных случайных чисел подключены соответственно к входам первой группы блока сравнения, вход разрешения сравне 59280 бния которого соединен с выходом.первого элемента задержки, входы второйгруппы блока сравнения соединены .соответственно с входами блока элемен-тов НЕ, с третьим информационнымвходом коммутатора, второй группой,входов второго блока элементов Ии является первой группой входовввода исходных данных устройства, 1 о выход второго элемента задержки подключен к входу разрешения суммиро"вания сумматора, группа входов установки исходного состояния которогоявляется второй группой входов вво да исходных данных устройства, второй, третий и четвертый выходы равновероятностного блока, выходатретьего блока элементов И, блокасравнения и блока элементов НЕ 20 подключены к соответствующим ин. формационным входам коммутато -1259280 2 к 2 к К цг.б Составитель В. ФукаловРедактор Н. Яцола Техред И.Попович Корректор А. Зимокос каз изводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная 23/47 Тираж 67) ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 133035, Москва, Ж, РауПодписикомитета СССРи открытийская наб , д 4/5