Устройство для формирования случайных и псевдослучайных чисел

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВА ЕШЯ СЛУЧАЙНЫХ И ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ , содержащее г нератор случайных чисел, группа выходов которого соединена с группой входов .блока элеMeHtoB И соответственно, вход которого йвляется управлякнцим входом . устройства, а группа выходов блока элементов И соединена с группой входов генератора псевдослучайных чиdeл-соответственно , группа вшгодов которого, является первой группой выходов устройства,, вход синхронизацйИ генератора псевдослучайнйх Чисел подключен к выходу генератора тактовых иушулвсов, о т л и чающее тем, что, с целью побыше ния надежности оно содержит два блока индикации сбоя, два элемента ИЛИ даа элемента И, элемент НЕ-Й, два делителя частоты, два йлетвайта задержки и блок анализа контроля, первый вход которого подклю 1ен к выходу первого элемента И, вход Которого подключен k выходу первого делителя частотй, а второй вход первого элемента И подключен к выходу первого элемента ИЛИ, входы которого подключены к группе выходов первого блока индикации сбоя соответственно, группа входов . которого подключена к группе выХодов генератора псевдослучайных чисел и входам элемента НЕ-И соответственно , выход которого «подключен к входу Установка генератора псевдослучайных чисел и второму входу блока анализа контроля, вход Установка которого являемся входом Установка устройства, второй группой в з1ходов которого является группа выходов блока анализа контроля, третий вход которого подкл10чен к выходу второго элемента И, . первый вход которого подключен к выходу второго де/1Ителя частоты, а второй вход второго элемента И подключен к выходу второго элемента ИЛИ, входы которого подключены к группе выходов второго блока инг дикации сбоя соответственно, группа входов, которого подключена к групО ) пе выходов генератора случайных исел соответственно, выход генера .тора тактовых импульсов подключен к входам обоих делителей частоты, выходы которых соответственно через первый и второй элементы задержки подключены к входам Установка первого и второго блоков индикации сбоя, 2. Устройство по П..1, о т л и го кэ чающееся тем, что каждый блок индикации сбоя содержит груп- i пу триггеров, группу сумматоров по I СП модулю два: и группу элементов заNd де{эжки, входы которых подключены к пёрВЁВЛ входам соответствующихсумматоров .по модулю два группы и являются группой Входов блока, вьпсоды элементов задержки груНпы подключены к вторым входам соответствующих сумматоров по модулю два группы, выходы которых подключены к нулевым входам соответствующих триггеров группы, единичные входы которых , объединены и являются, входом Установка блока, группой выходов которого являются выходы триггеров группы.

aisSUan À

З(5В а 06.F 7 58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕЧ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬЩ48 (21) 2919627/18-24 . (22) 05.05.80 (46) 15.04.83. Вюл. В 14 (72} В.A.Песошин, В.Ф. yces, И.К.Галеев, О.И.Дапин, Г.Н.Иванов, В.М.Кузнецов, Г.И.Кренгель и A.Ó..Початков (53) 681.325(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 678653, кл. Н 03 К 3/84> 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

9 622136, кл. G 06 F 7/58, 1978 (прототип) . (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО. ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СЛУЧАЙНЫХ И ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ, содержащее генератор случайных чисел, группа выходов которого соединена с группой входов блока эле" ментов И соответственно, вход которого является управляющим входом устройства, а группа выходов блока элементов И соединена с группой входов генератора псевдослучайных чисел соответственно, группа выходов которого является первой группой выходов устройства,.-вход синхронизацни генератора псевдослучайных чисел подключен к выходу генератора тактовых импульсов„ о т л и ч а ющ е е а я тем, mo, с целью повыше ния надежности, оно содержит два блока индикации сбоя, два элемента

ИЛИ два элемента И, элемент НЕ-Й, . два делителя частоты, два элемента задержки и блок анализа контрбля, первый вход которого подключен к выходу первого элемента И, первый вход которого подключен к выхОду первого.делителя частоты, а второй ю вход первого элемента И подключен к выходу первого элемента ИЛИ, входы которого подключены к группе выходов первого блока индикации сбоя соответственно, группа входов . которого подключена к группе вы- ходов генератора псевдослучайных чисел и входам элемента HE-И соответственно, выход которого, подключен к входу Установка .генератора псевдослучайных чисел и второму входу блока анализа контроля, вход Установка которого являе ся входом Установка устройства, второй группой выходов которого является группа выходов блока анализа ... контроля, третий вход которого подключен к выходу второго элемента И, первый вход которого подключен к выходу второго делителя частоты, а второй вход второго элемента И подключен к выходу второго элемента

ИЛИ, входы которого подклеены к группе выходов второго блока индикации сбоя соответственно, группа 3 входов. которого подключена к группе выходов генератора случайных чисел соответственно, выход генератора тактовых импульсов подключен к входам обоих делителей частоты, выходы которых соответственно через первый и второй элементы задерж ки подключены к входам установка : первого и второго блоков индикации сбоя.

2. Устройство по п.:1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что каждый блок индикации сбоя содержит группу триггеров, группу сумматоров по модулю два .и группу элементов задержки, входы -которых подключены х первьик входам соответствующих сумматоров .по модулю два группы и являются группой вхбдов блока, выходы элементов задержки группы подключены к вторим входам соответствующих сумматоров по модулю два группы, выходы которых подключены к нулевым входам соответствующих триггеров группы, единичные входы которых объединены и являются. входом Установка блока, группой выходов которого являются выходы триггеров группы.

1012252

i0

3. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок анализа контроля содержит три счетчика и две группы по три в каждой триггеров нулевые входы которых объединены между собой и с установочными входами счетчиков и являются. входом Установка блока, единичные входы триггеров первой группы подхлю1 изобретение относится к области вычислительной техники и может най" ти применение при статическом мо" делировании в электронных вычислйтельных машинах.

Известен генератор псевдослучайных чисел, содержащий регистр сдви"

ra co схемой линейной обратной связи, тактовый генератор, счетчик с переменным коэффициентом счета, RS-триггер, элемент совпадения, Коммутатор режимов, переключатель режимов, формирователь импульсов (1 )

Недостатками такого генератора являются отсутствие возможносТи генерирования случайного процесса, а также ограниченные функции контроля и невозможность устранения сбойных ситуаций.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является генератор, содержащий генератор случайных чисел, блок элементов И, генератор псевдослучайных чисел, со" стоящий из первого и второго блоков сумматоров по модулю два и регистра сдвига, бЛок управления, включающий в себя переключатель, и блок сопряжения $2 g.

НедосТатком прототипа является

4 недостаточная надежность работы устройства, возможно Tb невосстановимого сбоя в режиме формирования псевдослучайных чисел, т.е. обнуление генератора псевдослучайных чй" сел, из состояния которого он самостоятельно выйти не может, отсутствие элементов контроля рабоТоспо" собности генератора случайных чисел и генератора псевдослучайных чисел.

Цель изобретения - повышение надежности устройства. поставленная цель достигается тем, что в устройство для формирования случайных и псевдослучайных чисел, содержащее генератор случайных чисел, группа выходов которого соединена с группой входов блока эле" ментов И соответственно, Вход которого является управляющим входом чены к счетным входам соответствуЮщих счетчиков и являются соответственно первым вторым и третьим входами блока, а выходы счетчиков подКлючеиы к единичным ВходаМ сОотВЕт.сТвующих Триггеров второй груйпы, выходы триггеров обеих групп об, разуют группу выходов блока.

2 устройства а группа выходов блока элементов И соединена с группой входов генератора псевдоелучайных чисел соответственно, группа выходов которого является первой группой выходов устройства, вход синхронизации генератора псевдослучайных чисел подключен к выходу генератора тактовых импульсов, введены первый и второй блоки индикации сбоя, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй эЛементы И, элемент НЕ-И> первый и второй делители частоты, первый и второй элементы задержки и блок анализа контроля, первый вход которого подключен к выходу первого элемента И, первый вход которого подключен к выходу первого делителя частоты, а второй вход первого элеМента И подключен к выходу первого элемента ИЛИ, входы которого подключены к группе выходов пер". вого блока индикации сбоя соотВетственно, группа входов которого подключена к группе выходов re" нератора псевдослучайных чисел и вхб дам эЛемента НЕ И соответственно, выход которого подключен К входу установка генераТора ПсевдосМУ чайных чисел и второму входу блока

30 анализа контроля, вход. УстановКа которого является входом Ус" тановка устройства, второй группой выходов которого является группа выходов блока анализа контроля, третий

35:вход которого подключен к выходу второго элемента И, первый вход Которого подключен к выходу второго делителя частоты, а второй вход второго элемента И подключен к выходу второго элемента ИЛИ, входы которого подключены к группе выходов второго блока индикации сбоя соответственно, группа входов которого подключена к группе выходов генератора случайных чисел соответственно, выход генератора тактовых импульсов подключен к входам первого и второго де.лителей частоты, выходы которых соответственно через первый и второй

50 элементы задержки подключены к вхо1012252 дам первого и второго блоков индикации сбоя

Каждый блок индикации сбоя содерч? жит группу триггеров, группу сумматоров по модулю два и группу элементов задержки, входы которыХ подключены к первнч входам соответствукицих сумматоров . по модулю два группы и являются группой входов . блока, выходы элементов задержки группй подключены к вторьм входам. соответствукщих сумматоров По модулю два группы, выходы которых подключены к нулевьве входам соответствующих триггеров группы, единичные входы которых объединены и являются. 15 входом Установка блока, группой выходов которого являются выходы триггеров группы.

Кроме того, бЛок анапнза контропя содержит три счетчика и две группы .2О по три и каждой триггеров, нулевые входы которых объединены между собой и с установочнююи входами сЧет чиков и являются входом Установка блока, единичные входы триггеров первой группы подключены к счетно входам соответствуюцих счетчиков и являются соответственно первые, sropw и третьим входами блока, а выходы счетчиков подключены к еди- у ничник входам соответствуюцих триггеров второй группы, выходы триггеров обеих групп образуют rpynny вы. ходов блока.

Íà ôèã;1 приведена блок-схема устройствау на фиг.2 - схема блока индикации сбоя; на фиг.3 - -схема блока анализа контроля.

Устройство содержит генератор 1 случайных чисел, блоК 2 элементов И, 40 генератор 3 псевдослучайных чисел, ге йратор 4 тактовых импульсовр блок 5 анализа контроля,-первый эЛемент 6 И, первый 7 делитель частоты, перВый элеМент 8 ИЛИ, первый блок 9 45 индикации сбоя, элемент 10 НЕ-И, второй элемент ll И, второй делитель 22 частоты, второй 13 элемент ИЛИ, второй блок 14 индикации сбоя, первый элеменТ 15 задержки, второй 5() элемент 16 задержки, выходы 17 и 18, вход 19.

Каждый блок индикации сбоя содеР жит элементы 20 задержки, суьааато" р 2l по модулю два. триггеры 22 55 входы 23, 24 и 25, выходы 26, 27 и 28, вход 29.

Блок анализа контроля содержит. вход 30, триггеры 31-36, счетчика 37"

39, входы.- 40-42, выходы 43-48.

Устройство может работать s даух режимах: режиме формирования ncesдослучайных чисел (для этого на вход 19 управления СЧ-ПСЧ необходимо подать сигнал 0 ) и режиме формирования случайных чисел (для 65 этого на вход 19 управления СЧ-ПСЧ необходимо подать сигнал 1 ) .

Генератор 1 случайных чисел вы рабатывает равномерно распределен-, ные случайные числа.

Блок 2 элементов И служит для подключения выходов генератора 1 случайных чисел к входам генератора 3 псевдослучайных чисел и содер-. жит .набор двухвходовых элементов И, на первые, входы которых подается сигнал с -входа 19 управления СЧ-ПСЧ, а на вторые входы подаются сигналы р выхода;генератора 1 случайных чи:ел.

Генератор 3 псевдослучайных чисел выполнен на основе регистра сдвига с сумматорами по модулю два в цепях обратных связей. При работе устрой- ° ства в режиме формирования случай- . ных чисел случайные сигналы, посту1 паюицие из генератора 1 случайных чисел смешиваются с псевдослучайными сигналами генератора 3 псевдослучайных чисел, улучмая при этом свои статистические характеристики;

Генератор 4 тактовых импульсов предназначен для синхронизации работы устройства.

Первый делитель частоты 7, выра- " батывающий управляюцие сигналы для контроля генератора 3 псевдослучайных чисел, настраивается на интервал времени m+1. Так как на выходе генератора 3 псевдослучайных чисел: прн исправной работе не может появиться более m сигналов 1 или а-1 сигналов ™О подряд, то выявление этих ситуаций говорит о неисправности генератора 3 псевдо.случайных чисел.

Второй делитель частоты 12, вырабатывакщий управлякщие сигналы для контроЛя генератора 1 случайных чисел, настраивается на интервал временн п+1. В режиме формирования случайных чисел черезмерно большие . пачки п саинаковых символов могут привести к значительным погреыностям статистического моделирования.

Информация о наличии подобных ситуаций во время работы устройства будет полезна для пользователя.

Блоки 9 и 14 индикаторов сбоя предназначены для анализа сигналов с выходов генератора 1 случайных чи;сел и генератора З.псевдослучай Йых Чисел и регистрации сбойной си;туации, эа некоторые заранее заданные делителями частоты 7 и 12 промежутки времени триггер данного разряда генератора 1 случайных чисел и генератора 3 псевдослучайных чисел ни разу не переключился.

Число элементов в блоке 9 ин.дикаторов сбоя равно числу выходов генератора 1 .случайных чисел.

1012252

Число элементов в блоке 14 индикаторов сбоя равно числу выходов генератора 3 псевдослучайных чисел.

Элемент задержки 20 и сумматор модулю два 21 позволяют сформировать запускающий сигнал на вход триггера

22, переводя его при этом в состояние О!, при любом изменении сигнала по входу 23(23-25).

Перед началом работы устройства все.триггеры 22 устанавливаются в 0 .(цепи установки в 0 не показаны).

Первый элемент ИЛИ 8 и первый элемент И б предназнаЧеиы для записи в блок 5 анализа .контроля Фактов сбоя, зарегистрированных в первом блоке 9 инДикаторов сбоя хотй бы по одному из кайалов.

Второй элемент ИЛИ 13 И вторОй элемент И 11 предназначены для записи в .блок 5 анализа контроля фактов сбоя, зарегистрированных во втором блоке 14 индикаторов сбоя хотя бы по одному из каналов.

Элемент НЕ-И 10 предназначен для выявления сбойной ситуации, заключающейся в обнулении генератора 3 псевдослучайных чисел (в регистре генератора 3 псевдослучайных чисел появляется комбинация

000...0, которая является нерабочей ситуацией).

Элемент НЕ-И 10 может быть выполнен в виде элемента И, на входы которого проходят сигналы через инверторы (элементы НЕ) .

Связь элемента НЕ-И 10 с генератором 3 псевдослучайных чисел позволяет вывести этот генератор из сбойной ситуации в следующеМ танте работы. Факт сбоя также регистрируется в блоке 5 анализа контроля.

Блок 5 анализа контроля предназйа чен для записи и обработки сигналов, поступающих из блоков 9 и 14 индикаторов сбоя и с элемента НЕ-И 10.

По входу 30 перед началом работы все триггеры 31-36, счетчики 37-39 устанавливаются в 0 (цепи ус. тановки в 0 не показаны).

На вход 40 подается сигнал с пер* .вого элемента И 6, на. вход 41 - c элемента НЕ-И 10 и на вход 42 - с. .второго элемента И 11.

Информация с выходов блоков 9 и 14 индикаторов сбой и с элемента НЕ-И 10 поступает на вход 40-42, запис ываетсй в. триггеры 31, 33 и

35 и в счетчики 37-39. .®

При переполнении сч етчиков 37-39 триггеры 32, 34 и 36 устанавливаются в 1 .

Контроль величины пачки одинаковых импульсов с каждого выхода генератора 1 случайных чисел производится при работе устройства в режиме формирования случайных чисел следующим образом.

Случайный сигнал с одного разря-! да генератора 1 случайных чисел пос» тупает на вход 23.(23-25) блока 14 индикаторов сбоя (фиг.2). Если сигнал по входу 23 не изменяется, то на выходе сумматора по модулю два 21 всегда формируется сигнал 0 (так как 0+0=0 и 1+1=0). В момент из" )0 менения логического сигнала по входу

23 на время, задаваемое элементом заДержки 20, на выходе сумматора по модулю два 21 формируется сигнал . 1 (так как 0+1=1 и 1+0=1) > кото.

15 рый .устанавливает триггер 22 в состояние 0 .

В начале цикла работы данной схемы контроля все триггеры 22 блока 14 индикации. сбоя устанавливаются в состояние 1 сигналом по входу 29 °

Если в период времени задаваемый вторым делителем частоты 12 сигнал по входу 23 изменяется хотя бы раз (с 1 на 0 или с 0 йа 1 ), то триггер 22 к моменту прихода ойрашивающего импульса оказывается в состоянни 0 . Эта ситуация считается нормальной. Если же за контрольный период времени сигнал по входу 23 ни разу не изменяется(постоянно 0 или постоянно 1 ), то триггер 22 так и остается- в состоянии 1, и в момент прихода onpa"" шивающего импульса этот сигнал 1 поступает через второй элемент ИЛИ 13 и второй элемент И ll на вход 42 блока 5 анализа контроля. Эта 1 свидетельствует о факте. Генерации Чрезмер

Но большой пачки одинаковых импульсов" с выхода генератора 1 случайнь1х чй40 сел, Через некоторый момент времени, опРеделяемый вторым элементом задерж- . ки 16, после опрашивающего импульса все триггеры 22 .блока .14 индикаторов

Я5 сбоя опять устанавливаются в состояние 1 сигналом, приходящим по овходу 29.

Контроль генератора 3 псевдослу-. чайных чисел, производимый в режиме я Формирования пс вдо лучайных чисел, происходит аналогичным образом с помощью первого блока 9 индикаторов сбоя первого делителя частоты 7> первого элемента ИМИ 8, первого элемента И б и блока 5 анализа контроля, Контроль обнуления генератора 3 псевдослучайных чисел происходит следукцим образом.

В момент формирования в регистре генератора 3 псевдослучайных чисел комбннации 000...0 элемент НЕ-И 10 срабатывает, формируя на выходе сигнал 1, Этот сигнал идет в блок 5 анализа контроля и в гене65 ратор 3 псевдослучайных чисел, лик1012252 видируя тем самым эту сбойную си. туацию для режима .формирования псев- дослучайных чисел, например, путем занесения 1 в первый разряд генератора 3 псевдослучайных чисел (т.е.комбинация 000...0 заменяется искусственно на комбинацию 100...0).

В случае абсолютно безотказной работы генератора 3 псевдослучайных чисел комбинация 000 ° ..0 никог-. да не возникает, При формировании чисел блок 5 анализа контроля проводит счет фактов сбоя по всем блокам контроля (т.е. блокам 9 и 14 индикаторов сбоя и элементу НЕ-И 10) °

По окончании формирования массива случайных (псевдослучайных) чисел следует этап контроля.

Результаты контроля генератора. 3 псевдослучайных чисел классифицируются следукщим образом:

1. Если триггеры 31 и 32 находятся в 0, то В=О, где Р— число: фактов сбоя выявленных первым блоком 9 индикаторов сбоя, т.е., сбои отсутствовали.

2. Если триггер 31 находится в 1, а триггер 32 в 0, то

0CPQL, где L — модуль пересчета счетчика 37, т.е. произошли незначительные сбои.

3. Если триггеры 31 и 32 находятся в 1, то В> L, что расценивается как отказ генератора 3 псевдослучайных чисел.

Результаты контроля генератора 3 псевдослучайных чисел элементом

НЕ-И 10 классифицируются следукщим образом:

1. Если триггеры 33 и 34 находятся в 0, то К=О, где К - число фактов сбоя выявленных элементом

НЕ-И 10, т.е. сбои отсутствовали.

2. Если триггер 33 находится в 1, а триггер 34 находится в 0, то 0

3. Если триггеры 32 и 34 находятся в 1, то k2K что расценизается как отказ генератора 3 псевдослучайных чисел.

15 Результаты контроля генератОра 1 случайных чисел вторьм блоком 14 . индикаторов сбоя классифицируются следукщим образом:

1. Если триггеры 35 и 36 находятся в 0, то f = О, где f— число фактов сбоя, вйявленных блоком 14 индикаторов сбоя„ т.е. сбои отсутствовали.

2. Если триггер 35 находится в 1,, а триггер 36 находится в 0 то 0

3. Если триггеры 35 и 36 находятся в 1, то f)F, что расценивается как отказ генератора 1 случайных чисел.

Использование предлагаемого изобретения позволяет увеличить надеж-. ность работы путем выявления характерных для данного устройства сбойных ситуаций.

1012252 фагЗ

Составитель A.Êàðàñoâ

Редактор Л.Веселовская Техреду И. Гайду

Корректор Г.Решетник .

Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 2766/60 . Тираж 704

Вниипи Государственного комитета сссР по делам изобретений и открытий

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