Генератор случайного потока чисел

 

ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПОТОКА ЧИСЕЛ, содержащий генератор такто-, вых импульсов, выход которого соединен с входом датчика случайных чисел, реверсивный счетчик, выходы .которого являются выходом генератора , отличающийся тем, что, с целью повышения его точности , он содержит регистр сдвига, дешифратор, сумматор по модулю два, элемент ИЛИ, элемент,И, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, установочный вход которого объединен с первым входся элемента ИЛ и подключен к выходу дешифратора, вход первого разряда которого объединен с управляющим входом реверсивного счетчика , с первым входом cyi waTopa по модулю два, с информационным входом регистра сдвига и подключен к выходу датчика случайных чисел, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом элемента И и с . входом Сдвиг. регистра сдвига, выход последнего разряда которого соединен с вторым входом сумматора по модулю два, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом элемента И,выходы всех разрядов, кроме-последнего, регистра сдвига соединены с входами всех разрядов : кроме первого, дешифратора, инфор (Мационный вход ревеЕ сивного счет чика является информационным входом генератора. W М

СОЮЗ СОЭЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) G 06 F 7 58

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ..-;-," "/ (21) . 3456067/18-24 (22) 23.06.82 (46) 07.11.83.. Вюл. )) 41 (72) В.Ф.Ким и Н.К.Козин .(53) 681.325 (088.8) (56) .1. Авторское свидетельство СССР

9 767746, кл.Q 06 Р 7/58, 1978.

2. Повышение верности передачи цифровой информации по дискретным каналам. -Ин"т проблем передачи информации AH СССР. М., "Наука", 1974, с. 198 (прототип) . (54)(57) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПОТОКА

ЧИСЕЛ, содержащий генератор тактовых импульсов, выход которого сое-. динен с входом датчика случайных чисел, реверсивный счетчик, выходы .которого являются выходом генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения .его точности, он содержит регистр сдвига, дешифратор, сумматор по модулю два, эЛемент ИЛИ, элемент И, выход кото-., рого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, установочный вход которого объединен с первым входом элемента ИЛ)1.и подключен к выходу дешифратора, вход первого разряда которого объединен с управляющим входом реверсивного счетчика, с первым входом сумматора по модулю два, с информационным входом регистра сдвига и подключен к выходу .датчика случайных чисел, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом .элемента И и с входом Сдвиг" регистра сдвига, выход последнего разряда которого соединен с вторым входом сумматора по модулю два, выход которого соединен . c вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторьв1 входом элемента И,выходы всех разрядов, кроме:последнего, регистра сдвига соединены с входами всех разрядов кроме первого, дешифратора, инфор мационный вход реве1)сивного счет1чика является информационным входом генератора.

1053106 где сg — период следования импуль» сов с ГТИ. Одновременно импульсы с выхода генератора 1 поступают на счетный вход реверсивного счетчика 5 через логический элемент И

6. Таким образом, счет происходит только в тот момент времени, когда на другом входе элемента И 6 действует единица.

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для устройств, осуществляющих аппаратур-, ный синтез моделей случайных процессов.

Известен генератор случайных сигналов, содержащий источник шума, блок формирования ядер спектральной плотности, включающей в себя модуляторы, генератор базисных функций, блок формирования спектральной плот- 1О ности, фазовращатели, линии задержки, блоки весовых коэффициентов, три сумматора и два перемножите.— à Е1)Однако генератор позволяет фор- 15 мировать случайный процесс с законом распределения, близким к нормальному, но только при сравнительно большом числе формирующих каналов, что приводит к необоснованному усложнению устройства в том случае, когда не накладываются строгие требования по формированию спектральной плотности и управлению ею в широких пределах.

Наиболее близким к изобретению является генератор случайных потоков чисел, содержащий генератор тактовых импульсов, выходами подключенный к датчику случайных чи- ел 30 (ДСЧ). формирователю потока и к делителю частоты, счетчик, счетным входом подключенный к ДСЧ через формирователь потока, шиной считывания— к делителю частоты непосредственно, а шиной "Сброс"-через линию задержки, выходами — к выходу генератора через последовательно включенные цифро-аналоговнй преобразователь и интегратор (2) .

Совокупность указанных элементов 40 и связей позволяет получить нормальное распределение вероятностей, которое определяется распределением потока импульсов с выхода формирователя потока. 45

Однако обеспечение процесса с распределением вероятностей, близким к нормальному, сопровождается значительными искажениями спектральных свойств выходного процесса, которое порождает большие неравномерности спектральной плотности в рабочей области. частот, приводящие к недостоверному контролю испытуемых изделий.

Целью изобретения является повышение точности равномерности спектральной плотности в рабочей области частот.

Для достижения поставленной цели в генератор случайного потока чисел, 6О содержащий генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом датчика случайных чисел, реверсивный счетчик, внходн которого являются выходом генератора, вве2 дены регистр сдвига, дешифратор, сумматор по модулю два, элемент ИЛЙ, элемент И, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, установочный вход которого объединен с первым входом элемента

ИЛИ и подключен к выходу дешифратора, вход первого разряда которого объединен с управляющим входом реверсивного счетчика, с первым входом сумматора по модулю два, с информационным входом регистра сдвига и подключен к выходу датчика случайных чисел, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом элемента И и с входом "Сдвиг" регистра сдвига, выход последнего разряда которого соединен с вторым входом сумматора по модулю два„ выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом элемента И, выходы всех разрядов, кроме последнего, регистра сдвига соединены с входами всех разрядов, кроме первого, дешифратора информационный вход реверсивного счетчика является информационным входом генератора.

На фиг. 1 приведена блок-сХема генератора, на фиг. 2 — кривая формируемого распределениями на фиг. 3 и 4 — графики функций автокорреляции.

Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов (ГТИ), датчик 2 случайных чисел, регистр 3 сдвига, счетный вход 4 реверсивного счетчика 5, элемент 6 И, дешифратор 7„ сумматор 8 по модулю два, управляющий вход 9 реверсивного счетчика 5, а также его установочные входы 10 и 11, элемент 12 ИЛИ.

Генератор работает следующим образом.

Датчик 2 случайных чисел. генерирует двоичную последовательность независимых одноразрядных чисел

g"(<) принимающих значение "нуль" и."единица" с вероятностью, близкой к 0,5. Эта последовательность под действием импульсов с выхода генератора 1 тактовых импульсов записывается синхронно в регистр 3, сдвига, при этом на К-выходах регистра 3 формируются последова-, тельности

I х (teiо1; х" ((+2<0 ; x (t,t 3 < о1>.„, х"(1+ КЯ, .1053106 с к к!

n g» » !(y,-n)lg» n!(k-nl!)» к=ео,м, 50

0 t 1 (2 3 Р 4

-4 (-3 -2 ) 1

Фактическая вероятность

«10 3

3,91 31,2 109,4 218,7 273,4 218,7 109,4 31,2 3,91

Гипотетическая вероят-. ность " 10 5,16 29,84 104,4 219,2 282,1 219,2

104,4 29,84 5,16

В тот момент, когда на выходе датчика 2 и на K-1-выходах регистра 3 установится такое К-разрядное число, на которое настроен дешифратор 7, то на входе 10 управления установкой счетчика устанавливается единица и числоЭ с. информационных входов 11 счетчика

5 переписывается по счетному импульсу на выход. Так как на выходах регистра 3 формируется многоразрядное число с равномерным распределением вероятностей, то состояние, соответствуюшее настройке дешифратора 7; может произойти с вероятностью Рк = 2." Если при- 15 нять во внимание, что вес единиц . на входах дешифратора 7 + 0;5 а вес нуля — 0,5 то число на

1 информационных входах 11 должно быть равно 20 и - ltlg

З,I где и - количество единиц, опреД деленное настройкой дешиф; ратора;

/ в - количество нулей, определенное настройкой дешифратора, и е =к- число входных разрядов деA. А шифратора.

Дальнейшая работа генератора определяется сумматором 8 по модулю два. Если потенциалы на выходе датчика 2 и на выходе К-ro разряда регистра 3 совпадают, на выходе. 35 сумматора 8 по .модулю. два - нуль и логический элемент И б заперт для прохождения счетных импульсов, состояние счетчика 5 не иэменяетсяк

Если же потенциалы разные,.логичес- 40 кий элемент И 6 открыт и счетчик, в зависимости от состояния входа 9 управления реверсом, увеличивает, (при единице) и уменьшает (при нуле) свое состояние на выходе генератора по счетному импульсу.

Таким образом, можно записать состояние выходов счетчика, которое

;определяется количеством нулей и единиц на входах дешифратора 7

К-4

3(Ц=Х х(1+ 20), inO где «(Ц= х" Щ- 0,5.

Действительно, если выход датчика 2 и К-разряд регистра 3 имеют 55 единичное (нулевое) состояние, то фактическая сумка9="= не изменяется, так как вошедшая единица (нуль) на выходе ДСЧ 2 скомпенсирована вы-, шедшей единицей (нулем) в К-разрядах регистра 3. Если же потенциалы разные, нуль на выходе датчика 2 свидетельствует об уменьшении суммы на единицу, и единица — об увеличении.

Дешифратор 7 выполняет функции периодической проверки (установки) состояния счетчика 5, чем обеспечивается устойчивость работы от воздействия случайных помех./ (1)/ принимает максимальное значение в том случае, когда.я=к или m=g при этом им соответствуют состояния счетчика 0(2 или п)7 . Изменение чисел по каждому такту йа выходе счетчика 5 составляет: +1; О," -1. учитывая равномерность распределения вероятностей чисел на входах дешифратора 7, можно определить вероятность появления .той или иной суван. Так, вероятность появления — равна 2 " вероятность РомеЯ жуточных значений определяется по формуле

Так как выходной процесс (1) исходя из алгоритма работы генератора, определяется суперпозицией независимых процессов с одинаковым законом распределения вероятностей, то, руководствуясь центральной предельной теоремой, при больших значениях К гипотетическое распределение вероятностей является нормальным распределением чисел разрядность которых можно определить о формуле где старший разряд определяет знак числа, а количество уровней кванто-. вания равно К+1.

Так, например, для К=8 выходной процесс может принимать значения

g(t) G (-4,-3,...,0,...+4 . Вероятности появления событий сведены в таблицу.

1053106

Puw раслр

-J Р (Риг. Г

u z O в ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° е ° а ° ° ° . ° Ф ° ° ° ° ° ° е

s д-У f

Иэ таблицы и фиг. 2, видно, что уже при К=8 распределение вероятностей мало отличается от нормального.

Таким образом, предлагаемый генератор, основанный на принципе увеличенйя, уменьшения или сохранения суммы весов единиц и нулей К-разрядного двоичного числа на времен-, ном интервале, равном ширине, главного лепестка функции автдкорреляции процесса с выхода дСЧ, и его схемо-. техническая реализация позволяет получить новый процесс с распределением чисел, близким к нормальному, с числом уровней квантования, равным К+1, центрированным в нуле и с функцией автокорреляции по форме, соответствующей форме исходного процесса с точностью до масштабного коэффициента К по осям абсцис-. и ор динат.

Использование предлагаемого генератора вместо генератора с источником шума 2Г401, являющегося базовым объектом, позволяет гарантировать все статические характеристики моделируемого процесса, что избавляет оператора от необходимости

1О непрерывно поддерживать постоянным уровень спектральной плотности, а также отпадает необходимость применения внешних измерителей, что делает. аппаратуру высокотехнологичной.

Ожидаемый экономический эффект от использования генератора составит ориентировочно 5 тыс.руб в год.

1053106

Составитель A.Êàðàñîâ

Редактор О.Юрковецкая Техред И,Тепер Корректор A.Ýèìîêîñîâ

Закаэ 8873/47 Тираж 706 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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