Генератор случайных двоичных чисел

 

ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ДВОИЧНЫХ ЧИСЕЛ, содержащий генератор пуассоновского потока импульсов, выход которого подключен к прямому входу элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с входом равновероятностного двухполюсника, первый выход которого соединен с входом делителя частоты, п-разрядный двоичный счетчик, выходы разрядов которого соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы , выходы которых являются разрядными выходами генератора, первый элемент И, выход которого является знакошлм выходом генератора, а первый вход первого элемента И является входом Опрос генератора и соединен с вторыьш входами элементов И группы и инверсным входом элемента ЗАПРЕТ, от л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены (h+1)- разрядный реверсивный двоичный счетчик, группа элементов НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ, второй элемент И, первый, второй и третий элементы задержки, при этом вычитающий и суммирующий входы реверсивного счетчика подключены соответственно к первому и второму выходам равновероятностного двухполюсника выход переноса делителя частоты соединен с входами первого и второго элементов задержки, выходы которых соединены соответственно с входом Сброс (nt1)-разрядного реверсивного двоичного счетчика и входом Установка )азрядного двоичного счетчика, (Я подключенным к первому входу второго элемента И, выход которого через третий элемент задержки соединен со счетным входом п -разрядного двоичного счетчика, выходы п младших разрядов (п+1)-разрядного реверсивного двоичного счетчика подключены UD к первым входам одноименных элементов эо НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ группы, выходы СП которых сЬединены с информационными входами одноименных разрядов цраз00 рядного двоичного счетчика, вторые входы элементов НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ группы с вторым входами первого и второго элементов И и подключены к выходу старшего ()-ro разряда (п+ 1)-разрядногЬ реверсивного двоичного счетчика.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) 1594 G 06 F 7 8. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ц

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

79 д

1 (2 I ) 3759 773/24-24 (22) 22.06.84 (46) 15.12.85. Бюл. В 46 (72) А.С.Анишин, Н.С.Анишин и

В.В.@еренков (53) 681.333 (088.8) (56) Патент Великобритании

11» 1382048, кл . G.11 О, .!975.

Авторское свидетельство СССР

У 1062697 кл. G 06 F 7/58, 1982 . . Гладкий В.С. Вероятностные вычислительные модели.-N.: Наука, 1973, с. 45. (54) (57) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ДВОИЧНЫХ ЧИСЕЛ, содержащий генератор пуассоновского потока импульсов, выход которого подключен к .прямому входу элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с входом равновероятностного двухполюсника, .первый вы ход которого соединен с входом делителя частоты, и -разрядный двоичный счетчик, выходы разрядов которого соединены с первыми входами соответствующих элементов И груп пы, выходы которь.х являются разряд . ными выходаии генератора, первый элемент И, выход которого является знаковыи выходом генератора, а первый вход первого элемента И яв.ляется входои "Опрос" генератора и соединен с вторыми входами элементов И группы и инверсным входом элемента ЗАПРЕТ, о т л и ч.а ющ и и сятем,,что, с целью повышения точности, в него введены (и+1)- разрядный реверсивный двоичный счетчик, группа элементов

НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ, второй элемент

И, первый, второй и третий элементы задержки, при этом вычитающий и суииирующий входы реверсивного счетчика подключены соответственно к первому и второму выходам равновероятностного двухполюсника» выход переноса делителя частоты соединен с входами первого и второго элементов задержки, выходы которых соединены соответственно с входом "Сброс" (nt 1)-разрядного реверсивного двоичного счетчика и входом "Установка" Я ь-разрядного двоичного счетчика, подключенным к первому входу второго элемента И, выход которого через С: третий элемент задержки соединен со счетным входои и -разрядного двоич- ф ного счетчика, выходы младших разрядов (ь+1) разрядного реверсивно

ro двоичного счетчика подключены к первыи входам одноименных элементов

НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ группы, выходы которых сбединены с информационными

3Ваий входами одноименных разрядов и- разрядного двоичного счетчика, вторые входы элементов НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ группы соединены с вторыми входами первого и второго элементов И и подключены к выходу старшего (n+1)-го разряда (n+ 1)-разрядного реверсивного дво- фв ичного счетчика. т 1 1

Изобретениеотносится к вычислительной технике и может быть использовано при построении датчиков нормально распределенных двоичных чисел с нулевым средним и регулируемым средне-квадратическим отклонением.

Цель изобретения - повышение точности работы генератора. за счет приближения коэффициента эксцесса кривой распределения формируемых случайных чисел к нулю.

На фиг.1 приведена структурная схема генератора; на фиг.2 - структурная схема одного элемента НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ; на фиг.3 - кривая

I р аспредел ения чисел, формируемых известным генератором, гауссовая кривая 11 с той же дисперсией, что и кривая I, кривая I I I распределения чисел, формируемых предложенным генер ат ором.

Генератор случайных двоичных чисел содержит генератор 1 пуассоновского потока импульсов, элемент

ЗАПРЕТ 2, равновероятностный двух. полюсник 3, делитель 4 частоты, реверсивный счетчик 5, группу 6 элементов НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ, счетчик 7, группу 8 элементов И, первый 9 и второй 10 элементы И, первый 11, второй 12 и третий 13 элементы задержки. Кроме того, каждый элемент

НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ содержит элемент

И 14, элемент И 15 с инверсными входами и элемент ИЛИ 16 с инверсным выходом.

Генератор работает следующим образом.

Пуассоновский поток импульсов интенсивностью 2 Л с выхода генератора 1 через открытый в отсутствие импульсов опроса элемент ЗАПРЕТ 2 поступает на вход равновероятностного двухполюсника 3; На выходах двухполюсника 3 образуются два независимые пуассоновские потока с интенсивностью 3. Первый поток интенсивностью Л поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 5, второй.поток той же интенсивности Дна вычитающий вход реверсивного счетчика 5 и вход делителя 4 частоты.

На выходе делителя 4 образуется поток Эрланга k ro порядка с параметром il, где (k +1) коэффициент деления делителя 4 частоты, Дпя облегчения анализа работы генератора временно отключают вы198518 2 читающий вход реверсивного счетчика 5. Тогда за интервал времени, определяемый i импульсами потока

Эрланга k-го порядка с параметром

/ в реверсивиый счетчик 5 поступает

2 = О, l,2,... импульсов потока Я с вероятностями е е "+"

10 с, " р, Распределение (1 ) является симметричным биномиальным раснределением, приближающимся при возрастании К 7-8 к гауссовой кривой с

15 параметрамн rn k H 4 =2k.

Коэффициент эксцесса кривой распределения (1) — убывает

2 к+1 с возрастанием k.

Для приведения распределения (1)

В, к центрированному (m=0) нормальному распределению необходимо в каждом цикле работы генератора уменьшать состояние реверсивного счетчика 5 на К единиц. С этой целью вычитающий

25 вход реверсивного счетчика 5 подключен к входу делителя 4 частоты.

Состояния реверсивного счетчика 5к моментам появления импульса на . выходе делителя 4 частоты представлены либо в прямом Х, либо в до

ЗО полнительном Х кодах. Признаком распознавания формы кодов (прямой или дополнительной) является состояние с „,„б 0,1старшего (и+1)-го разряда реверсивного счетчика 5, число (и+1 ) разрядов которого определяется из соотношения и ) 1оу2 (k+I+3É ), (Z)

При а „+ „ 0 (1 ) группа 6 элементов

НЕВКВНВВЛЕЙТНОСТВ (кажкыр ик которых

40 реализует логическую функцию x„gyes„g ) передает состояние разрядов pesep° сивного счетчика 5 на информационные входы разрядов счетчика 7 без изменения (с инверсией)..

Если а„„-1, то дополнительно через открытый второй элемент И 10 импульсы записи (установкн) инверсного кода реверсивного счетчика 5.: в счетчик 7 спустя небольшое время

50 ь,определяемое третьим элементом задержки 13, суммируются в счетчи ке 7, реализуя преобразование дополнительного кода Х в прямой

Х„=Х . 1 .

55 В любом случае (ащ „0 или 1) в счетчике 7 присутствует случайное двоичное число с односторонним нормапьным распределением (кривая

3 11985

1 I I фиг.З) . Знак числа определяется состоянием а старшего разряда репи версивного счетчика 5, которое поступает на знаковый вентиль (первый элемент И 9 генератора.

Очередность срабатывания основных элементов генератора определяется величинами соответствующих элементов задержек. Каждый импульс с выхода делителя 4 частоты через время Т Ig определяемое вторым элементом задержки 12 и необходимое для завершения переходного процесса в реверсивном счетчике 5, переписывает текущее состояние реверсивного счетчика 5 в счетчик 7 (при а„ „=О - без изменения, а при а =1 - с инверсией состояний разрядов . Спустя время

„ ь 1, определяемое первым эле18 4 ментом задержки 11 и необходимое для образования в счетчике 7 нового случайного числа, текущее состояние реверсивного счетчика 5 сбрасывается и начинается новый цикл работы генератора.

Средняя длительность одного ра,бочего цикла составляет

Ь1 ..Т, =

Для получения последовательности независимых случайных чисел импульсы опроса поступают на входы группы 8 элементов И и первого элемента И 9.

При этом период T опроса генератора о со ст авля ет

1+1+ 3 Ь I ++1++5121 ) 1 7g о д) Таблица змочеймй Z

1198518

Составитель И.Столяров

Техред Л.Мартяшова Корректор М.Максииишинец

Редактор М.Дылын

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

Заказ 7722/48 Тираж 709 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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