Генератор случайной последовательности

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в стохастических вычислительных машинах, моделирующих устройствах и также в качестве имитаторов цомех. Цель изобретения состоит в расширении области применения генератора за счет повышения рандомизации формируемых последовательностей. Генератор содержит генератор 1 тактовых импульсов, регистр 2 сдвига, блок 3 сумматоров по модулю два, регистр 4 кода, переключатель 5. Случайный режим осуществляется переводом переключателя в положение 52. При этом образуется дополнительный замкнутый контор из блока сумматоров по модулю два, способный генерировать высокочастотный асинхронный случайный процесс, отдельные выборки из которого записываются под действием тактовых импульсов генератора в регистр. Благодаря этому псевдослучайный режим работы регистра с линейной обратной связью через блок сумматоров по модулю два нарушается. Для нормальной работы генератора в псевдослучайном режиме необходимо предварительно занести сигналом «Запись исходное состояние в регистр, записанное в регистре кода. 3 ил. (Л ND ;о СП to

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1249512 А1

1Su 4 G 06 F 7 58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зап

Фиг 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3848800/24-24 (22) 28.01.85 (46) 07.08.86. Бюл. № 29 (71) Казанский ордена Трудового Красного

Знамени и ордена Дружбы народов авиационный институт им. А. Н. Туполева (72) В. А. Песошин, В. M. Кузнецов, Н. Н. Сергеев, С. Г. Гришкин, О. И. Далин, В. И. Глова и E. К. Шаронова (53) 681.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 337776, кл. G 06 F 7/58, 1971.

Яковлев В. В., Федоров Р. Ф. Стохастические вычислительные машины.— Л.: Машиностроение, 1974, с. 238. (54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИИ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в стохастических вычислительных машинах, моделирующих устройствах и также в качестве имитаторов помех. Цель изобретения состоит в расширении области применения генератора за счет повышения рандомизации формируемых последовательностей. Генератор содержит генератор 1 тактовых импульсов, регистр 2 сдвига, блок 3 сумматоров по модулю два, регистр 4 кода, переключатель 5. Случайный режим осуществляется переводом переключателя в положение 5 . При этом образуется дополнительный замкнутый контур из блока сумматоров по модулю два, способный генерировать высокочастотный асинхронный случайный процесс, отдельные выборки из которого записываются под действием тактовых «Мпульсов генератора в регистр. Благодаря этому псевдослучайный режим работы регистра с линейной обратной связью через блок сумматоров по модулю два нарушается. Для нормальной работы генератора в псевдослучайном режиме необходимо предварительно занести сигналом «Запись» исходное состояние в регистр, записанное в регистре кода. 3 ил.

1249512

10 !

Ç0

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в стохастических вычислительных машинах, моделирующих устройствах, а также в качестве имитаторов помех.

Целью изобретения является расширение области применения генератора за счет повышения рандомизации формируемой последовательности.

На фиг. 1 представлена структурная схема генератора; на фиг. 2 - схема блока сумматоров по модулю два; на фиг. 3 — — частный случай схемы генератора и временные диаграммы, поясняющие его работу.

Генератор содержит генератор 1 тактовых импульсов, регистр 2 сдвига, блок 3 сумматоров по модулю два, регистр 4 кода, переключатель 5, вход 6 «Запись», вход 7 настройки, вторую группу входов 8 блока 3.

В режиме генерирования псевдослучайных сигналов переключатель 5 замыкает контакт 5ь На вход 7 настройки подается постоянный логический уровень. Дополнительные входы блока 3 формируют дополнительное слагаемое к сигналу обратной связи регистра 2.

Вид псевдослучайной последовательности определяется заданным характеристическим полиномом. Этот полином неприводим и примитивен, следовательно, устройство будет генерировать M-последовательность.

Для нормальной работы генератора в псевдослучайном режиме необходимо предварительно занести сигналом «Запись» по входу 6 исходное состояние в регистр 2., записанное в регистре 4. Для прямой псевдослучаинои последовательности код начальной установки должен быть обязательно не нулевым, а для инверсной — обязательно не единичным.

Остальные условия работы не отличаются от известного p ñT ÎÉñòÂý.

Случайный режим осуществляется переводом переключателя 5 в положение 5 . При этом образуется дополнительный замкнутый контур из блока 3 сумматоров по модулю два (фиг. 2), способный генерировать высокочастотный асинхронный случайный процесс, отдельные выборки из которого будут записываться под действием тактовых импульсов генератора 1 в регистр 2. Благодаря этому псевдослучайный режим работы регистра 2 с линейной обратной связью через блок 3 нарушится.

Работа асинхронного контура основана на малых естественных флуктуациях временных задержек блока 3 сумматоров по модулю два.

Непрерывные флуктуь...,и в контуре будут соответствовать непрерывной миграции входов сумматора по выходам гипотетического регистра сдвига, синхронизированного случайной частотой. Выходной процесс будет представлять собой временную совокупность отрезков случайной длительности различных псевдослучайных последовательностей со случайным масштабом по времени и случайной начальной фазой.

Генератор работает следующим образом.

Перед пуском генератора в регистре 4 кода формируют код начального состояния регистра 2. Затем подают импульс записи на вход 6, вследствие чего код начального состояния переписывается из регистра 4 в регистр 2. С этого момента генератор готов к формированию псевдослучайной последовательности. Блок 3 сумматоров по модулю два от сигналов, снимаемых с выходов регистра 2 сдвига, формирует сигнал обратной связи и подает его на информационный вход регистра 2. Тактовый импульс с генератора 1 записывает этот сигнал в первый разряд, а в остальных разрядах регистра 2 сдвигает информацию, что влечет к формированию нового сигнала обратной связи с блока 3 и т. д. Работа устройства в этом режиме полностью аналогична работе известного устройства.

В режиме формирования случайной последовательности переключатель 5 находится в положении 5 . Пусть также 6 — четное число, a = 1. В этом случае генератор способен начать работу с любого исходного состояния, следовательно, предварительная установка регистра 2 необязательна. Допустим, регистр 2 находится в нулевом исходном состоянии, тогда а= а, что соответствует возбуждению высокочастотной асинхронной случайной последовательности в блоке 3 сумматоров. Тактовый импульс с генератора

1, сдвигая информацию в регистре 2, фиксирует случайный символ из этой последовательности в первом его разряде. Второй тактовый импульс также сдвигает предыдущую информацию и записывает новый сигнал в первый разряд регистра 2. Этот сигнал будет являться случайной выборкой из асинхронной последовательности, генерируемой контуром из блока 3 сумматоров до тех и пор, пока Х b C; не примет единичного значения. Тогда а= а, что соответствует любому устойчивому состоянию асинхронного контура а !{0,1) (организуется триггерный режим этого контура) . Конкретное значение сс определится случайным сигналом из асинхронной последовательности в последний момент времени случая X!1,C = О. Этот сигнал будет неизменно записываться в первый рязрад регистра 2 в каждый такт, пока х b;C; не изменит своего значения опять на О.

После этого снова начнется генерация высокочастотного асинхронного процесса, синхронная запись его в регистр 2 и т.д.

В результате такой организации работы будет осуществляться перемешивание фаз случайного и псевдослучайного режимов работы устройства во времени, а на выходах регистра 2 формируется в пе1249512 лом случайная синхронная последовательность.

На фиг. 3а изображена схема простейшего ГСП при и= 3. Регистр 4 кода настроен на код 100 (свободный вход логических элементов соответствует подаче логической

«1>, а подсоединение к общей шине — логическому «О», что характерно, например, для положительной ТТЛ-логики). Блок 3 сумматоров состоит из одного трехвходового сумматора по модулю два с реальной задержкой, отмеченной знаком . Вход 7 настройки с сигналом а= 1 заменен эквивалентным подсоединением одного из инверсных выходов регистра 2 к блоку сумматоров 3. Положение 5i переключателя соответствует подаче на дополнительный вход блока сумматоров 3 сигнала логической «1», компенсирующей инверсию с выхода регистра 2.

Работа устройства в режиме формирования псевдослучайной последовательности представлена временными диаграммами на фиг. 36.

По сигналу входа 6 (вторая диаграмма сверху) происходит запись кода 100 с регистра 4 в регистр 2, что отражается на состояниях выходов разрядов 20 22 и 2з (соответственно третья, четвертая и пятая диаграм- g5 мы сверху). Результат суммирования блока

3 (нижняя диаграмма) записывается в первый разряд 2i регистра 2. Синхронизация устройства осуществляется последовательностью тактовых импульсов с генератора 1 (верхняя диаграмма). Генератор формирует 30 псевдослучайную М-последовательность, период которой выделен на временных диаграммах фиг. Зб.

Установка переключателя 5 в положение

52 обеспечивает генерацию случайной последовательности. Иллюстрация этого режима 35 представлена на временных диаграммах фиг. Зв.

Пусть исходное состояние регистра 2 соответствует коду 100 и начинается генерация асинхронной последовательности (в

40 данном случае это простеишая асинхронная слабофлуктуирующая последовательность типа «Меандр»). В момент действия тактового импульса из этой последовательности выбирается случайный символ (в данном на диагпамме случае — «О») и записыва45 ется в первый разряд регистра 2. Информация сдвигается на один разряд. Высокочастотная генерация прекращается и а=0, так как в последний момент действия асинхронной последовательности был зафиксирован уровень логического «О». Такой 50 же сигнал обратной связи будет и в течение третьего периода. Лишь в период четвертого такта опять возникает условие возбуждения асинхронной, последовательности, приводящее к фиксации случайного символа «1», и т. д.

На временных диаграммах по выходам блоков 3 и 2 интервалы времени. соотв< гствующие формированию символов в отсутствие асинхронной генерации, помечены буквами а, b, с, d, е. Моменты фиксации случайных символов в первом разряде 21 регистра 2 из асинхронного процесса с выхода блока сумматоров 3 отмечены стрелками и точками.

Для реальных ГСП число 1 по возможности нужно выбирать как можно большим, соответственно этому число последователь- но соединенных сумматоров в блоке 3 должно быть также большим. Например, применительно к элементам ТТЛ-логики целесообразно выбирать = 6 — 12. В этом случае асинхронный процесс, возбуждаемый в контуре из сумматоров блока 3, утратит периодический характер и станет случайным, что будет способствовать фиксации статистически независимых символов в первом разряде регистра 2.

Благодаря совмещению функций блока линейной обратной связи и генератора асинхронной случайной последовательности, использующего малые естественные временцыс флуктуации сумматоров, устройство получается простым, выполненным полностью па цифровых элементах и допускает возможность работы в двух режимах: случайном и псевдослучайном, без включения автономного датчика исходной последовательности случайных символов.

Фор.мула изобретени»

Генератор случайной последовательности, содержащий регистр кода, выходы разрядов которого соединены с входами соотьстствующих разрядов регистра сдвига, уст»новочный вход которого является входом

«Запись» генератора, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с си . хронизирующим входом регистра сдвига, разрядные выходы которого соединены с первой группой входов блока сумматоров по модулю два соответственно, выход которого соединен с входом «Сдвиг» регистра сдвига, отличаюи;ийся тем, что, с целью расширения области применения генератора за счет повышения рандомизации формируемой последовательности. он содержит переключатель, выход которого сосдинс0 с второй группой входов блока сумматоров по модулю два, выход которого соединен с первым входом переключателя, второй вход которого объединен с входом блока сумматоров по модулю два и является входом настройки генератора.

1249512

Г !

z(1 113 Ш1Ш Ш

1 ь т3(:| с«Г .П.с 1 о|: л с г

J Ш ШШШШ ШШ

Ь

1Л 1,у М4.

Щыг 3

Со«I Iâè «.II, Л. Карасон

Рс I;I II i n p 11. 1 I op I I II I 1екрс,i H В ре« Корректор М. Самборская

Заказ 4325;4!I Тираж 1171 1Io.lïHñío«

ВНИИПИ Государственного комитета СССР па делам изобретений и от крытий

113035, Москга, Ж--35, аушская наб., д. 4, 5

Филиал ППП «Р!атент», г. Ужгород, ул Проектная, 4