Генератор псевдослучайных чисел

 

ОПИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

СОЮЗ Советских

Социалистических

Респуйик ii) 526873,„Ы== - -:,, .ф", .,. ф ф, - 5 " !т - :К

@>4(, ="- ь (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23.06.75 (21) 2148123/24 с присоедппение.,i заявки М (23) Приоритет

Опублпкогано 30.08.76, Бюллетень М 32 (51) М. Кл.- "G 06Г 1 62

Государстеенньй комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений и отирь;тий (53) УД К 681.3 (088.8), 1T3 о ну бди кона и и я oi lie ii ii;; i 1 О. 1 2.76 (72) Авторы изобретения

И. Я. Билинский, А. )К. Виксна, А. К. Микелсон и М Г. Пояс

Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности к генераторам дискретных функций,,позволяющим получать псевдослучайные числа с различными законами распределения и спектральными характеристиками, и может быть использовано,в качестве генератора сигнала, например, при физическом моделировании систем автоматического регулирования, построении детерминированно-стохастических аналого-цифровых преобразователей.

Известны генераторы псевдослучайных чисел с равномерным распределением и линейчатым спектром, подобным спектру «белого

:шума».

Один из известных генераторов псевдошумовой двоичной последовательности (1), содержащий регистр сдвига и сумматор по модулю 2 ia цепи обратной связи, позволяет получать псевдослучайные числа с разрядностью

r

Другой из известных генераторов псевдослучайных чисел (2) содержит и-разрядный регистр сдвига с сумматором по модулю 2 в цепи обратной связи и r дополнительных сумматоров по модулю 2, на выходах которых формируются:псевдослучайные числа, причем

П г((—. Дополнительные сумматоры по модус) лю два позволяют получить псевдослучайные последовательности с различным фазовым сдвигом и порядком следования чисел, со спектром, близким к равномерному. Однако этот генератор не обеспечивает формирования цифрового шума, спектр которого имеет заданную форму и ширину полосы.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является генератор псевдослучайных чисел (3), содержащий регистр сдвига с сумматором по модулю 2 в цепи обратной связи, генератор тактовых импульсов, :прямой выход которого подключен к тактовому входу регистра сдвига. Генератор дает возможность получать псевдослучайные числа с тем же периодом следования. что и описанные генераторы, и со сплошным спектром, подобным спектру «белого шума».

Однако он не позволяет формировать последовательности псевдослучайных чисел с полосовым и управляемым спектром.

Цель изобретения — получение заданного полосового спектра, т. е. расширение области применения генератора.

Это достигается тем, что в генератор псевдослучайных чисел введены сумматор, блок памяти, блок памяти константы, блок инвер30 тирования кода, причем младшие разряды

52Г)873 первых входов сумматора подключены и соответствующим р азрядным,выходам регистр а сдвига, другие разряды первых входов — к выходам блока памяти константы,,вторые входы сумматора соединены с выходами блока памяти, все информационные входы которого подключены к выходам:сумматора, кроме старшего разряда, выходы двух старших разрядов сумматора — соответственно с двумя входами управления блока инвертиро вания кода, информационные входы которого, кроме выхода старшего разряда, связаны с прямыми и ин версными выходами блока памяти, а,вход разрешения записи блока памяти — с инверсным выходом генератора тактовых импульсов.

Введение указанных блоков обеспечивает моделирование процесса случайного блуждания по детерминированной траектории между отражающими экранами, благодаря чему образуется последовательность равномерно распределенных чисел с полосовым спектром, основная частота которого за висит от «периода» детерминированной траектории.

Блок-схема генератора приведена на чертеже.

Генератор псевдослучайных чисел содержит регистр 1 сдвига, выходы последнего и одного промежуточного разрядов которого соединены с входами сумматора 2 по модулю

2, а выход сумматора — с информационным входом первого разряда регистра сдвига.

К тактовому входу регистра сдвига подключен прямой выход генератора 3 тактовых импульсов, некоторые выходы регистра сдвига— к младшим разрядам первых входов сумматора 4 (количество и порядок подключения выходов регистра сдвига к сумматору 4 определяются конкретными условиями, накладываемыми па характеристики генерируемой последовательности чисел). Другие разряды первых входов сумматора 4 соединены с выходами блока 5 памяти константы, вторые ,входы сумматора 4 — с выходами блока 6 памяти, все информационные:входы которого подключены к выходам сумматора 4, кроме выхода старшего (т+1)-го разряда. Выходы двух старших (т+1)-го и m-.ãî разрядов сумматора 4 соединены соответственно с двумя входами управления блока 7 инвертирования кода, информационные входы последнего подключены к прямым и инверсным выходам, кроме выхода старшего m-го разряда, блока

6 памяти, вход разрешения записи блока памяти — к инверсному выходу генератора 3 тактовых импульсов.

Работает генератор следующим образом.

Импульсы с прямого выхода генератора 3 тактовых импульсов, поступая на тактовый вход регистра 1, сдвигают содержимое каждого предыдущего двоичного разряда .в последу10

60 ющнй, прп этом в первый разряд заносится значение, равное

1 где а — двоичная цифра, записываемая в первый разряд íà l-м такте; и а z, а z — содержимое i-го и rz-го разрядов регистра сдвига на (1 — 1)-м такте.

Таким образом, регистр сдвига выполняет функцию хранения и сдвига предшествующих и двоичных цифр последовательности а, а i„а, а сумматор 2 в цепи обратной связи производит вычисление последующего значения первого разряда в соответствии с приведенным выражением. На,выходах регистра сдвига, подключенных к части первых входов сумматора 4, при выполнении известного требования (подключение входов сумматора 2 к выходам соответствующих разрядов) формируется последовательность равномерно распределенных псевдослучайных r-разрядных чисел с периодом повторения 2", при1 чем r (и. При r (— п последовательность

r-разрядных чисел близка по своих характеристикам последовательности независимых случайных чисел, распределенных равномерно. С выхода блока 5 на первые входы сумматора 4 подается д воичный код значения параметра, определяющего постоянную часть текущего значения операнда на первых входах сумматора 4. Изменением величины параметра можно изменить вид спектральной характеристики формируемой последовательности чисел, т. е. осуществлять управление спектром.

Вторым слагаемым на каждом такте образования выходного числа, подаваемым на сумматор 4, являются значения промежуточных сумм на предыдущих тактах. С этой целью выходной код сумматора 4 после окончания каждого сложения при появлении разрешающего импульса на инверсном выходе генератора 3 тактовых импульсов (это соответствует паузе между тактовыми импульсами на входе регистра 1 сдвига) заносится в блок 6 памяти. Прямые .выходы всех разрядов блока памяти соединены с вторыми входами сумматора 4, благодаря чему на выходах сумматора 4 образуется так называемый процесс восстановления текущих значений операнда, поступающего на первые входы сумматора 4. Сумматор 4 содержит на два разряда больше, чем разрядность генерируемых чисел, и на один разряд больше блока б памяти для образования процесса блуждания

526873

Зо по детерминированной траектории со случайным шагом между отражающими экранами.

Индикатором достижения случайным процессом одной из отражающих границ служит появление значащей единицы в т-м или (т+1)-м разряде сумматора 4. Продолжение суммирования после появления значащей единицы в m-м разряде и инвертирование кода (rn — 1) -разрядной промежуточной суммы идентично операции суммирования до момента достижения случайной величиной промежуточных сумм значения 2" — 1 и операции вычитания исходной случайной,величины, определяющей шаг блуждания и подаваемой на первые входы сумматора 4, из предыдущих значений промежуточных сумм до момента достижения значения О. Таким образом осуществляется моделирование, процесса случайного блуждания по детерминированной траектории между отражающими границами 0 и

2" - — 1. Как показали проведенные аналитическое исследование и моделирование на

ЭВМ, такой процесс обеспечивает получение равномерно распределенных псевдослучайных последовательностей чисел с заданным полосовым спектром.

Использование предлагаемого генератора псевдослучайных чисел с заданным полосовым спектром в устройствах определения характеристик детерминированных и случайных сигналов позволяет получить ошибку к вантования исследуемого сигнала, спектр которой не перекрывается со спектром самого сигнала. Дальнейшая цифровая фильтрация результатов квантования дает возможность эффективно уменьшить ошибку квантования, а тем самым повысить точность определения характеристик сигналов.

20 5

Формула изобретения

Генератор псевдослучайных чисел, содержащий регистр ад вига с сумматором по модулю 2 в цепи обратной связи, генератор тактовых импульсов, прямой выход которого подключен к тактовому, входу регистра сдвига, о тл и ч а ю щи и ся тем, что, с целью расширения области применения, в него введены сумматор, блок памяти, блок памяти константы и блок инвертирования кода, причем младшие разряды первых входов сумматора соединены с соответствующими разрядными выходами регистра сдвига, другие разряды первых входов подключены к выходам блока памяти константы, .вторые входы сумматора соединены с выходами блока памяти, все информационные входы которого подключены и выходам сумматора, кроме старшего разряда, выходы двух старших разрядов сумматора соединены соответственно с двумя входами управления блока инвертирования кода, информационные входы которого, кроме выхода старшего разряда, подключены к прямым и инверсным выходам блока памяти, вход разрешения записи которого соединен с инверсным выходом генератора тактовых импульсов.

Источники информации, принятые во внимание прп экспертизе:

1. Патент США № 3700869, кл. 235 †1, 1972.

2. Яковлев В. В., Федоров P. Ф. Стохастическпе вычислительные машины. — «Машиностроение», Л., 1974, с. 253.

3. Авт. ов. № 391556, кл. G 06F 1/02, 1973.

526873

Составитель А. Карасов

Техред 3. Тараненко

Редактор И. Грузова

Корректор Л. Брахнина

Типография, пр. Сапунова, д. 2

Заказ 2686/1 Изд. М 1822 Тираж 864 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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