Устройство для формирования случайных и псевдослучайных чисел

 

ОП ИОАН Й E(i )622I36

ИЗОБРЕТЕНИЯ

«„ ИЖЬ2дАФ тЬ

Сони Саветйий

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт, свиЛ-ву (22) Заявлено 19.04,77 (21) 2479049/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.08.78. Бюллетень № 32 (45) Дата опубликования описания 12.08.78 (51) М. Кл»

G 07С 15/00

G 06F 1(02

Государственный иомите1

Совета Министров СССР (53) УДК 681.325 (088.8) ло делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

Б. Ф. Кирьянов, В. И, Глова, Р. М. Мансуров, В. А. Песошин и В. М. Тарасов

Казанский ордена Трудового Красного Знамени авиационный институт им. А. Н. Туполева (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СЛУЧАЙНЫХ

И ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при моделировании случайных и псевдослучайных процессов для единой системы электронных вычислительных машин. 5

Известны генераторы случайных чисел, состоящие из параллельно работающих физических генераторов случайных последовательностей (1).

Недостатки таких устройств состоят в не- 10 высокой точности статистических характеристик и недостаточной стабильности во времени.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для 15 формирования случайных и псевдослучайных чисел, содержащее блок управления, первым выходом соединенный с первым входом блока сопряжения, второй вход и выход которого служат соотвстствспно входом 20 и выходом устройства, а разрядные входы и выходы блока сопряжения подключены соответственно к разрядным выходам и первой группе входов регистра сдвига, вторая группа входов которого соединена с 25 выходами первого блока сумматоров по модулю два, и датчик случайных чисел (2).

Недостатком этого устройства следует считать зависимость точностных характеристик случайных чисел на выходе от погреш- 50 ности генераторов случайных чисел и псевдослучайных чисел.

Цель изобретения — повышение точности устройства.

Для достижения поставленной цели устройство содержит блок элементов И, переключатель и второй блок сумматоров по модулю два, входы которого соединены с разрядными выходами регистра сдвига, а выходы — с первой группой входов первого блока сумматоров по модулю два соответственно. Вторая группа входов первого блока сумматоров по модулю два подключена к выходам блока элементов И, первая группа входов которого подсоединена к выходам датчика случайных чисел, а вторая группа входов блока элементов И вЂ” к выходу переключателя, вход которого соединен с вторым выходом блока управления.

Блок-схема устройства приведена на чертеже.

Устройство содержит генератор 1 случайных чисел, блок 2 элементов И, переключатель 3, блоки сумматоров 4 и 5 по модулю два, регистр 6 сдвига, блок 7 сопряжения, блок 8 управления, выход 9 в канал вычислительной машины, вход 10 из капала вычислительной машины.

Выходы генератора 1 случайных чисел через блок 2 элементов И, которыс управВЫХ1 - — ВЫХ далее ВЫ»1 Вы» 1 >j и т. д.

)5

35

=вых

1 T

1 гнатся перекщочателем 3, подключены к одним входам блока сумматоров 5 по модулю два. Вторые входы блока сумматоров 5 соединены с выходами блока сумматоров 4 по модулю два. Входы блока сумматоров 4 подключены к выходам соответствующих разрядов регистра 6 сдвига, выходы блока сумматоров 5 по модулю два — к входам регистра 6 сдвига, к вторым входам которого подсоединены выходы блока 7 сопряжения. Выходы блока 8 управления подключены к входу переключателя 3 и к входу блока 7 сопряжения.

В режиме генерирования псевдослучайных чисел переключатель 3 закрывает блок

2 элементов И и случайные последовательности символов с разрядов генератора 1 случайных чисел не влияют на работу генератора псевдослучайных чисел, состоящего из регистра 6 сдвига, блока сумматоров 4 по модулю два. В этом случае на выходе разрядов регистра сдвига имеется последовательность чисел максимального кодового кольца, которая через блок 7 сопряжения поступает через выход 9 в канал вычислительной машины.

При прерывании программы необходимо обеспечить возможность продолжения генерирования псевдослучайной последовательности (с того момента, где произошло прерывание) при возврате к данной программе. Для этого запоминается состояние разрядов регистра сдвига в момент прерывания через выход 9 блока 7 сопряжения и при возвращении в прерванную точку состояния разрядов регистра сдвига восстанавливаются через вход 10 блока сопряжения. Этим достигается возможность рабоIII устройства в режиме мультипрограммирования.

В режиме генерации случайных чисел переключатель 3 снимает запрет с блока 2 элементов И и потоки символов с разрядов генератора 1 случайных чисел поступают на входы блока сумматоров 5 по модулю два, т. е. участвуют в формировании состояний разрядов рсгистра 6 сдвига. В начал1и1ый момент отклонение от равновероятиости на выходе сумматоров 5 по модулю два определяется соотношением где в. и в, — отклонения от равновероятпости генераторов случайных и псевдослучайных чисел соответственно.

Далее случайные потоки бинарных символов с улучшенными статистическими свойствами с выходов разрядов регистра 6, проходя в блок 7 сопряжения, одновременно вновь поступают на вход сумматоров 5 через сумматоры 4.

В следующем "àêòå погрешность е.ы», определяется следующим образом;

Таким образом, сумматор 5 по модулю два как выравнивающее устройство многократно участвует в улучшении статистических характеристик и с течением времени е„, стремится к нулю независимо от в., т. е. изменение связи в известном генераторе позволяет получить генератор случайных чисел с идеально равномерным законом распределения.

Анализ показывает, что и корреляционные характеристики случайных чисел на выходе стремятся к идеальным.

В установившемся режиме нестабильность работы генератора случайных чисел не сказывается иа статистических характеристиках случайных чисел иа выходе, поэтому отпадает необходимость в контроле закона распределения случайных чисел.

Топология связей разрядов регистра сдвига с сумматорами 4 по модулю два строится исходя из максимальности кодового кольца псевдослучайного режима и может быть осуществлена на основе схемы многоразрядного сдвига.

Формула изобретения

Устройство для формирования случайных и псевдослучайных чисел, содержащее блок управления, первый выход которого соединен с первым входом блока сопряжения, второй вход и выход которого являются соответственно входом и выходом устройства, а разрядные входы и выходы блока сопряжения соединены соответственно с разрядными выходами и первой группой 13ходов регистра сдвига, вторая группа входов которого соединена с выходами первого блока сумматоров по модулю два, и датчик случайных чисел, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит блок элементов И, переключатель и второй блок сумматоров по модулю два, входы которого соединены с разрядными выходами регистра сдвига, а выходы — с первой группой входов первого блока сумматоров по модулю два соответственно, вторая группа входов первого блока сумматоров по модулю два подключена и выходам блока элементов И, первая группа входов которого подключена к выходам датчика случайных чисел, а вторая группа

Составитель А, Карасов

Текрсд H. Рыбкина

Корректор Е. Хмелева

Редактор И. Грузова

Подписное

Заказ 1518 12 Изд. ¹ 608 Тираж 692

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )K-35, Раушская иаб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 входов блока элементов И подключена к выходу переключателя, вход которого соединен с вторым выходом блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Яковлев B. В., Федоров Р. Ф, Стохастические вычислительные машины. Л., «Машиностроение», 1974, с. 191 — 195.

2. Гавел Я. Генератор случайного процесса «ГЕНАП-3». Автоматика и телемеханика, № 3, 1975, с. 171 — 176.