Датчик случайных чисел

 

ОП ИСАНИЕ изоьеитиния

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик 836633 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 12.04. 79 (21) 2751948/.1 8-24 с присоединением заявки рй (53)M. Кд.

G 06 F 1/02

G 07 С 15/00

Геаударстеенный кемитет

СССР до делам изобретений н атнрытнй (23) Приоритет

Опубликовано 07. 06. 81 . Бюллетень И 21

Дата опубликования описания 09. 06. 81 (53) УДК 681-325 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Э. А. Баканович, М. А. Орлов и Т. В. Г ор

Минский радиотехнический институт (71) Заявитель (54) ДАТЧИК СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ ления P2).

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в качестве специализированной приставки к ЭВМ, а также для построения программно-управляемых генераторов случайных процессов.

Известен датчик случайных чисел, содержащий блок памяти, схемы сравнения, генератор равномерно распределенных чисел, шифратор и логические схемы управления, при воспроизведении непрерывных законов распределения (1).

Известен также датчик случайных чисел, использующий пересчет регулярных импульсов за случайный интервал времени, распределенный по известному закону. Недостатком этого датчика являются ограниченные функциональные возможности, так как ис.пользуемый источник случайных интервалов времени не позволяет получать произвольные законы распредеДатчик случайных чисел, содержа" щий генератор случайных импульсов с управляемой интенсивностью, счетчик импульсов, вероятностный (1,m)-полюсник и блок памяти, является наи" более близким техническим решением к изобретению. Закон распределения формируемых случайных временных интервалов является вероятной смесью распределений Эрлинга, с помощью

10 которой может быть воспроизведено"

I произвольное непрерывное распреде" ление. Недостатком датчика случайных чисел является невысокое быстроI действие так как при масштабировании интенсивностей распределений Эрлинга различных порядков, входящих в смесь, всегда происходит значительное уменьшение интенсивности выходного потока по сравнению с интенсивностью первичного генератора случайных импульсов.Так как интенсивность

,выходного потока случайных временных ин. тервалов с заданным распределением

3 8366

:невысока, невысока и средняя частота получения случайных чисел,что сужает область применения датчика случайных чисел (3) .

Целью изобретения является повы5 шение быстродействия датчика.

Для достижения поставленной цели в известный датчик случайных чисел, содержащий генератор случа1ных им-пульсов, вероятностный (1,m)"ïoëoñ- 10 ник,выход которого соединен со входом блока памяти, первый выход которого соединен с первым входом первого счетчика импульсов, введены второй и третий счетчики импульсов, генератор счетных им- 15 ,пульсов, элемент И и группа элементов И, j выход которой является выходом датчика, первый вход группы элементов И соединен с выходом второго счетчика импульсов, а второй вход группы элемен20 тов И является входом датчика и подключен ко входу вероятностного (1,m)-полюсника, к первым входам второго и третьего счетчиков импульсов и ко второму входу первого счетчика импульсов, 25 третии вход которого соединен с выходом генератора случайных импульсов, а выход первого счетчика импульсов соединен с первым входом элемента И, выход которого подключен ко второму

30 входу второго счетчика импульсов, а второй вход элемента И подключен к выходу третьего счетчика импульсов, второй вход которого соединен со вторым выходом блока памяти, а третий вход

35 третьего счетчика импульсов соединен с выходом генератора счетных импульсов.

На чертеже приведена структурная схема датчика случайных чисел.

Он содержит генератор 1 случайных чисел импульсов, первый 2 и второй 3 счетчики импульсов, генератор 4 счетчика 2 импульсов, третий счетчик 5 импульсов, блок 6 памяти вероятностУ 45 ный (1,m)-полюсник 7, элемент И 8 и группу .9 элементов И.

Вход датчика случайных чисел подсоединен к первым входам второго 3 и третьего 5 счетчиков импульсов ко

50 вторым входам счетчика 2 импульсов группы 9 элементов И и к входу запуска вероятностного (1,m)-полюсника 7, выход, которого соединен с адресным входом блока 6 памяти, первый выхрд

55 которого подключен к первому входу счетчика 2 импульсов, а второй выходко второму входу счетчика 5 импульсов. Третий вход счетчика 2 импуль33 4 сов соединен с выходом генератора ) случайных импульсов, третий вход счетчика 5 импульсов подключен к ныходу генератора 4 счетных импульсон. Выходы первого 2 и третьего 5 счетчиков подключены соответственно к первому и второму входам элемента И 8, выход которого соединен со вторым входом счетчика 3 импульсов, к выходу которого подключен через блок 9 выдачи случайных чисел выход датчика случайных чисел, Рассмотрим основные функции, выполняемые каждым из структурных элементов датчика случайных чисел.

Генератор I случайных импульсов служит для формирования потока случайных импульсов,с известным распределением временных интервалов между импульсами, Счетчик 2 импульсов, допускающий установку произвольного начального состояния предназначен для суммирования заданного числа импульсов (а следовательно,и временных интервалов между импульсами ) с выхода генератора I импульсов, н результате чего сигнал на выходе счетчика 2 изменяет свое значение.

Счетчик 2 может быть выполнен лов разному. Например он может постоянно работать только на вычитание, что обеспечивается введением н него по известным схемам соответствующих управляющих цепей (переноса, обратных .связей и т.п.). Поэтому, когда и него заносится код и„, то с помощью логических схем на выходе этого счетчика может быть сформирован единичный сигнал (потенциал) а именно че) рез пк случайныХ импульсов (интервалов) от генератора случайных импульсов в счетчике установится нуль и элемент И закроется запрещающим сигналом с выхода счетчика.

Счетчик 3 импульсов обеспечивает получение цифроного кода случайного временного интервала между моментами изменения выходного сигнала счетчика 2 импульсов.

Генератор 4 счетных импульсов служит для формирования потока импульсов, заполняющих случайный временной интервал между моментами изменения выходного сигнала счетчика 2 импульсов.

Счетчик импульсон 5 выполняет функции делителя частоты. При использона5 836633 6 нии блока памяти 6 регистрового раметра и„ . На третий вход этого же типа (когда при вопросе определенно- счетчика с выхода первог первого генератора го адреса информация хранящаяся 1 случайных импульсов импульсов подается поток по этому адресу, постоянно присут- случайных импульсов с известными инствует на выходе блока памяти 6 до

5 тенсивностью 1 и расп е и распределением инсмены адреса),этот счетчик может тервалов между импу ь а ов между импульсами. быть выполнен точно по схеме первого Вторая группа разрядных торая группа разрядных выходов счетчика (т.е. Работающим на вычита- K-ro адреса блока 6 памяти задает код ние), но во-первых, на выходе этого параметра f или (что то ж ) счетчика 5 появляется импульсныи сиг 10 код коэффициента са пересчета счетнал, а во-вторых, этим сигналом обес- чика 5 импульсов работающе ра отающего в режипечивается восстановление кода f в к еля частоты. тот код постусчетчике 5. пает на второи вход счетчика 5 имБлок 6 памяти предназначен для пульсов, а на третий вход этого же хранения и выдачи по запросам кодиро 5 счетчйка с генератора 4 счетньм имванной информации в виде управляющих пульсов подаются сигналы одинаковой сигналов, осуществляющим перестрой- частоты f. ку внутренних параметров датчика слу- С начал счета началом счета счетчик импуль2 чайных чисел. При этом первый выход сов выдает на выход а е ающий ет на выход разрешающий сигслУжит длЯ заданиЯ начального сос- 20 нал, который открывает элементы 8 по тояния счетчика 2 случайных импуль- его первому входу. На второй вход сов, а вторая группа выходов управля- элемента И 8 поступает поток регулярет коэффициентом пересчета счетчика ных импульсов с частотой тк с выхода

5 импульсов. счетчика 5 импульсов. Этот поток проправляемыи вероятностный (1,ш)25 ходит через . открытый элемент И 8 полюсник 7 обеспечивает случайный вына второй вход счетчика 3 в ез льр д 3, в резуль ор адреса и лока 6 памяти с требуетате чего в счетчике 3 формируется код случайного временного интервала, мой вероятностью выбора каждого адв течение которого открыт по первому

30 входу элемент 8.

Элемент И 8 служит для управления Предположим, что счетчик 2 работапрохождением на счетчик 3 импульсов

| ет в резервном режиме, т.е. на вычис выхода счетчика 5 импульсов, запол" тание. В этом случае с поступлением няющих случайный временной интервал на его третий вход пк -ro импульса между моментами изменения сигнала на счетчик 2 переходит в нулевое сосвыходе счетчика 2 импульсов. тояние, а значение сигнала на его выГруппа 9 элементов И предназначена ходе изменится на противоположное. В для выдачи на выход датчика случайных результате этого элемент И 8 заккодов с выхода счетчика 3 импульсов. рывается, а вместе с этим прекращаДатчик случайных чисел работает следующим образом.

40 ется формирование кода случайного временного интервала в счетчике 3.

При поступлении на вход устрой- При использовании пуассоновского ства импульса опроса этот импульс обе- генератора 1 случайных импульсов расспечивает передачу через группу 9 эле- пределение случайных временных интерментов И кода, хранящегося в счетчике 4

45 валов функционирования счетчика 2 им3, на выход датчика. Одновременно с пульсов описывается выражением этим импульс опроса поступает на второй вход счетчика 2 импульсов, на neptel -м 1к вые входы счетчиков 3 и 5 и переводит 1 К< " (n -1) к их в нулевое состояние, после чего за- 0 пускает управляемый вероятностный

Так как каждому К-му значению па(1 ш)-пол 7 р б раметра и< соответствует единствен" ,ш)-полюсник 7, вырабатывающий сигиое заранее рассчитанное значение часнал опроса К-ro адреса блока 6 патоты f» заполнения счетчика 3, то рас" мяти с заданной вероятностью .Р .

С и

К пределение выходного потока случаиных помощью сигналов первой группы чисел описывается выражением разрядных выходов К-ro адреса блока

6 памяти, поступающих на первый вход к первого счетчика 2 импульсов, задает- е=хр 1 в °

Я.at" -9t ся его начальное состояние — код па< ))! к= („- ).

При этом коэффициенты са„ пересчета счетчика 5 находятся из соотношения

f — (f

Я.

Х=тсхх „

836633 8

5 при необходимости дополнительно повысить быстродействие при меньшей точности измерения и меньшей разрядности выходных случайных кодов, либо повышать точность воспроизведения непрерывных распределений и разрядность выходных случайных кодов. и

Й=X p p

К=4 а математическое ожидание случайных величин, распределенных по закону

gy

VI1 - Рк— к-1 к при, M

- = — -=Е р — "- Е р и у1 этом м к о, я а

35.К(1

Таким образом, технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства определяется более высоким быстродействием по сравнению с известными устройствами аналогичного принципа действия, в то же время по сравнению с известными датчиками случайных чисел параллельного принципа действия, реализующих, в частности, метод обратных функций, предлагаемое устройство значительно проще и имеет в 3-5 раз меньший объем памяти при воспроизведении с одинаковой точностью непрерывных законов распределения.

Разрядность формируемых случайных чисел легко изменяется выбором емФ кости второго счетчика 3 импульсов,,частоты f генератора 4 счетных импульсов и интенсивности Х генератора

1 случайных импульсов, что позволяет

45

55

Повышение быстродействия датчика случайных чисел обеспечивается за счет того, что формирование случайных 10 временных интервалов с распределением

g происходит с наибольшей интенсивностью Ъ. генерат.ра 1 случайных -импульсов, а измерение этих интервалов и формирование требуемого распределения случайных чисел происходит с помощью пропорционального изменения (увеличения) частоты потока сигналов генератора 4 счетных импульсов.

Коэффициент выигрыша в быстро- щ действии определяется следующим образом.

Математическое ожидание длитель1 ности случайных временных интервалов, распределенных по закону g<, равно 25

Формула изобретения

Датчик случайных чисел, содержащий генератор случайных импульсов, вероятностный (1,m)"ïîëþñíèê, выход которого соединен со входом блока памяти, первый выход которого соединен с первым входом первого счетчика импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия датчика, он содержит второй и третий счетчики импульсов, генератор счетных импульсов, элемент И и группу элементов И, выход которой является выходом датчика, первый вход группы элементов И соединен с выходом второго счетчика импульсов, а второй вход группы элементов И является входом датчика и подключен ко входу вероятностного (1,m)-полюсника, к первым входам второго и третьего счетчиков импульсов и ко второму входу первого счетчика импульсов, третий . вход которого соединен с выходом генератора случайных импульсов, а выход первого счетчика импульсов соединен с первым входом элемента И, выход которого подключен ко второму входу второго счетчика импульсов, а второй вход элемента И подключен к выходу третьего счетчика импульсов

Ъ

t второй вход которого соединен со вторым выходом блока памяти, а третий вход третьего счетчика импульсов соединен с выходом генератора счетных импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР

Ф 213424, кл.G 06 F !/02, 1966.

2. Бобнев М. П. Генерирование случайных сигналов. М., Энергия, 1971, с. 82.

3. Авторское свидетельство СССР

В 543964, кл. G 06 F l/02, 1976 (прототип).

S36633

Составитель А. Карасов

Редактор Л. Утехиыа.Тех е М.Голинка Ке ект С. Векмар

Заказ 32I6 37 Тирак 743. Подиисиое

ВНИИПИ Государственного квинтета СССР по делам изобретений и открытий

223035 Москва 222-3S Ра кая иаб. . 4!3

Филиал ППЕ Патент, г. нгород, ул. Проектная, 4