Генератор случайных чисел

 

Союз Советскнк

Соцнапнстнческнк

Респубпнк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ 11 857960

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) Заявлено 160479 (21) 2753001/18-24 (51)М. Клз с присоединением заявки М (23) Приоритет

G 06 F 1/02

С 07 С 15/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий

Опубликовано 23.0881. Бюллетень Йо 31

Дата опубликования описания 230881 (53) УДК 681. 325 (088. 8) В. А. Александров, В.П. Якушин и С.С. Панферов»;.

I (72) Авторы изобретения..) ) (71) Заявитель (54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при моделировании случайных процессов.

Известен генерат зр случайных чисел, принцип деиствия которого осно— ван на пересчете по модулю два шумовых импульсов через зафиксированные интервалы времени 1).

1О

Однако в этом генераторе осуществляется стробирование исходной шумовой последовательности тактовыми ими льсами непосредственно на усилителе-ограничителе. В результате стробирования первые и последние импульсы серий с большой вероятностью рассекаются и на входе счетного триггера появляются сколь угодно короткие импульсы. Длительность и амплитуда их недостаточна для уверенного срабатывания счетного триггера, что приводит к проявлению несимметрии триггера, а в итоге — к отклонению вероятностей появления

"единиц" и "нулей" на выходе ГСЧ от

0,5. поэтому необходимо расширить импульсы по длительности до величины достаточной для уверенного срабатывания счетного триггера. Но расширение импульсов, поступающих на вход триггера, приводит к соответствующему сокращению интервалов между ними.

Чтобы сохранить при этом достаточные интервалы между импульсами необходимо дополнительное сокращение полосы частот спектра исходного шумового сигнала. Однако это может привести к пропорциональному сокращенио средней частоты следования шумовых импульсов и, следовательно к такому же уменьшению частоты генерирования последовательности случайных чисел (при фиксированных требованиях и ее качеству).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является генератор случайных чисел, содержащий источник широкополосного шумового напряжения, усилитель-ограничитель, преобразователь, электронный ключ, пороговый элемент, расширитель, счетный триггер и элемент

И (2).

Недостатками этого генератора являются малое быстродействие, низкое качество последовательности случайных чисел и недостаточная надежность.

ИзВестно, что быстродействие генератора (при заданном качестве генерируемой последовательности) прямо про857960 порционально количеству случайных импульсов, приходящихся на тактовый интервал. Стробирование же исходной шумовой последовательности исключает из нее импульсы, попавшие в интервал стробирования, тем самым

5 уменьшая быстродействие. Например, в случае использования шумящего диода

>2Г401Л с верхней граничной частотой >авномерного спектра 2,5 мГц при длительности стробирующих импульсов, равной 1,2 мкс, в каждом тактовом интервале находится в среднем на 3 случайных импульса меньше. Для качественного получения равномерно распределенных чисел счетный триггер между опросами должен переброситься >5

8-10 раз. С учетом этого, максимальное быстродействие может быть достигнуто 250-310 кГц,но стробирование шумовой последовательности уменьшает его до 190-230 кГц. 20

С другой стороны, при фиксированном быстродействии, например равном

200 кГц, стробирование шумовой последовательности увеличивает методичеспогрешность Р, равной величине отклонения бинарной последовательности случайных чисел от равновероятной в 400 раз.

Недостатком генератора является о также появление в результате стробирования дополнительной погрешности за счет увеличения степени коррелируемости случайяых чисел на выходе.

Это объясняется тем> что в спектре случайной последовательности групп импульсов с детерминированными интер- 35 валами следования групп и с случайными длительностями импульсов в группах появляются составляющие спектра, функционально зависимые от частоты следования групп, т.е. частоты стро- () бирования.

Качество генерирования случайных чисел снижает и возможность рассогласования во времени стробирующего и c÷èòûâàþùåão импульсов из-за различия трактов их прохождения и в результате флуктуаций задержек этих трактов в зависимости от экземпляров применяемых микросхем.

Наличие же формирователей стробирующего и считывающего импульсов ве- ® дет к громоздкости схемы, и, как следствие этого, — к снижению.надежности.

Цель изобретения — увеличение быстродействия генератора. 55

Цель достигается тем, что считывание состояния счетного триггера осуществляется привязанными к тактоBoR частоте фронтами импульсов из случайной последовательности, проти- щ воположными фронтам срабатывания счетного триггера.

Для этого в известный генератор случайных чисел, содержащий последовательно соединенные источник широко- полосного шумового напряжения, усилитель-ограничитель, преобразователь временного интервала в монотонно возрастающее напряжение, пороговый элемент, расширитель импульсов и счетный триггер, выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого является выходом генератора,введены элемент НЕ и триггер, выход которого соединен с вторым входом элемента И, нулевой вход триггера подключен к источнику тактовых импульсов, а единичный вход триггера подключен через элемент НЕ к выходу расширителя импульсов.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, на фиг. 2 — эпюры напряжений в отдельных точках генератора.

Генератор содержит последовательно соединенные источник 1 широкополосного шумового напряжения, усилительограничитель 2, преобразователь 3 временного интервала в монотонно возрастающее напряжение, пороговь>й элемент 4, расширитель 5 импульсов, счетный триггер 6 и элемент И 7. Выход расширителя 5 соединен с входом элемента HE 8. Источник 9 тактовых импульсов подключен к нулевому входу триггера 10, единичный вход которого соединен с выходом элемента HE 8, а выход — с вторым входом элемента

И 7.

Генератор работает следующим образом.

Сигнал, генерируемый источником широкополосного шумового напряжения, поступает на вход усилителя-ограничителя 2. усиленная последовательность импульсов случайной длительности, следующих через случайные интервалы времени, подается на преобразователь временного интервала в монотонно возрастающее напряжение. С выхода преобразователя треугольные импульсы с амплитудами, пропорциональными их длительности, поступают на вход порогового устройства 4, с помощью которого производится выборка и нормализация по амплитуде импульсов, превьнаающих по напряжению некоторый уровень.

Последовательность нормализованных по амплитуде и случайных по длительности импульсов с выхода порогового устройства подается на расаиритель 5 импульсов, который увеличивает их длительность до величины, минимально. необходимой для уверенного запуска применяемого счетного триггера

6 (фиг. 2а). 1 риггер 6 пересчитывает эту импульсную последовательность по модулю два (фиг. 2в) и выдает ее на элемент И 7.

Одновременно с этим триггер 10 каждыи такт обнуляется импульсами тактовой частоты (фиг. 2г),а первый, пришедший с инвертора 8, случайный

857960 импульс (фиг. 2б) переводит триггер

10 в единичное состояние. В результа- те этого, с триггера 10 (фиг. 2д) на элемент И 7 поступает следующая с тактовой .частотой последовательность импульсов, передние фронты которых фиксируют состояние счетного триггера 6. Следует заметить,что фикса-. ция случайных состояний счетного триггера всегда достоверна, так как моменты считывания определяются самой гаммой и всегда находятся в интервале считываемых импульсов.

10 формула изобретения

Генератор случайных чисел, содержащий последовательно соединенные источник широкополосного шумового напряжения, усилитель-ограничитель, преобразователь временного интервала в, ф монотонно возрастающее напряжение,пороговый элемент, расширитель импульсов и счетный триггер, выход которого соединен с первым входом элемента

И, выход которого является выходом генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия генератора, он содержит элемент НЕ и триггер, выход которого соединен с вторым входом элемента И, нулевой вход триггера подключен к источнику т,,ктовых импульсов, а единичный вход триггера подключен через элемент НЕ к выходу расширителя импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 514424, кл. Н 03 К 3/84, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

М 385295, кл. С 06 G 7/52, 1971 (прототип).

8579áÎ

Составитель A. Карасов

Редактор T. Кугрышева Техред A. p Корректор В. Синицкая

Заказ 7244/78 Тираж 745 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филипп ППП "Патент", г. ужг ород, ул. Проектная, 4