Генератор случайных чисел

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

О П И С А Н И Е < 945864

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заивлемо 27.11.80 (21) 3243403/18-24 с присоединением заявки .лв (23) Приоритет

Опубликовано 23.07.82. Бюллетень М27 (5t)M. Кл.

G 06 F 7/58 твеуАарствапах кемитвт

СССР аю делам нзебрвтений и отврмтнй (53) УДКВ81. .325(088.8) Дата опубликования описания 25.07.82 (72) Авторы изобретения

Л. Г. Скиба и 10. E. Лян (71) Заявитель (54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано

s пифровых вычислительных устройствах для получения случайных чисел при реше:» нни задач методами статического моде5 пирования, в стохастических вычисгп телытых машинах для имитации случайных воздействий, в системах связи, иопользуюнптх случайные ши псевдослучайные последовательности, для формирования шумоподобных сигналов, в различных управляющих системах для получения случайных траекторий движения, а также в различных игральных автоматах.

Известен генератор случайных чисел, 15 в котором напряжение от источника шума преобразуется в потоки случайтптх импульсов, пересаттываемых счетным триггером в течение периодических интервалов врематн (1 j . зо

Его недостатком является сложность.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является ганератор1 В котором напряжение от нсто HHKG шума, ynmeaaoe усжлителем, по ступает на первый вход первого ключевого элемента, второй вход которого через формирователь импульсов и элемент задержки соединен с генератором тактовых импульсов. Шумовой сигнал появляется на выходе первого ключевого элемента. только в том сзтучае, если на

Выход первого ключевого элемента соединен с входом порсгсвого элемента, который преобразует шумовой сигнал в поток случайных импульсов по моментам появления и длительностям. С вы хода порогового элемента поток импуль4 сов поступает на вход счетного трит гера и етерес щтывается последним по модулю два. По окончании действия сигнала на втором входе первого ключево го элемента счет импульсов триггером прекращается и на выходе последнего

Фпксируется логический нуль щзи логическая едитпйва. Выход счетного триг гера coegeiea с первым входом второго двух. импульсных последовательностей

40 содержит два Q -триггера, выход первого 9 repa соединен с Э -вхсь-. дом второго P -тTрpиfgгlг eерpа, синхронизируккций вход которого является. первым входом блока, Вторым входом которого .является синхроннзирующкй вход перво45 го Р -триггера, D -вход которого под.ключен к шине «Логическая единица", выход второго D -триггера является выходом блока и соединен с Я -входом первого D григгера.

На. фиг. 1 уущедена структурная схема генератора; на. фиг. 2 - схема блока согласования рвух импульсных последовательностей; на фиг. 3 - диаграмма работы блока согласования.

Генератор содержит последовательно соединенные источник 1 шума, усилитель

2, пороговый элемент 3, первый блок

4 согласования двух импульсных после-

3 : 94 ключевого элемента, а второй его вход-, с генератором тактовых импульсов. Вы3ЮОД ВТОРОГО КЛЮЧЕВОГО ЭЛЕМЕНТа ЯВПЯЕТcH BMxoQoM генератора пучайных чисел (23 .

Считается, чго под действием потока Иьшульсов, поступактщх на вход счетно го туиггера, вероятность нахождения его в состоянии логического нуля с очень

Высокой точностью будет равна вероятности нахождения его в состоянии ложческой единицы. При правипьной реализации процесса считывания Выходного состояния счетного триггера под дейст вием тактового Импульса аналогичная точность будет достигаться, и на Выходе генератора случайных чисел. наблюдаются значительные закономерные отклонения or равных значений Вероятностей нахождения счетного триггера в состояниях лотическоно. нуля и логической единицы. Это обусловлено Отсутствием схематических решекий, исключаняцих.на Вхорде счетного триггера импульсы с амплитудами и длительностями, недостаточнй» ми дпя его нормальной работы (назовем их на ормированными импульсами), а также неидентичностью фязических пара метров элементов, участвуикцих в про.цессе переключения реального счетного триггера из состояния лсгического нуля в состояние логической единицы и об-. ратно. Значительные отклонения указанных вероятностей от равных значений могут ф ггь вызваны ненормированными импульсами, цоявляюшимися ка входе счетного тржтера из- за прерывания .шумового сигнала первым ключевым элементом. Необходимость прерывать работу счетного триггера во время действия тактового импульса, в конечном счете, .приводит к ухудшению статистических параметров генератора. Это обусловлено тем, что первый ключевой элемент вялю» чен перед счетным триггером. Кроме того, щжнцип действия генератора с прекращением работы счетного триггера во время дейсткщ тактового импульса требует изменения величины длительности ив пульса на втором входе первого ключева;О элемента в тех случаях, когда необходимо изменить длительность тактовых импульсов. Этот недостаток не позволяет испольэовать одно и то же устройство в HlgpoKOM диапазоне дпитепь

- ностей тактовых импульсов В известных генераторах случайных чисел высокие статистичесже параметры достигаются путем случайного подбора элементов, 5864 4 составляющих генератор. Случайный подбор элементов требует проведения большого объема экспериментальной работы,. как при разработке схемы генератора, так и при изготовлении каждого его образца. В ряде случаев прихоиится проводить периодический контроль статистических парамеиров генераторов,.находя- .. щихся в эксплуатации.

> g Целью изобретения является повьппе,иие точности генератора..

Поставленная цель достигается тем, что в:генератор случайных. чисел, содержащий источник шума, выход которого через усилитель соединен с входом порогового элемента, триггер, генератор тактовых импульсов, выход которого соеggmm с первым входом эпемента И,: выход которого является Выходом генера о тора, введены два блока согласованиядвух импульсных .последоватчиьност ей, элемент задержки и, генератор опорных

ИМПУЛЬСОВ, ВЫХОД КОТОРОГО СОЕДИНЕН С . первыми входами 6локов. согласования двух HMH ëüñ ûx последоватепьностей, выход порогового элемента соединен с вторым входом первого блока согласования двух последовательностей, выход которого соединен со счетным входом триггера, выход которого соединен с первым входом эпемен ра задержки, выход которого соединен с вторым входом элемента И, первый вход которого объеДИнен с вторЫм Входом второго блока согласования двух импульсных последо-.

Вательностей» ВыхОд кеторого соединен с вторым входом. элемента задержки. А также тем, что каждый блок согласования

5 945М4: 6 . . ности периода тактовых импульсов. Второй блок 8 обеспечивает смену состояний в элементе задержки 7 после окончания тактового импульса. Выходное со. стояние элемента задержки 7 смитывае вся с помощью элемента И 10, управляе на выходе элемента И 10 формируются случайные сигналы, длительность zoro. рых равна длительности тактового. им пульса.

Предпагаемая схема генератора спу- чайных чисел вьп"одно отличается от из-. ,вестного устройства, так как в ней целенаправленными схемотехническими ранениями исключаются закономарные. отклонения вероятностей появления логического нуля и логической единицы на выходе устройства от равного значения.

В предлагаемой схеме генератора случайных чисел отсутствует прерывание работы счетного триггера при формировании случайного исла, что приводит к, улучшению его статических характериотик,а также исключается влияние длительности тактового импульса на работу устройства. В результате применения этой схемы отпадает необходимость в проведении большого объема экспериментальных. исследований по подбору элементов, появляется воэможность на лрактике получать .генераторы случайных чисел с статистическими параметрами и соответствукицнми расчетными данными. довательностей, первый вход которого подключен к выходу генератора" 5 опорных импульсов, второй вход соединен с выходом порогового элемента, а выход через чриггер. 6 — с первым входом элемента 7 задержки, второй вход котороро подключен к выходу второго блока

8 согласования двух импульсных после довательностей, первый вход которого соединен с выходом генератора 5 опор- Io ных импульсов, а второй — с выходом генератора 9 тактовых импульсов и первым входом элемента И 10, второй вход которого подключен к выходу эле мента 7 задержки„а выход является вы- и ходом генератора.

5л ки 4 и 8 согласования содержат два последовательно соединенных триггера 11-и 12.

В схеме генератора случайных чисел формирование импульсов с амллитудамн и длительностями, достаточными для нормальной работы триггера 6, достигается за счет включения между усилите лем 2 и триггером 6 порогового элемента 3 и первого блока 4. Первый блок

4 обеспечивает формирование импульсов с длительностями, равными периоду частоты генератора опорных импульсов 5. мцульсы формируемые первым блоком ЗО .4., синфаэны импульсам опорного генера тора. Если длительность периода опорных имщщьсов меньше минимально воэмсикной длительности между двумя соседними случайными импульсами, поступаю.щими на второй вход первого блока 4, то на его выходе будет сформировано такое же количество импульсов, которое .поступвто на его второй вход. Изменение состояний триггера 6 происходит сннфаэ-

40 но с.импульсами опорного генератора, поэтому, если тактовые импульсы синфазны импульсам опорного генератора, то случайные числа могут считываться непосредственно с выхода триггера 6. В общем случае, когда тактовые. импульсы

43 не синфаэны импульсам опорного генератора, считывание выходного состояния åða 6 производится с помощью элемента задержки 7, управляемого сигналом от второго блока 8 согласования. Второй блок 8 согласования обеспечивает формирование импульсов с длительностями, равными периоду частоты генератора 5 опорных импульсов. Импульсы, псаучаемые на выходе второго блока 8, синфазны импульсам опорного генератора, щж этом необходимо, чтобы дпительность периода опорных импульсов была меньше длительФормула изобретения

Генератор случайных мсеп, содержащий источник шума, выход которого через усилитель соединен с входом пороь гового элемента, триггер, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, выход . которого является выходом генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности генератора, он содержит два блока согласования двух импульсных последовательностей, элемент задержки и генератор сяорных импульсов, выход которого coeggnen c первыми входами блоков согласования двух импульсных последоватепьностей, выход порогового элемента соединен с вторым входом первого блока согпасования двух импульсных последовательностей, выход которого соединен со счетным входом триггера, выход которого соединен с первым входом элемента за7 04ЬМ4 8 держки, выход которого соединен с вто- pbIM входом которого является орым входом элем мта И, первый вход ннзируюкнй вход первого D -триггера, которого объединен с вторым входом 3 -вход которого подюпочен к шине второго блока согласования двух.импульо- догиче=кая единица, выход второго

Hbrx последовательностей, выход которо- к ) ) триггера является выходом блока и го соединен с вторым входом элемента соединен с Р -входом первого 8 грнгзщщякеи. гера.

2. Генератор случайных чисел по и. 1,отличающийсятем,что Источники информации, каждый блок согласования двух импульс- Ы принятые во внимание щж экспертизе н ых последовательностей содержит два 1. Авторское свидетельство СССР

D триггера, выход первого D григге- М 348991, кл. G 06 F 1/02, 1970. ра соединен с B -входом второго 1) - . 2. Божев М. Н. Генерирования слутриггера вход которо- чайных сигналов. М., Энергия, 1 971., го является первым входом блока, вто- ts с. 142 (прототип). 04ÜÌ4 фиа 8 бход2 ахи

ЬыхоИ

ФАЗ

Составигель А. Карасов

Редактор Л. Гратилло Техред Е.Харятончик Корректор Г. Решетник

Заказ 5332/68 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий

113035, Москва, S, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4