Датчик случайных чисел

 

Союз Советсник

Социалистичесник

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ р >951302 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 13.01. 81 (21) 3234508/18-24 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 15.08.82. Бюллетень ¹ 30

Дата опубликования описания 150882 (51) М. Кп.з

G 06 F /58

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (33) УДК 6 81 . 3 25 (088.8) (54) ДАТЧИК СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для получения случайных чисел с заданным законом распределения.

Известен датчик случайных чисел, содержащий времяэадающие блоки, элемент И, триггеры, генератор случайных импульсов 1».

Недостатком данного датчика является невысокое быстродействие.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению являет-. ся датчик случайных чисел, содержащий генератор случайных импульсов, времязадающие блоки, выполненные в виде ждущих муйьтивибраторов, схемы И, триггеры. Выход каждого предыдущего времязадающего блока известного устройства подключен ко вхо. ду последующего времязадающего блока и к первому входу соответствующего элемента И. Ко вторым входам всех элементов И подключен генератор случайных импульсов,.а выходы элементов И подключены к единичным входам соответствующих триггеров.

Нулевые входы всех триггеров подключены к клемме "Сброс", а выходык выходным клеммам (2).

Недостатком известного технического решения является то, что время формирования одного случайного числа равно сумме полных времен работ всех времязадающих .блоков, что ограничи-. вает скорость работы устройства.

Цель изобретения — повьпаение быстродействия датчика.

Поставленная цель достигается тем, что в датчик введены формирователь импульсов, группа генераторов случайных импульсов, группа переключателей, элемент ИЛИ, триггер, элемент импликации, выход которого подключен к входам элементов задержки группы, управляющие входы каждого из которых подсоединены к прямым выходам соответствующих триггеров группы, нулевые входы которых соединены с прямым входом элемента импликации, нулевым входом триггера и с выходом формирователя импульсов, вход которого подключен к выходу "Считывание" датчика и к выходу триггера, единичный вход

25 которого подключен к выходу элемента

ИЛИ, каждый вход которого подсоединен к выходу соответствующегo элемента задержки группы, а инверсный вход элемента импликации подключен ко входу

;30 "Запуск" датчика, причем информацион951302, элемент микросхемы К1ЛП381. Вход Х элемента импликации 5 подсоединен к клемме 8 запуска, а выход Y — к входам "Запуск" элементов задержки

° 2я... 2, Работа датчика основана на форлено но закону Пуассона

1)к) е ()к

К1

Р; Жи)=1-e, (2) где P (1 И > =Р) i (=, определяются „ — временные интервалы настройки соответствующих времязадающих блоков. При этом

В качестве элементов задержки . мента И 3 триггер 41 установится

2А, 2 ... 2 )могут быть использованы в единичное состояние и остановит схемы, позволяющие регулировать дли- процесс формирования импульса на в тельность генерируемого импульса и ходе элемента задержки 2 до исдопускающие прекращение формирова- течения времени С . Если за времяТ ния этого импульса по сигналу на от генератора случайных импульсов входе "Сброс". Например, элементы 1 не поступит ни одного импульса, задержки 2, 2>..., 2 ) могут быть то элемент 2„, проработав время Z< реализованы на основе ждущих муль- : закончит формирование импульса пол тивибраторов с ключом разряда вре- 0 ностью, и триггер 4 останется в н мязадающего конденсатора. Под элементом импликации 5 понимается двух- . чего цикла все триггеры устанавливходовая комбинационная схема, выполняющая булевую функцию =X„")XgX„>Xg.

В этом качестве может быть применен 65 левом состоянии (перед началом рабоваются в нулевое состояние). Остальные 2, и разряды датчика работают аналогично. ные выходы датчика подключены через соответствующие переключатели группы к прямым и инверсным выходам соответствующих триггеров группы, а выходы генераторов случайных импульсов соединены с вторыми входами соот- 5 ветствующих элементов И группы.

На чертеже представлеиа структурная схема датчика случайных чисел.

Датчик содержит генераторы случайных импульсов 1<, 1 .....1н (где п-10 число разрядов случайного числа), элементы задержки 2„, 2 ....2, элементы Й 3, 3 ... 3> группу триггеров 4„„ 4 ... 4> элемент.импликации

5, трйггер б, формирователь импульсов15

7, клемму запуска 8, выходную клемму

"Считывание" 9, элемент ИЛИ 10, переключатели 11, 11 ... 11,„.

Выходы всех генераторов случайных импульсов 1, 1 ... 1„соединены с вторыми входами соответствующих элементов И 3, 3,... 3>. Первые входы всех элемейтов И ЗА, 3,...3„ подключены к выходам соответствующйх элементов задержки 24, 2 " .2и. à Выхо 25 ды этих элементов И соединены с еди ничными входами соответствующих триггеров 4, 42..., 4 . Нулевые входы этих триггеров подсоединены к,,прямому входу элемента.импликации 5, к нулевому входу триггера б и к выходу формирователя 7, вход которого соединен с клеммой "Считывание" 9 и выходом триггера б, единичный вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 10, каждый вход которого подсоединен к выходу соответствующего элемента задержки. Выходы всех триггеров 4, 4д ...., 4> соединены с входами

"Сброс" соответствующих элементов задержки 2, 2,...2,. Клемма запуска40

8 соединена с инверсным входом элемента импликации 5, а его выход подключен к входам запуска всех элементов задержки 2, 2 ... 2 . Выходные информационные клеммы подключаются 45 через соответствующие переключатеЛи

11, 11 ... 11 ) к прямым (в одном положении) или инверсным (в другом положении) выходам соответствующих триггеров 4, 4 ... 4). 50 мировании цифр в разрядах многоразрядного двоичного числа с помощью генераторов случайных импульсов.

Количество импульсов, появившихся на выходе генератора случайных импульсов за интервал времени 3, распреде где К вЂ” количество импульсов,.,)). =constинтенсивность потока. По известным из заданного закона распределения веростностям появления единиц Р, Р ...

Р, где и — число разрядов числа, в соответствии с формулой

В первом случае (Р„- а 0,5) переключатель в соответствующем рязряде 11 подключается к прямому выходу соответствующего триггера 4„-. Во втором случае (Р„ 0,5) переключатель в соответствующем разряде 11 „подключается к инверсному выходу соответствующего триггера 44.

Датчик работает следующим образом.

После подачи разрешающего потенциального уровня на клеммы "Запуск"

8 происходит запуск всех элементов задержки 2, 2,...,2, которые формируют импульсы требуемой в каждом разряде длительности. При поступлении от генератора случайных импульсов 14 первого импульса на вход элеы1 у951302

Факт окончания формирования импульсов всеми элементами задержки

24, 2, ° .., 2 фиксируется элементом Í 10, и на выходной клемме

"Считывание" 9 появится импульс, разрешающий считывание информации с триггерного Регистра 4, 4,...4 .

Этот же импульс поступает йа вход формирователя 7, который формирует на выходе импульс сброса, задержанный относительно входного импульса на 10 время, необходимое для считывания информации с триггерного регистра

4А, 4 . .4и. В качестве формирователя 7 может быть применен, например, ждущий мультивибратор. ИмпУльс, сфор-)5 мированный в фоРмирователе 7, установит в "о" триггеры 44, 4,... 4 и и триггер б, а если при этом на клемме "Запуск" 8 выставлен разрешающий потенциальный уровень, то вновь запустит элементы задержки 2, 2 ... 2„, начнется новый цикл формирования очередного случайного числа.

Таким образом, процесс повторяется до тех пор, пока на е е "Запуск25

8 поддерживается разрешающий потенциальный уровень.

Для однократного запуска устройства на клемму 8 должен подаваться короткий импульс. Так как временной ин- 30 тервал настройки „. элемента задержки 2 увеличивается с возрастанием значения P„., то его настройка 2 при

Р„. t 0,5 на временной интервал, соответствующий значению 1 — P„. < 0,5, и снятие информации с инверсного выхо- 35 да триггера. 4 с помощью переключателя 11 ° обеспечивают сокращение времени формирования цифры в данном 1-ом разряде, а следовательно и всего

n — разрядного числа. Выигрыш в быст 40 родействии только от этого усовершенствования.увеличивается в среднем. в 2 раза.

Как следует из описания работы предлагаемого датчика случайных чи- 45 сел, время Т4. и формирование числа сокращается по сравнению с прототипом, формирующим разряды числа последовательно, имеющим постоянный временной цикл и предусматривающим толь-50 ко однозначную настройку элементов задержки. Полученный при этом эффект тем значительнее, чем ближе значения Р .к единице. Прй этом время

Т всегда не больше, чем время Г„, „ где с„о =max(y„, Сд,... c,„) . Очевидно, что время Т, носит вероятностный характер.

Формула изобретения

Датчик случайных чисел, содержащий генератор случайных импульсОв, группу элементов задержки, выходы которых подключены к первйм входам соответствующих элементов И группы, выходы которых соединены с единичными входами соответствующих триггеров. группы, отличающийся тем, что,. с целью повышения быстродействия датчика, в него введены формирователь импульсов, группа генераторов случайных импульсов, группа переключателей, элемент ИЛИ, триггер, элемент импликации, выход которого подключен к входам элементов задержки группы, управляющие входы каждого из которых подсоединены к прямым выходам соответствующих триггеров группы, нулевые входы которых соеди"нены с пряьым входом элемента импликации, нулевым входом триггера и с выходом формирователя импульсов, вход которого подключен к выходу

"Считывание" датчика и к выхоцу триггера, единичный вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, каждый вход которого подсоединен к выходу соответствующего элемента задержки группы, а инверсный вход элемента импликации подключен к входу "Запуск" датчика, причем информационные выходы датчика подключены через соответствующие переключатели группы к прямком ,и инверсным .выходам соответствующих триггеров группы, а выходы генераторов случайных импульсов соединены с вторыми входами соответствующих элементов И группы

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2850476/18-24, кл. G 06 F 7/58, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР Р 351209, кл.G Об F1/02,,1972 (прототип).

951302

Составитель A. Карасов т Г. Ре аетник

Редактор К. Ролоцук Техред T.Màòî÷êà Коррек ор

Заказ 5948/55 . Тираж 731 - Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, Ул. Проектная, 4