Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в испытательной и контрольной аппаратуре при отладке узлов и блоков электронно-вычислительных машин. The invention relates to computer technology and can be used in test and control equipment when debugging nodes and blocks of electronic computers.
Известен генератор псевдослучайной последовательности, содержащий регистр сдвига с обратными связями, на вход которого поступает пачка синхроимпульсов, формируемого в элементе И-НЕ, количество которых является случайным. Выход элемента И-НЕ подключен к своему первому входу, а второй соединен с входом генератора импульсов. Недостатком данного устройства является, то, что генерируемая ПСП формируется только в ограниченной области кольца М-последовательности [1]
Наиболее близким техническим решением к заявляемому, является известное устройство, содержащее генератор импульсов, элемент И-НЕ, выход которого соединен со своим первым входом и входом "Сдвиг" регистра сдвига, выходы 1-го (1= 1, К-1; К-число разрядов регистра сдвига) и К-го разрядов которого соединены соответственно с первым и вторым входами сумматоров по модулю два, выход которого соединен с входом "Сдвиг" регистра сдвига, схему сравнения, генератор линейно-изменяющегося напряжения, блок памяти и источник шума, выход которого соединен с информационным входом блока памяти. Выход блока памяти соединен с первым входом схемы сравнения, выход которой соединен с вторым входом элемента И-НЕ. Выход генератора импульсов соединен с входом "Запись" блока памяти и входом генератора линейно-изменяющегося напряжения, выход которого соединен с вторым входом схемы сравнения [2]
Однако недостатком генератора [там же] является ограниченные функциональные возможности, заключающиеся в отсутствии управления вероятностью появления случайных чисел, равномерно распределенных в кольце М-последовательности.A known pseudo-random sequence generator containing a shift register with feedbacks, the input of which receives a packet of clock pulses generated in the AND element, the number of which is random. The output of the AND-NOT element is connected to its first input, and the second is connected to the input of the pulse generator. The disadvantage of this device is that the generated SRP is formed only in a limited area of the ring of the M-sequence [1]
The closest technical solution to the claimed one is a known device containing a pulse generator, an NAND element, the output of which is connected to its first input and the “Shift” input of the shift register, the outputs of the 1st (1 = 1, K-1; K- the number of bits of the shift register) and the K-th bits of which are connected respectively to the first and second inputs of the adders modulo two, the output of which is connected to the input "Shift" of the shift register, a comparison circuit, a ramp generator, a memory unit and a noise source, output which is connected to Discount input of the storage unit. The output of the memory unit is connected to the first input of the comparison circuit, the output of which is connected to the second input of the AND-NOT element. The output of the pulse generator is connected to the input "Record" of the memory unit and the input of the ramp generator, the output of which is connected to the second input of the comparison circuit [2]
However, the disadvantage of the generator [ibid.] Is its limited functionality, which consists in the absence of control over the probability of the appearance of random numbers uniformly distributed in the ring of the M-sequence.
Целью изобретения является разработка генератора равномерно распределенных случайных чисел формирующего последовательности случайных чисел с заданной вероятностью. The aim of the invention is to develop a generator of uniformly distributed random numbers forming a sequence of random numbers with a given probability.
Поставленная цель достигается тем, что в известный генератор равномерно распределенных случайных чисел, содержащей генератор импульсов, выход которого подключен к входу генератора линейно-изменяющего напряжения и входу "Запись" блока памяти, выход которого подключен к первому входу первой схемы сравнения. Выход источника шума подключен к информационному входу блока памяти. Выход генератора линейно-изменяющегося напряжения подключен к второму входу первой схемы сравнения. Выход элемент И-НЕ подключен к своему первому входу и входу "Сдвиг" регистра сдвига. Выходы 1-го (1=1.K} K-число разрядов регистра сдвига) и K-го разрядов регистра сдвига подключены соответственно к первому и второму входам сумматора по модулю два, выход которого подключен к входу "Сдвиг" регистра сдвига. Выходом генератора равномерно распределенных случайных чисел является выход K-го разряда регистра сдвига. Кроме того, дополнительно введены два элемента И, RS-триггер, вторая схема сравнения, к первому и второму входам которой подключены соответственно выходы генератора линейно-изменяющегося напряжения и регулируемого источника напряжения. Выход второй схемы сравнения подключен к двум входам второго элемента И, выход первой схемы сравнения подключен к первому входу первого элемента И и к входу элемента НЕ, KR- и S-входам RS-триггера подключены соответственно выход элемента НЕ и выход элемента И, вход которого соединен с прямым выходом RS-триггера. This goal is achieved by the fact that in the well-known generator of uniformly distributed random numbers, containing a pulse generator, the output of which is connected to the input of the ramp generator and the input "Record" of the memory block, the output of which is connected to the first input of the first comparison circuit. The output of the noise source is connected to the information input of the memory block. The output of the ramp generator is connected to the second input of the first comparison circuit. The output element is NOT connected to its first input and to the input "Shift" of the shift register. The outputs of the 1st (1 = 1.K} K-number of bits of the shift register) and the Kth bits of the shift register are connected respectively to the first and second inputs of the adder modulo two, the output of which is connected to the input "Shift" of the shift register. The output of the generator of uniformly distributed random numbers is the output of the Kth digit of the shift register. In addition, two additional elements And, an RS-flip-flop, a second comparison circuit, are added to the first and second inputs of which the outputs of the ramp generator and the regulated voltage source are respectively connected. The output of the second comparison circuit is connected to the two inputs of the second AND element, the output of the first comparison circuit is connected to the first input of the first AND element, and the output of the NOT element and the output of the AND element, the input of which are respectively connected to the input of the element NOT, KR- and S-inputs of the RS trigger connected to the direct output of the RS-trigger.
При такой совокупности существенных признаков предлагаемое устройство позволяет генерировать с заданной вероятностью последовательности случайных чисел, равномерно распределенных в кольце M-последовательности, путем формирования с этой целью заданного количества тактовых импульсов, поступающих на вход регистра сдвига. With such a combination of essential features, the proposed device allows to generate with a given probability a sequence of random numbers evenly distributed in the ring of the M-sequence by forming for this purpose a predetermined number of clock pulses received at the input of the shift register.
На фиг. 1 дана функциональная схема генератора равномерно распределенных случайных чисел; на фиг. 2 a-x временные диаграммы, поясняющие его принцип работы. In FIG. 1 is a functional diagram of a generator of uniformly distributed random numbers; in FIG. 2 a-x timing diagrams explaining its principle of operation.
Генератор равномерно распределенных случайных чисел содержит генератор импульсов 4 (ГИ 4), выход которого подключен к входу генератора линейно-изменяющегося напряжения 5 (ГЛИН 5) и входу "Запись" блока памяти 2 (БП 2), выход которого подключен к первому входу первой схемы сравнения 3 (СС 3). Выход источника шума 1 (ИШ 1) подключен к информационному входу БП 2. Выход ГЛИН 5 подключен к второму входу первой СС 3. Выход элемент И-НЕ 10 подключен к своему первому входу и входу "Сдвиг" регистра сдвига 11 (РС 11). Выходы 1-го (1=1.K} K-число разрядов РС 11) и K-го разрядов PC 11 подключены соответственно к первому и второму входам сумматора по mod 2 14, выход которого подключен к входу "Сдвиг" PC 11. Выходом генератора равномерно распределенных случаных чмсел является выход K-го разряда PC 11. Кроме того, в известный генератор равномерно распределенных случайных чисел дополнительно введены первый 6 и второй 8 элементы И, RS-триггер 9, вторая схема сравнения 12 (CC 12), на первой и второй входы которой подключены соответственно выходы ГЛИН 5 и регулируемого источника напряжения 13 (РИН 13). Выход второй CC 12 подключен к обоим входам второго элемента И 8, выход первой CC 3 подключен к первому входу первого элемента и 6 и к входу элемента НЕ 7, KR- и S-входам RS-триггера 9 подключены соответственно выход элемента НЕ 7 и выход второго элемента И 8, вход которого соединен с прямым выходом RS-триггера. The uniformly distributed random number generator contains a pulse generator 4 (GI 4), the output of which is connected to the input of the ramp generator 5 (GLIN 5) and to the “Record” input of memory unit 2 (PSU 2), the output of which is connected to the first input of the first circuit comparison 3 (SS 3). The output of noise source 1 (IS 1) is connected to the information input of PSU 2. The output of GLIN 5 is connected to the second input of the first SS 3. The output of the AND-NOT 10 element is connected to its first input and the input “Shift” of shift register 11 (PC 11). The outputs of the 1st (1 = 1.K} K-number of bits of PC 11) and the Kth bits of PC 11 are connected respectively to the first and second inputs of the adder according to mod 2 14, the output of which is connected to the input "Shift" of PC 11. The output the generator of uniformly distributed random numbers is the output of the Kth bit PC 11. In addition, the first 6 and second 8 additional elements And, RS-trigger 9, the second comparison circuit 12 (CC 12), are added to the well-known generator of uniformly distributed random numbers and the second inputs of which are connected respectively to the outputs of GLIN 5 and an adjustable voltage source I am 13 (RIN 13). The output of the second CC 12 is connected to both inputs of the second element And 8, the output of the first CC 3 is connected to the first input of the first element and 6 and to the input of the element NOT 7, KR- and S-inputs of the RS-trigger 9 are connected respectively to the output of the element NOT 7 and the output the second element And 8, the input of which is connected to the direct output of the RS-trigger.
Генератор равномерно распределенных случайных чисел работает следующим образом. В момент равенства напряжения на выходе ГЛИН 5 (Фиг. 2, d) и РИН 2 (Фиг. 2, e) на выходе второго СC 12 заканчивается формирование импульса длительности Δt (Фиг. 2, f), который поступает на второй вход первого элемента и 6. Последний формирует импульс (Фиг. 2, g) в момент присутствия на первом входе импульса, поступающего с выхода первой CC 3. Таким образом будет сформирована последовательность импульсов, длительность которых равномерно распределена в интервалеO-T} (Фиг. 2, k), причем длительность импульсов в последовательности будет случайным образом меняться по переднему фронту (как показано на Фиг. 2, k, звездочкой *). Поступая на вход элемента НЕ 7, последовательность равномерно распределенных импульсов инвертируется, а их длительность случайным образом меняется уже по заднему фронту (как показано на Фиг. 2, n звездочкой *). Сформированная таким образом последовательность случайных импульсов (Фиг. 2, g), длительность которых не превосходит заданную длительность установленную РИН 13, поступающая на оба входа второго элемента И 8, выполняющего роль линии задержки с временем задержки, равной времени инвертирования в элементе НЕ 7, последовательности импульсов, поступающих с выхода первого CC 3. Сформированные первая и вторая последовательности импульсов соответственно на выходах элемент НЕ 7 и второго элемента И 8 поступают соответственно на R и S-входы RS-триггера 9, в котором по заднему фронту импульса первой последовательности (Фиг. 2, g) RS-триггер 9 перейдет в единичное состояние, а по заднему фронту импульса второй последовательности переведет RS-триггер 9 в нулевое состояние (Фиг. 2, h). Сформированный таким образом импульс с выхода RS-триггера поступает на вход элемента И-НЕ 10, являющийся разрешающим для генерации тактовых импульсов (Фиг. 2, y), по средству которых в PS 11 будет сгенерированно с заданной вероятностью случайное число, равномерно распределенное в кольце M-последовательности (Фиг. 2, x). В противном случае (отсутствие сформированного импульса на элементе И 6 и как следствие нулевое состояние RS-триггера 9) на выходе элемента И-НЕ 10 будут отсутствовать тактовые импульсы, осуществляющие формирование случайного числа в PC 11. The generator of uniformly distributed random numbers works as follows. At the moment of equal voltage at the output of GLIN 5 (Fig. 2, d) and RIN 2 (Fig. 2, e), the output of the second CC 12 ends with the formation of a pulse of duration Δt (Fig. 2, f), which is fed to the second input of the first element and 6. The latter generates a pulse (Fig. 2, g) at the moment of the presence at the first input of the pulse coming from the output of the first CC 3. Thus, a sequence of pulses will be formed, the duration of which is uniformly distributed in the O-T} interval (Fig. 2, k ), and the duration of the pulses in the sequence will randomly change on the leading edge (as shown in Fig. 2, k, with an asterisk *). When entering the input of the element NOT 7, the sequence of uniformly distributed pulses is inverted, and their duration randomly changes already on the trailing edge (as shown in Fig. 2, n with an asterisk *). The sequence of random pulses formed in this way (Fig. 2, g), the duration of which does not exceed the specified duration set by RIN 13, received at both inputs of the second element And 8, acting as a delay line with a delay time equal to the inversion time in the element HE 7, the sequence pulses coming from the output of the first CC 3. Formed the first and second sequences of pulses respectively at the outputs of the element HE 7 and the second element And 8 are received respectively at the R and S inputs of the RS-trigger 9, wherein the trailing edge of the first pulse sequence (Fig. 2, g) RS-flip-flop 9 goes in one state, and the trailing edge of the pulse of the second sequence translate RS-trigger 9 in the zero state (FIG. 2, h). The pulse thus formed from the output of the RS-flip-flop goes to the input of the AND-NOT 10 element, which is enabling for the generation of clock pulses (Fig. 2, y), by means of which a random number uniformly distributed in the ring will be generated with a given probability in a given probability M-sequences (Fig. 2, x). Otherwise (the absence of a generated pulse on the And 6 element and, as a consequence, the zero state of the RS flip-flop 9), there will be no clock pulses at the output of the And-NOT 10 element that generate a random number in PC 11.
