RU2211481C2 - Random-number generator - Google Patents

Random-number generator Download PDF

Info

Publication number
RU2211481C2
RU2211481C2 RU2001127314/09A RU2001127314A RU2211481C2 RU 2211481 C2 RU2211481 C2 RU 2211481C2 RU 2001127314/09 A RU2001127314/09 A RU 2001127314/09A RU 2001127314 A RU2001127314 A RU 2001127314A RU 2211481 C2 RU2211481 C2 RU 2211481C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
block
bit
control unit
Prior art date
Application number
RU2001127314/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2001127314A (en
Inventor
ков Э.В. Бел
Э.В. Беляков
В.Е. Кузнецов
В.И. Курносов
А.М. Лихачев
О.В. Поминчук
Original Assignee
Военный университет связи
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Военный университет связи filed Critical Военный университет связи
Priority to RU2001127314/09A priority Critical patent/RU2211481C2/en
Publication of RU2001127314A publication Critical patent/RU2001127314A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2211481C2 publication Critical patent/RU2211481C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Complex Calculations (AREA)

Abstract

FIELD: computer engineering; static analyses in data processing systems. SUBSTANCE: device has random-number transducer, key block, threshold generation unit, OR gate, control unit incorporating shift register, OR gates, bit disconnection components, trigger component, and initial setting component. EFFECT: enhanced precision of random value simulation. 2 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области вычислительной техники и может использоваться при статистических исследованиях и в системах для обработки информации. The invention relates to the field of computer technology and can be used in statistical research and in systems for processing information.

Известен генератор последовательностей случайных чисел (см. а.с. СССР 447706, кл. G 06 F 1/02, 1974), содержащий датчик равномерно распределенных чисел, коммутатор, первый и второй генераторы тактовых импульсов, счетчик, регистры, клапаны, элемент задержки, преобразователь, формирователь импульса сброса и ключ. A known random number sequence generator (see AS USSR 447706, class G 06 F 1/02, 1974), containing a uniformly distributed number sensor, switch, first and second clock generators, counter, registers, valves, delay element , converter, reset pulse shaper and key.

Известный генератор формирует неуправляемую по длине последовательность случайных чисел, что ограничивает его функциональные возможности. The known generator generates an uncontrolled length sequence of random numbers, which limits its functionality.

Известен генератор случайных чисел (см. а.с. СССР 771654, кл. G 06 F 1/02, 1978), содержащий источник равномерно распределенных случайных сигналов, два блока памяти, сумматор, переключатель и умножитель. A known random number generator (see AS USSR 771654, class G 06 F 1/02, 1978), containing a source of uniformly distributed random signals, two memory blocks, an adder, a switch and a multiplier.

Известный генератор позволяет получать случайные числа для функций как с непрерывными распределениями, так и с распределениями, имеющими разрывы первого рода. The well-known generator allows you to get random numbers for functions with both continuous distributions and distributions having discontinuities of the first kind.

Однако данное устройство обеспечивает ограниченную точность аппроксимации функции распределения. However, this device provides limited accuracy of the approximation of the distribution function.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является генератор случайной последовательности заданных значений набора данных (см. патент РФ 2138074, кл. G 06 F 7/58, 1998), содержащий источник случайных чисел с заданным законом распределения, выход которого подключен ко второму адресному входу мультиплексора, а его первый адресный вход является адресным входом генератора случайной последовательности заданных значений набора данных, вход разрешения мультиплексора является входом разрешения генератора. Выход мультиплексора подключен к адресным входам первого и второго блоков памяти, информационный вход второго блока памяти соединен с информационным входом первого блока памяти и является информационным входом генератора, выход первого подключен ко входу блока сравнения, а выход второго ко входу блока элементов "И". Второй управляющий вход блока элементов "И" соединен с входом выбора мультиплексора, а третий вход блока элементов "И" соединен с выходом блока сравнения. Выход блока элементов "И" является выходом устройства. The closest technical solution to the claimed invention is a random sequence generator of given values of a data set (see RF patent 2138074, class G 06 F 7/58, 1998), containing a random number source with a given distribution law, the output of which is connected to the second address input the multiplexer, and its first address input is the address input of the generator of a random sequence of set values of the data set, the resolution input of the multiplexer is the generator enable input. The multiplexer output is connected to the address inputs of the first and second memory blocks, the information input of the second memory block is connected to the information input of the first memory block and is the information input of the generator, the output of the first is connected to the input of the comparison unit, and the output of the second to the input of the block of elements "AND". The second control input of the block of elements "AND" is connected to the input of the selection of the multiplexer, and the third input of the block of elements "AND" is connected to the output of the comparison unit. The output of the block of elements "AND" is the output of the device.

Данный прототип по сравнению с аналогами позволяет формировать случайные величины с динамическим изменением их функции распределения в ходе моделирования случайных процессов. This prototype, in comparison with analogues, allows you to generate random variables with a dynamic change in their distribution function during the simulation of random processes.

Недостатком генератора-прототипа является относительно низкая точность моделирования (под точностью моделирования (несмещением) понимается условие, когда математическое ожидание оценки случайной величины

Figure 00000002
при любом возможном Θ будет равно Θ (см., например, книгу: Б. А. Севастьянов - Курс теории вероятности и математической статистики-М.: Наука, 1982, с.213-232)) случайных величин.The disadvantage of the prototype generator is the relatively low modeling accuracy (modeling accuracy (non-bias) refers to the condition where the mathematical expectation of an estimate of a random variable
Figure 00000002
for any possible Θ it will be equal to Θ (see, for example, the book: B. A. Sevastyanov - The course of probability theory and mathematical statistics-M .: Nauka, 1982, pp. 213-232)) random variables.

Целью изобретения является разработка генератора случайных чисел, обеспечивающего более высокую точность моделирования случайных величин, оценок моментов моделируемых случайных величин, описывающих поведение сложных систем, за счет формирования случайных чисел в заданном диапазоне изменения вероятностной меры (см., например, книгу: Надежность и эффективность (справочник) /Под ред. Б.В. Гнеденко, т.2, с.20) их представления путем управления длиной случайной последовательности генерируемых чисел. The aim of the invention is to develop a random number generator that provides higher accuracy of modeling random variables, estimates of the moments of simulated random variables that describe the behavior of complex systems, by generating random numbers in a given range of variation of the probability measure (see, for example, the book: Reliability and Efficiency ( reference book) / Edited by B.V. Gnedenko, v.2, p.20) their presentation by controlling the length of a random sequence of generated numbers.

Поставленная цель достигается тем, что в известный генератор случайных чисел, содержащий датчик случайных чисел (ДСЧ) и блок управления, дополнительно введены N, где N≥2, блоков ключей, N блоков формирования порогов и N-входовый элемент ИЛИ. Датчик случайных чисел имеет k-разрядный выход, где k≥2, который соединен с k-разрядным информационным входом каждого блока ключей. This goal is achieved by the fact that N, where N≥2, key blocks, N threshold generation blocks and an N-input OR element, are additionally introduced into the well-known random number generator containing a random number sensor (DCH) and a control unit. The random number sensor has a k-bit output, where k≥2, which is connected to the k-bit information input of each key block.

Управляющий вход i-го блока ключей, где i=1, 2,... N соединен с i-м выходом блока управления, а его k-разрядный выход соединен с k-разрядным входом i-го блока формирования порогов. The control input of the i-th block of keys, where i = 1, 2, ... N is connected to the i-th output of the control unit, and its k-bit output is connected to the k-bit input of the i-th block of threshold generation.

Управляющий выход блока формирования порогов соединен с i-м входом N-входового элемента ИЛИ. Информационный k-разрядный выход N-го блока формирования порогов является выходом генератора случайных чисел. The control output of the threshold generation unit is connected to the i-th input of the N-input OR element. The information k-bit output of the Nth thresholding block is the output of a random number generator.

Блок управления состоит из входного элемента, синхронизирующего элемента, блока запуска, блока отключения разрядов, блока начальной установки и N-разрядного регистра сдвига, включающего N ячеек. Продвигающий выход j-й ячейки, где j=1, 2,..., N-1 N-разрядного регистра подключен к информационному входу (j+1)-й ячейки, а продвигающий выход N-й ячейки подключен к первому входу входного элемента. Второй вход входного элемента подключен к первому входу синхронизирующего элемента и выходу блока начальной установки. Выход входного элемента подключен к информационному входу первой ячейки N-разрядного регистра. Синхронизирующие входы ячеек регистра с номерами от второго до N-го объединены и подключены ко второму входу синхронизирующего элемента, являющемуся входом блока управления. Синхронизирующий вход первой ячейки подключен к выходу синхронизирующего элемента. Разрешающий вход i-й ячейки N-разрядного регистра подключен к i-му выходу блока отключения разрядов. Установочные входы всех N ячеек N-разрядного регистра объединены и подключены к выходу блока запуска. Информационные выходы всех N ячеек N-разрядного регистра являются соответствующими N выходами блока управления. The control unit consists of an input element, a synchronizing element, a start block, a block for disabling discharges, an initial setting block, and an N-bit shift register, including N cells. The forward output of the jth cell, where j = 1, 2, ..., N-1 of the N-bit register is connected to the information input of the (j + 1) th cell, and the forward output of the Nth cell is connected to the first input of the input item. The second input of the input element is connected to the first input of the synchronizing element and the output of the initial installation block. The output of the input element is connected to the information input of the first cell of the N-bit register. The synchronizing inputs of the register cells with numbers from the second to the Nth are combined and connected to the second input of the synchronizing element, which is the input of the control unit. The clock input of the first cell is connected to the output of the clock element. The allowing input of the i-th cell of the N-bit register is connected to the i-th output of the block for disabling discharges. Installation inputs of all N cells of the N-bit register are combined and connected to the output of the start block. The information outputs of all N cells of the N-bit register are the corresponding N outputs of the control unit.

Благодаря новой совокупности существенных признаков и за счет введения блока управления, блоков формирования порогов, блоков ключей и связей между ними обеспечивается возможность формирования последовательности случайных чисел с требуемой (минимальной и максимальной) вероятностью их появления. Этим достигается возможность моделирования случайных величин с более высокой точностью. Thanks to a new set of essential features and due to the introduction of a control unit, threshold generation blocks, key blocks and the relationships between them, it is possible to generate a sequence of random numbers with the required (minimum and maximum) probability of their occurrence. This makes it possible to simulate random variables with higher accuracy.

Заявленное устройство поясняется чертежами:
фиг.1 - функциональная схема устройства;
фиг.2 - схема блока управления;
фиг.3 - схема ячейки блока управления;
фиг.4 - схема элемента запуска;
фиг.5 - схема элемента начальной установки.
The claimed device is illustrated by drawings:
figure 1 - functional diagram of the device;
figure 2 - diagram of the control unit;
figure 3 - cell diagram of the control unit;
4 is a diagram of a trigger element;
5 is a diagram of an element of the initial installation.

фиг.6 - схема блока ключей;
фиг.7 - схема блока формирования порогов;
фиг.8 - схема N-входового элемента "ИЛИ".
6 is a diagram of a block of keys;
Fig.7 is a block diagram of the formation of thresholds;
8 is a diagram of an N-input OR element.

Генератор случайных чисел, показанный на фиг. 1, состоит из датчика случайных чисел 1, блока управления 5, N, где N≥2, блоков ключей 2, N блоков формирования порогов 3 и N-входового элемента ИЛИ 4. The random number generator shown in FIG. 1, consists of a random number sensor 1, control unit 5, N, where N≥2, key blocks 2, N blocks for generating thresholds 3 and N-input element OR 4.

Датчик случайных чисел 1 предназначен для получения последовательности чисел, подчиненных заданному закону распределения. Известный датчик описан в книге: М.П. Бобнев "Генерирование случайных сигналов", М.: Энергия, 1971, с. 170, рис. 6-13. Датчик имеет k-разрядный выход, где k≥2, который соединен с информационным входом соответствующего элемента "И" 2.1l,..., 2.1k каждого блока ключей 2.The random number sensor 1 is designed to obtain a sequence of numbers subject to a given distribution law. A known sensor is described in the book: M.P. Bobnev "Generation of random signals", M.: Energy, 1971, p. 170, fig. 6-13. The sensor has a k-bit output, where k≥2, which is connected to the information input of the corresponding element "AND" 2.1 l , ..., 2.1 k of each key block 2.

Блок ключей 2 предназначен для проключения случайного числа с выхода ДСЧ на вход соответствующего блока формирования порогов. Управляющие входы i-го блока ключей, где i=1, 2,... N, соединены с i-м выходом блока управления. Выходы элементов "И" 2.1l,... 2.1k одновременно соединены с первой группой входов первого 3.3 и второго 3.4 блоков сравнения и вторыми входами трехвходовых элементов 3.7l... 3.7k "И" i-го блока формирования порогов 3.The key block 2 is designed to switch a random number from the output of the frequency converter to the input of the corresponding block of threshold formation. The control inputs of the i-th block of keys, where i = 1, 2, ... N, are connected to the i-th output of the control block. The outputs of the "And" elements 2.1 l , ... 2.1 k are simultaneously connected to the first group of inputs of the first 3.3 and second 3.4 comparison blocks and the second inputs of the three-input elements 3.7 l ... 3.7 k "And" of the i-th block of threshold formation 3.

Блок формирования порогов 3 предназначен для селективной выборки случайных чисел, сформированных ДСЧ. Вторая группа входов первого 3.3 и второго 3.4 блоков сравнения соединены с выходами первой 3.1 и второй 3.2 резистивных матриц. Первый и второй выходы первого 3.3 и второй и третий выходы второго 3.4 блоков сравнения соединены соответственно с первым 3.5 и вторым 3.6 двухвходовыми элементами "ИЛИ". Выход первого 3.5 элемента "ИЛИ" соединен с первыми входами трехвходовых элементов 3.7l,..., 3.7k "И", а выход второго 3.6 элемента "ИЛИ" соединен с третьими входами трехвходовых элементов 3.7l,. . . , 3.7k "И", выходы которых соединены с соответствующими входами k-входового 3.8 элемента "ИЛИ". Кроме того, выход элементов 3.7l,..., 3.7k N-гo блока формирования порогов одновременно является информационным выходом блока формирования порогов и выходом генератора случайных чисел.The threshold generation unit 3 is intended for selective sampling of random numbers generated by the DSL. The second group of inputs of the first 3.3 and second 3.4 comparison blocks are connected to the outputs of the first 3.1 and second 3.2 resistive matrices. The first and second outputs of the first 3.3 and the second and third outputs of the second 3.4 comparison blocks are connected respectively to the first 3.5 and second 3.6 two-input "OR" elements. The output of the first 3.5 OR element is connected to the first inputs of the three-input elements 3.7 l , ..., 3.7 k AND, and the output of the second 3.6 OR element is connected to the third inputs of the three-input elements 3.7 l ,. . . , 3.7 k "AND", the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the k-input 3.8 element "OR". In addition, the output of elements 3.7 l , ..., 3.7 k of the Nth threshold block is at the same time an information output of the threshold block and the output of a random number generator.

Резистивные матрицы 3.1, 3.2 и 5.3 идентичны и могут быть реализованы, как описано в книге: Б.В. Тарабрин, Л.Ф. Лунин, Ю.Н. Смирнов и др.; Интегральные микросхемы; Справочник. - Издание второе, исправленное -М: Энергоатомиздат, 1985г. , стр.190. Узлы сравнения 3.3 и 3.4 идентичны и могут быть реализованы путем применения известных схем узлов сравнения, описанных в книге: В.В. Гусев, О.Н. Лебедев, А.М. Сидоров. Основы импульсной и цифровой техники.- СПВВИУС, 1995г., стр.149-152. Resistive matrices 3.1, 3.2 and 5.3 are identical and can be implemented as described in the book: B.V. Tarabrin, L.F. Lunin, Yu.N. Smirnov et al .; Integrated circuits; Directory. - Second edition, corrected -M: Energoatomizdat, 1985. , p. 190. The comparison nodes 3.3 and 3.4 are identical and can be implemented by applying the known schemes of comparison nodes described in the book: V.V. Gusev, O.N. Lebedev, A.M. Sidorov. Fundamentals of pulsed and digital technology.- SPVVIUS, 1995, pp. 149-152.

Выход k-входового 3.8 элемента "ИЛИ" является управляющим выходом блока формирования порогов, который соединен с i-м входом N-входового элемента ИЛИ 4. Кроме того, выходы элементов 3.7l,.... 3.7k N-гo блока формирования порогов являются выходом генератора случайных чисел. Выход N-входового элемента ИЛИ 4 одновременно соединен со вторым входом синхронизирующего элемента 5.2, являющимся входом блока управления, и синхронизирующими входами ячеек регистра сдвига 5.12... 5.1N блока управления 5.The output of the k-input 3.8 element "OR" is the control output of the threshold generation unit, which is connected to the i-th input of the N-input element OR 4. In addition, the outputs of the elements 3.7 l , .... 3.7 k N-th block of the formation of thresholds are the output of a random number generator. The output of the N-input element OR 4 is simultaneously connected to the second input of the synchronizing element 5.2, which is the input of the control unit, and the synchronizing inputs of the cells of the shift register 5.1 2 ... 5.1 N of the control unit 5.

Блок управления 5 предназначен для формирования сигналов управления блоками ключей и может быть реализован, как показано на фиг.2. Блок управления 5 состоит из N-разрядного регистра сдвига 5.1, включающего N-ячeек (фиг. 3), синхронизирующего элемента 5.2, элемента отключения разрядов 5.3, элемента запуска 5.4 (фиг.4), элемента начальной установки 5.5 (фиг.4) и входного элемента 5.6. Первый вход синхронизирующего элемента 5.2 одновременно соединен с выходом элемента начальной установки 5.5 и вторым входом входного элемента 5.6, а выход с синхронизирующим входом первой ячейки 5.11 регистра сдвига 5.1. Продвигающий выход j-й ячейки, где j=1, 2,... N-1, N-разрядного регистра подключен к информационному входу (j+1)-й ячейки, а продвигающий выход N-й ячейки подключен к первому входу входного элемента, выход которого подключен к информационному входу первой ячейки N-разрядного регистра. Разрешающий вход i-й ячейки N-разрядного регистра подключен к i-му выходу элемента отключения разрядов, а установочные входы всех N ячеек N-разрядного регистра объединены и подключены к выходу элемента запуска 5.4. Информационные выходы всех N ячеек N-разрядного регистра являются соответствующими N выходами блока управления.The control unit 5 is designed to generate control signals of the key blocks and can be implemented, as shown in figure 2. The control unit 5 consists of an N-bit shift register 5.1, including N-cells (Fig. 3), a synchronizing element 5.2, a disabling element of discharges 5.3, a starting element 5.4 (Fig. 4), an initial setting element 5.5 (Fig. 4), and input element 5.6. The first input of the synchronizing element 5.2 is simultaneously connected to the output of the initial installation element 5.5 and the second input of the input element 5.6, and the output with the synchronizing input of the first cell 5.1 1 shift register 5.1. The forward output of the jth cell, where j = 1, 2, ... N-1, N-bit register is connected to the information input of the (j + 1) th cell, and the forward output of the Nth cell is connected to the first input of the input element whose output is connected to the information input of the first cell of the N-bit register. The permissive input of the i-th cell of the N-bit register is connected to the i-th output of the discharge disconnect element, and the installation inputs of all N cells of the N-bit register are combined and connected to the output of the trigger element 5.4. The information outputs of all N cells of the N-bit register are the corresponding N outputs of the control unit.

Ячейки регистра сдвига 5.1l... 5.1N могут быть реализованы, как показано на фиг.3, и включают DV-триггер 5.1.3, первый 5.1.1 и второй 5.1.5 инверторы, двухвходовый элемент "И" 5.1.2 и двухвходовый элемент "ИЛИ" 5.1.4. Установочный S вход одновременно соединен с выходом элемента отключения разрядов 5.3, разрешающим входом V и входом первого инвертора 5.1.1, выход которого соединен со вторым входом двухвходового элемента "И" 5.1.2. Установочный вход R через второй инвертор 5.1.5 соединен с выходом элемента запуска 5.4. Синхронизирующий вход С 1-й ячейки соединен с синхронизирующего элемента 5.2, синхронизирующие входы С ячеек 5.12... 5.1N одновременно соединены со вторым входом синхронизирующего элемента 5.2 и входом блока управления (фиг. 2). Информационный вход D первой ячейки одновременно подключен к выходу входного элемента 5.6 и первому входу двухвходового элемента "И" 5.1.2. Информационные входы ячеек 5.12... 5.1N одновременно соединены с первым входом двухвходового элемента "И" 5.1.2 ячеек 5.12... 5.1N и выходом двухвходового элемента "ИЛИ" 5.1.4 ячеек 5.1l... 5.1N-1, первый вход которого соединен с выходом двухвходового элемента "И" 5.1.2, а второй с прямым выходом DV-триггера, являющимся выходом блока управления. Выход двухвходового элемента "ИЛИ" 5.1.4 ячейки 5.1N соединен с первым входом входного элемента 5.6 (фиг. 2).The cells of the shift register 5.1 l ... 5.1 N can be implemented, as shown in figure 3, and include a DV-trigger 5.1.3, the first 5.1.1 and second 5.1.5 inverters, two-input element "And" 5.1.2 and two-input element "OR" 5.1.4. Installation S input is simultaneously connected to the output of the discharge switch 5.3, enabling input V and the input of the first inverter 5.1.1, the output of which is connected to the second input of the two-input element "And" 5.1.2. Installation input R through the second inverter 5.1.5 is connected to the output of the trigger element 5.4. The clock input C of the 1st cell is connected to the clock element 5.2, the clock inputs C of the cells 5.1 2 ... 5.1 N are simultaneously connected to the second input of the clock element 5.2 and the input of the control unit (Fig. 2). The information input D of the first cell is simultaneously connected to the output of the input element 5.6 and the first input of the two-input element "And" 5.1.2. The information inputs of cells 5.1 2 ... 5.1 N are simultaneously connected to the first input of the two-input element "AND" 5.1.2 cells 5.1 2 ... 5.1 N and the output of the two-input element "OR" 5.1.4 cells 5.1 l ... 5.1 N- 1 , the first input of which is connected to the output of the two-input element AND 5.1.2, and the second with the direct output of the DV trigger, which is the output of the control unit. The output of the two-input element "OR" 5.1.4 cell 5.1 N is connected to the first input of the input element 5.6 (Fig. 2).

Элемент запуска 5.4 может быть реализован, как показано на фиг.4, и включает источник питания Е, RC-цепочка и переключатель, выход элемента запуска одновременно соединен с установочными входами i-х ячеек регистра сдвига. The trigger element 5.4 can be implemented, as shown in figure 4, and includes a power source E, an RC circuit and a switch, the output of the trigger element is simultaneously connected to the installation inputs of the i-cells of the shift register.

Элемент начальной установки 5.5 может быть реализован, как показано на фиг. 5, и включает в себя источник питания Е, гасящий резистор и кнопку. Выход элемента одновременно подключен к первому входу синхронизирующего элемента 5.2 и ко второму входу входного элемента 5.6, представляющего собой двухвходовый элемент "ИЛИ". Синхронизирующий элемент 5.2 представляет собой двухвходовый элемент "ИЛИ", второй вход которого одновременно соединен со входом блока управления и с синхронизирующими входами 5.12... 5.1N ячеек регистра сдвига. Элемент отключения разрядов 5.3 реализован на базе резистивной матрицы, идентичной первой 3.1 и второй 3.2 резистивной матрице блока формирования порогов, i-й выход которой соединен с разрешающим выходом i-й ячейки регистра сдвига.The initial setup element 5.5 may be implemented as shown in FIG. 5, and includes an E power supply, a quenching resistor, and a button. The output of the element is simultaneously connected to the first input of the synchronizing element 5.2 and to the second input of the input element 5.6, which is a two-input element "OR". The synchronizing element 5.2 is a two-input element "OR", the second input of which is simultaneously connected to the input of the control unit and to the synchronizing inputs 5.1 2 ... 5.1 N cells of the shift register. The disabling element of discharges 5.3 is implemented on the basis of a resistive matrix identical to the first 3.1 and second 3.2 resistive matrix of the threshold generation unit, the i-th output of which is connected to the enable output of the i-th cell of the shift register.

DV-триггеры могут быть реализованы на интегральных микросхемах, описанных в книге: В. А. Батушев, В.Н. Вениаминов, В.Г. Ковалева и др.; Микросхемы и их применение - М.: Энергия, 1978г., стр.164-168. DV triggers can be implemented on integrated circuits described in the book: V. A. Batushev, V. N. Veniaminov, V.G. Kovaleva et al .; Chips and their application - M .: Energy, 1978, p. 164-168.

Элементы "И", "ИЛИ", инверторы могут быть реализованы на интегральных микросхемах, описанных в книге: Б.В. Тарабрин, Л.Ф. Лунин, Ю.Н. Смирнов и др. ; Интегральные микросхемы; Справочник. - Издание второе, исправленное - М: Энергоатомиздат, 1985г. Elements "AND", "OR", inverters can be implemented on integrated circuits described in the book: B.V. Tarabrin, L.F. Lunin, Yu.N. Smirnov and others; Integrated circuits; Directory. - Second edition, revised - M: Energoatomizdat, 1985.

Генератор работает следующим образом. The generator operates as follows.

Принцип работы генератора заключается в формировании выборки случайных чисел с заданной вероятностью их появления из последовательности случайных чисел, формируемых датчиком случайных чисел за счет последовательной селективной выборки случайных чисел, сформированных датчиком случайных чисел. The principle of operation of the generator is to generate a sample of random numbers with a given probability of their occurrence from a sequence of random numbers generated by a random number sensor due to a sequential selective selection of random numbers generated by a random number sensor.

Точность формирования моделируемых функций распределения во многом определяется возможностью генераторов случайных чисел (ГСЧ) формировать последовательность чисел, значения которых в каждом такте его работы являются случайной величиной, определенной в интервале от 0 до МN-1, где N - число разрядов датчика случайных чисел ГСЧ, М - основание используемой системы счисления (М.П. Бобнев "Генерирование случайных сигналов. Изд. 2-е перераб. и доп. - М., "Энергия", 1971, с. 132). При этом N-разрядный генератор позволяет получить n= MN (1) различных чисел. В этом случае вероятность появления каждого из n чисел определяется числом разрядов ДСЧ, которое в общем случае является конечным. Данное обстоятельство обуславливает определенные трудности получения случайных величин с малой вероятностью. Область генерирования случайных величин с малой вероятностью можно расширить, применив последовательное формирование числа с использованием метода селективных выборок (Л.1, с.136).The accuracy of the formation of simulated distribution functions is largely determined by the ability of random number generators (RNGs) to generate a sequence of numbers whose values in each step of its operation are a random variable defined in the interval from 0 to M N-1 , where N is the number of digits of the RNG random number sensor , M - the basis of the number system used (MP Bobnev "Generation of random signals. Ed. 2nd revised and additional - M.," Energy ", 1971, p. 132). Moreover, the N-bit generator allows receive n = M N (1) different numbers. In this In this case, the probability of occurrence of each of n numbers is determined by the number of bits of the differential frequency distribution, which is finite in the general case. This circumstance causes certain difficulties in obtaining random variables with a low probability. The area of generating random variables with a low probability can be expanded by applying sequential number generation using the selective sampling method (L.1, p.136).

Смысл данного метода заключается в отсеивании совокупности чисел, не удовлетворяющих требуемому правилу. В этом случае формируется область чисел, которые являются "истинными", и участвуют в формировании случайных чисел на следующем шаге преобразования. В этом случае вероятность появления требуемого случайного числа на каждом шаге преобразования подчиняется гипергеометрическому распределению (В.С. Королюк, Н.И. Портенко, А.В. Скороход, А.Ф. Турбин. Справочник по теории вероятности и математической статистике. Издание второе, перераб. и дополненное. М.; "Наука", 1985, с.112). The meaning of this method is to filter out a set of numbers that do not satisfy the required rule. In this case, a region of numbers that are "true" is formed, and they participate in the formation of random numbers in the next step of the transformation. In this case, the probability of the required random number appearing at each step of the transformation obeys the hypergeometric distribution (V.S. Korolyuk, N.I. Portenko, A.V. Skorokhod, A.F. Turbin. A Handbook of Probability and Mathematical Statistics. Second edition , revised and supplemented. M .; "Science", 1985, p.112).

Таким образом, реализуя вышеприведенный принцип получения случайных чисел, можно сформировать поток чисел с любой сколь угодно малой вероятностью их появления. Thus, realizing the above principle of obtaining random numbers, it is possible to form a stream of numbers with any arbitrarily small probability of their occurrence.

Сигнал в виде двоичного k-разрядного числа с выхода датчика случайных чисел (ДСЧ) (фиг. 1) поступает на информационные входы элементов "И" всех блоков ключей (фиг.6). Управляющий i-й вход блоков ключей соединен с соответствующим i-м выходом блока управления и при наличии на нем сигнала логической "1" происходит запись числа в i-й блок формирования порогов. The signal in the form of a binary k-bit number from the output of the random number sensor (DCH) (Fig. 1) is fed to the information inputs of the elements "And" of all key blocks (Fig.6). The control i-th input of the key blocks is connected to the corresponding i-th output of the control unit and, if there is a logical “1” signal on it, the number is written to the i-th threshold generation unit.

В каждый момент времени (такт) сигнал логической "1" имеется только на одном из выходов блока управления. Это обусловлено тем, что основу блока управления (фиг. 2) составляет кольцевой регистр сдвига, работающий следующим образом. При включении питания (фиг.3), когда замыкаются контакты переключателя элемента запуска 5.4 ячейки регистра сдвига, выполненные на базе DV-триггера, устанавливаются в "0" состояние. Это происходит благодаря кратковременной подаче сигнала логического "0" на вход

Figure 00000003
. Подача сигнала логической "1" на установочные входы S ячеек, участвующих в формировании выходного сигнала, осуществляется замыканием контактов соответствующих переключателей элемента отключения разрядов 5.3. Таким образом, ячейки разрядов регистра подготавливаются к работе по информационному входу D. Путем кратковременного замыкания кнопки элемента начальной установки 5.5 (фиг.5) сигнал логической "1" через входной элемент 5.6 и синхронизирующий элемент 5.2, поступая на информационный вход D и синхронизирующий вход С DV-триггера первой ячейки, обеспечивает запись в нее "1". При этом на выходе первого триггера будет "1", на выходе остальных "0". В случае, когда i-й триггер не используется в формировании выходного сигнала, на разрешающий вход ячейки регистра сдвига от элемента 5.3 подается логический "0", в этом случае сигнал логической "1" через элемент 5.1.2 и 5.1.4, минуя триггер ячейки сдвига, подается на информационный вход следующего триггера. При этом сигналом логического "0" на выходе триггера обеспечивается запрет записи числа с выхода ГСЧ через соответствующий блок ключей на блок формирования порогов.At each moment of time (cycle), a logical "1" signal is available only at one of the outputs of the control unit. This is due to the fact that the basis of the control unit (Fig. 2) is an annular shift register, which operates as follows. When the power is turned on (Fig. 3), when the contacts of the start element 5.4 switch are closed, the shift register cells based on the DV trigger are set to the “0” state. This is due to the short-term supply of a logical "0" signal to the input
Figure 00000003
. Logic "1" signal is supplied to the installation inputs S of cells participating in the formation of the output signal by closing the contacts of the corresponding switches of the discharge disconnect element 5.3. Thus, the cells of the register bits are prepared for work on the information input D. By short-circuiting the buttons of the initial setting element 5.5 (Fig. 5), the logic signal “1” through the input element 5.6 and the synchronizing element 5.2, arriving at the information input D and the synchronizing input C DV-trigger of the first cell, provides a record of "1" in it. In this case, the output of the first trigger will be "1", the output of the remaining "0". In the case when the ith trigger is not used in the formation of the output signal, a logical "0" is supplied to the resolving input of the shift register cell from element 5.3, in this case a logical "1" signal through element 5.1.2 and 5.1.4, bypassing the trigger cell shift, is fed to the information input of the next trigger. In this case, a logical “0” signal at the output of the trigger prohibits recording the number from the RNG output through the corresponding key block to the threshold generation block.

Последовательное перемещение по разрядам регистра сдвига осуществляется подачей на синхронизирующие входы С триггеров сигнала логической "1", который формируется в N-входовом элементе "ИЛИ" (фиг.8) при наличии "1" на выходе любого i-го блока формирования порогов. В этом случае на информационных выходах 1, 2,..., i блока управления попеременно формируются комбинации 100. .. 00, 010... 00, 000... 01, которые, поступая на управляющие входы элементов "И" блоков ключей (фиг.6), разрешают запись числа с выхода ДСЧ на вход соответствующего блока формирования порогов. Sequential movement along the bits of the shift register is carried out by applying to the synchronizing inputs C of the triggers a logical signal “1”, which is generated in the N-input element “OR” (Fig. 8) in the presence of “1” at the output of any i-th block of threshold formation. In this case, at the information outputs 1, 2, ..., i of the control unit, combinations 100. .. 00, 010 ... 00, 000 ... 01 are alternately formed, which, arriving at the control inputs of the "And" elements of the key blocks (Fig.6), allow the recording of the number from the output of the DCH to the input of the corresponding threshold generation unit.

В блоке формирования порогов с помощью узлов сравнения 3.3 и 3.4 (фиг.7) производится сравнения N-разрядного числа, поступающего с выхода блока ключей с верхним и нижним порогами, которые определяются требуемой вероятностью появления числа. Пороги устанавливаются с помощью резистивных матриц 3.1 и 3.2. В случае удовлетворения условий, задаваемых резистивными матрицами, сигнал "1" через блок 3.8 подается на вход N-входового элемента "ИЛИ" 4. In the threshold generation unit using the comparison nodes 3.3 and 3.4 (Fig. 7), a comparison of the N-bit number coming from the output of the key block with the upper and lower thresholds, which are determined by the required probability of occurrence of the number, is performed. Thresholds are set using resistive matrices 3.1 and 3.2. If the conditions specified by the resistive matrices are satisfied, the signal "1" through block 3.8 is fed to the input of the N-input element "OR" 4.

В результате последовательной селективной выборки чисел при появлении результирующего сигнала на выходе элементов 3.7l,..., 3.7k N-го блока формирования порогов будет сформировано случайное число, удовлетворяющее требованиям.As a result of sequential selective sampling of numbers, when the resulting signal appears at the output of elements 3.7 l , ..., 3.7 k of the Nth block of threshold formation, a random number will be generated that meets the requirements.

Claims (2)

1. Генератор случайных чисел, содержащий датчик случайных чисел и блок управления, отличающийся тем, что в него дополнительно введены N, где N≥2, блоков ключей, N блоков формирования порогов и N-входовый элемент ИЛИ, k-разрядный выход датчика случайных чисел, где k≥2, соединен с k-разрядными информационными входами каждого блока ключей, i-й выход блока управления, где i= 1, 2, . . . , N соединен с управляющим входом i-го блока ключей, k-разрядный выход которого соединен с k-разрядным входом i-го блока формирования порогов, управляющий выход которого соединен с i-м входом N-входового элемента ИЛИ, выход N-входового элемента ИЛИ соединен со входом блока управления, информационный k-разрядный выход N-го блока формирования порогов является выходом генератора случайных чисел. 1. A random number generator containing a random number sensor and a control unit, characterized in that N is additionally introduced into it, where N≥2, key blocks, N threshold generation units and an N-input OR element, k-bit output of a random number sensor , where k≥2, is connected to the k-bit information inputs of each key block, the i-th output of the control unit, where i = 1, 2,. . . , N is connected to the control input of the i-th block of keys, the k-bit output of which is connected to the k-bit input of the i-th block of threshold generation, the control output of which is connected to the i-th input of the N-input element OR, the output of the N-input element OR connected to the input of the control unit, the information k-bit output of the N-th block of the formation of thresholds is the output of a random number generator. 2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что блок управления состоит из входного элемента, представляющего собой двухвходовой элемент ИЛИ, синхронизирующего элемента, блока запуска, блока отключения разрядов, блока начальной установки и N-разрядного регистра сдвига, включающего N ячеек, продвигающий выход j-й ячейки, где j= 1, 2, . . . , N-1, N-разрядного регистра подключен к информационному входу (j+1)-й ячейки, а продвигающий выход N-й ячейки подключен к первому входу входного элемента, второй вход которого подключен к первому входу синхронизирующего элемента и выходу блока начальной установки, выход входного элемента подключен к информационному входу первой ячейки N-разрядного регистра, синхронизирующие входы ячеек N-разрядного регистра с номерами от второго до N-го объединены, подключены ко второму входу синхронизирующего элемента, являющемуся входом блока управления, а синхронизирующий вход первой ячейки подключен к выходу синхронизирующего элемента, разрешающий вход i-й ячейки N-разрядного регистра подключен к i-му выходу блока отключения разрядов, а установочные входы всех N ячеек N-разрядного регистра объединены и подключены к выходу блока запуска, информационные выходы всех N ячеек N-разрядного регистра являются соответствующими N выходами блока управления. 2. The generator according to claim 1, characterized in that the control unit consists of an input element, which is a two-input OR element, a synchronizing element, a start block, a block for disabling discharges, an initial setting unit, and an N-bit shift register, including N cells, promoting jth cell output, where j = 1, 2,. . . , N-1, N-bit register is connected to the information input of the (j + 1) -th cell, and the advance output of the N-th cell is connected to the first input of the input element, the second input of which is connected to the first input of the synchronizing element and the output of the initial setting unit , the output of the input element is connected to the information input of the first cell of the N-bit register, the synchronizing inputs of the cells of the N-bit register with numbers from the second to the Nth are combined, connected to the second input of the synchronizing element, which is the input of the control unit, and the synchronizing input of the first cell is connected to the output of the synchronizing element, allowing the input of the i-th cell of the N-bit register is connected to the i-th output of the block disconnecting discharges, and the installation inputs of all N cells of the N-bit register are combined and connected to the output of the start block, information outputs all N cells of the N-bit register are the corresponding N outputs of the control unit.
RU2001127314/09A 2001-10-08 2001-10-08 Random-number generator RU2211481C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001127314/09A RU2211481C2 (en) 2001-10-08 2001-10-08 Random-number generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001127314/09A RU2211481C2 (en) 2001-10-08 2001-10-08 Random-number generator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001127314A RU2001127314A (en) 2003-08-10
RU2211481C2 true RU2211481C2 (en) 2003-08-27

Family

ID=29245877

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001127314/09A RU2211481C2 (en) 2001-10-08 2001-10-08 Random-number generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2211481C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2467378C1 (en) * 2011-08-23 2012-11-20 Игорь Анатольевич Кулаков Method of generating random sequences with elements composed of binary signals
RU2717629C1 (en) * 2019-10-08 2020-03-24 федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Random sequence generator

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2467378C1 (en) * 2011-08-23 2012-11-20 Игорь Анатольевич Кулаков Method of generating random sequences with elements composed of binary signals
RU2717629C1 (en) * 2019-10-08 2020-03-24 федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Random sequence generator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5083049A (en) Asynchronous circuit with edge-triggered inputs
Datta et al. Design and implementation of multibit LFSR on FPGA to generate pseudorandom sequence number
WO1987001836A1 (en) Random sequence generators
GB1581866A (en) Clock generators for level sensitive logic systems
Voyiatzis et al. An efficient built-in self test method for robust path delay fault testing
RU2211481C2 (en) Random-number generator
US5744992A (en) Digital phase shifter
RU2626345C1 (en) Logical calculator
US4789821A (en) Test device for a combinatorial logic circuit and integrated circuit including such a device
US6789222B2 (en) Single-pass methods for generating test patterns for combinational circuits
Peng et al. A Compact TRNG Design for FPGA Based on the Metastability of RO-driven Shift Registers
Hussain et al. SIC-TPG for path delay fault detection in VLSI circuits using scan insertion method
RU2250489C1 (en) Random series generator
RU2308801C1 (en) Pulse counter
EP0382938B1 (en) Delay circuit
RU2010323C1 (en) Device for static modelling condition of test object
RU2219597C1 (en) Shift register
RU2050585C1 (en) Random process generator
RU2381547C2 (en) Device for adding binary codes
Belfore Logical Modeling of Adiabatic Logic Circuits Using VHDL
Archana et al. Reliable Multiplier Design with Adaptive Hold Logic for Aging Awareness
Wei et al. FPGA implementation of universal random number generator
Arts et al. Flexible block-multiplier generation
SU947856A1 (en) Multichannel parallel pseudorandom number generator
RU2260836C1 (en) Unary signals adder

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20031009