SU1124294A1 - Генератор случайных чисел - Google Patents

Abstract

ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙН1 1Х ЧИСЕЛ, содержащий генератор тактовых импульсов , группу элементов ИЛИ, наборное поле, датчик равномерно распределенных случайных чисел, схему сравнени , первый счетчик, дешифратор, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей генератора за счет задани  множества законов распределени  веро тностей, он содержит два ключа, делитель частоты, второй счетчик, регистр пам ти, элемент задержки, элемент ИЛИ, формирователь импульса, триггер, К групп элементов И ( К - число задаваемых законов распределени  веро тностей) и коммзггатор, выход генератора так;товых импульсов соединен с информационным входом первого ключа, управл ющий вход которого подключен к первому выходу ко1Фгутатора, каждый i -и ( t 2, k: + -f ) выход которого соединен с первыми входами элементов И j -ой группы ( j 1, 1 ) , вторые входы которых подключены к соответствующим выходам дешифратора , входы которого объединены с . первой группой входов схемы сравнени  соответственно и подключены к выходам соответствующих разр дов первого счетчика, установочный вход которого объединен с первым входом элемента ИЛИ, с в:;одом Сброс регистра пам ти, с установочным входом делител  частоты и подключен к (К+2)-му выходу коммутатора, выход первого ключа соединен со счетным входом делител  частоты и с информа (Л ционным входом второго ключа, управл ющий вход которого подключен к едис ничному выходу триггера, единичный вход которого соединен с установоч- ; ным входом второго счетчика и подключен к выходу элемента HJTIi, выход BTOpo.ro ключа соединен со счетным ю входом второго счетчика, выходы раз41 р дов которого соединены с входаN9 ми соответствующих разр дов регистра пам ти, выходы разр дов которого ;о  вл ютс  информационным выходом геМ: нератора, выходы элементов И каждой j-й группы соединены с j-й группой входов наборного пол  соответственно , кажда  j-  группа выходов которого соединена с входгичи элементов ИЛИ группы соответственно, выходы элементов ИЛИ грзтпы соединены с входами соответствующих разр дов делител  частоты, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выход последнего разр да которого соединен с входом форми

Description

ровател  импульсов, выход которого соединен с синхронизирующим входом регистра пам ти и с входом элемента задержки, выход которого соединен С вторым входом элемента ИЛИ и с входом Опрос датчика равномерно

распределенных случайных чисел, выходы разр дов которого -соединены с второй группой входов схемы сравнени  соответственно, выход которой соединен с нулевым входом триггера.

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и мо- . жет быть использовано в системах статистического моделировани .

Известен управл емый генератор флуктуационных колебаний, содержащий преобразователь кода в напр жение , вход которого через регистр промежуточной пам ти соединен с выходом датчика случайных чисел, подключенного к входному блоку и генератору тактовых -импульсов 1 }.

Однако этот генератор требует болыпих затрат оборудовани  вследствие использовани  регистровой пам ти и сложен в перестройке. Дл  получени  иного закона распределени  мгновенных значений выходного напр жени  необходимо соответствующим образом изменить содержимое регистров пам ти, в которых хранитс  информаци  о виде функции распределени .

Известен датчик случайных чисел, содержащий генератор равномерно распределенньтх случайных величин, вход которого подключен к входу коммутатора и к входу датчика, а выходы один непосредственно, остальные через элементы Р1ЛИ подключены к входам наборного пол , выходы которого соединены с первь1ми входами элементов И, выходы элементов И подключены к единичным входам соответствующих триггеров выходного регистр а, нулевые входы которых через формирователи импульсов соединены с коммутатором , которого подключены к вторым входам элемента И {.. 1.

Недостатком этого устройства  вл етс  малое быстродействие, так ка выходное двоичное число формируетс  поразр дно. Кроме того, задание требуемогв закона распределени  осуществл етс  вручнзпо на наборном

поле, что обуславливает низкую скорость перестройки датчика и снижает его функциональные возможности. Известен также датчик случайных

чисел, состо щий из генератора равномерно распределенных случайных чисел, соединенного с цифро-аналоговым запоминающим блоком и входом элемента И, другой вход которого подключен к клемме запуска, а выход элемента И соединен с входом генератора пилообразного напр жени , выход которого подключен к входу функционального преобразовател  и

через второй ключ к входу регистрирующего блока, выход функционального преобразовател  соединен с входом интегратора, выход которого подключен к первому входу схемы сравнени , второй вход которой подключен к выходу цифро-аналогового запоминающего блока, а выход через первый ключ -- .к входу пуска генератора равномерно распределенных случайных

чисел и к управл ющему входу второго ключа.

Однако данный датчик, как и устройство с аналоговой формой представлени  информации, имеет низкую точность выходного результата из-за вли ни  на конечный результат параметров схемных элементов, внутренних и внешних дестабилизирующих факторов . Кроме того, результат на выходе

датчика по вл етс  в случайные моменты времени, что позвол ет примен ть это устройство только в системах , работающих в асинхронном режиме. Кроме Toroj недостатком этогоустройства  вл етс  трудность перестройки на генерирование случайных сигналов, имеющих иные законы распределени , так как она требует замены блока функционального преобразовател ,

Жестка  структура датчика делает его специализированным устройством, предназначенным дл  реализации одно- го закона распределени , что .обуславливает низкие функциональные возможности данного датчика случайных чисел. -. Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  гене Ьзтор случайных чисел, содержащий ге нератор тактовых импульсов, элементы ИЛИ, наборное поле, датчик равно мерно распределенных случайных чисе схему сравнени , счетчик, дешифратор 4 3 Однако изЬестный генератор не позвол ет задать множество законов распределени  веро тностей. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей генератора за счет задани  множества зако нов распределени  веро тностей. Поставленна  цель достигаетс  те что в генератор случайных чисел, со держащий генератор тактовых импульсов , группу элементов ИЛИ, на.борное поле, датчик равномерно распределен ных случайных чисел, схему сравнени первый счетчик, дешифратор, введены два ключа, делитель частоты, второй счетчик, регистр пам ти, элемент задержки, элемент ИЛИ, формирователь импульса, триггер, К групп элементов И (К - число задаваемых законов распределени  веро тностей) и коммутатор, выход генератора тактовых импульсов соединен с информационным входом первого ключа, управл ющий вход которого подключен к первому выходу коммутатора, каждый -й ( 2, К+1) выход которого соединен с первыми входами элементов И j-ой группы (, ,К ), вторые входы которых подключены к соответствующим выходам дешифратора, входы кото рого объединены с первой группой входов схемы сравнени  соответствен но и подключены к выходам соответст вующих разр дов первого счетчика, установленный вход которого объединен с первым входом элемента ИЛИ, с бходом Сброс регистра пам ти, с установочным входом делител  частоты и подключен к (К+2)-му выходу коммутатора, выход первого ключа соединен со счетньи входом делител  частоты;и с информационным входом второго ключа, управл ющий вход которого подключен к единичному выхо1 44 ду триггера единичный вход которого объединен с установочным входом второго счетчика и подключен к выходу элемента ШМ выход второго ключа соединен со счетным входом второго счетчика., выходы разр дов которого соединены с входами соответствующих разр дов регистра пам ти, выходы разр дов которого  вл ютс  информационным выходом генератора, выходы элементов И каждой группы соединены с j-й группой входов наборного пол  соответственно, кажда  -  группа выходов которЬго соединена с входами элементов ИЛИ группы соответственно, выходы элементов ИЛИ группы соединены с входами соответствующих разр дов делител  частоты, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выход последнего разр да которого соединен с входом формировател  импульсов, выход которого соединен с синхронизирующим входом регистра пам ти и с входом .элемента задержки, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ и с входом Опрос датчика равномерно распределенных случайных чисел, выходы разр дов которого соединены с второй группой входов схемы сравнени  соответственно , выход которой соединен с нулевым входом триггера. На чертеже приведена блок-схема генератора. Генератор содержит генератор 1 тактовых импульсов, ключи 2 и 3, делитель 4 частоты, счетчик 5, дешифратор 6, схему 7 сравнени , формирователь 8 импульсов, группы 9 элементов И, элементы ИЛИ 10, датчик 11 равномерно распределенных случайных чисел, триггер 12, счетчик 13, элемент 14 ИЛИ, регистр 15 пам ти, элемент 16 задержки, коммутатор 17, наборное поле 18. Формирование случайных чисел с помощью предлагаемого генератора основано на преобразовании равномерно распределенных случайных чиселR в Случайные числа х с заданным законом распределени  fix) , котора  сводитс  к решению относительно х уравнени  «i f(x). (,}-, где F(x| - функци  распределени . Функци  F(x 1 реализуетс  на вьпсодах счетчика 5, принцип получени  функции F(x) основан на вариации чистоты на входе счетчика 5. Аппрок симаци  воспроизводимой функции кусочно-линейна , полученна  ломана лини  дискретизируетс  по принципу кусочно-ступенчатой аппроксимации. Делитель 4 частоты с переменным коэффициентом делени  обеспечивает необходимую частоту дл  каждого уча стка ломаной линии. Значени  функции , получаемые на выходе счетчика сравниваютс  схемой 7 сравнени  со значением случайного числа на выходе датчика 11. В момент/, когда значение функции и случайное число рав ны, величина, записанна  в счетчике 13, равна искомой. Требуемые функции распределени  задаютс  сортветствующим соединением полного дешифратора 6, управл ющих  чеек 9 и дизъюнкторов 10. Настройка генератора на формирование случайных чисел с заданной функцией распределен осуществл етс  включением соответствующей группы элементов И 9 путем по дачи на нее команды с коммутатора 1 и наборным полем. Предлагаемый генератор случайных чисел работает следующим образом. В исходном соЬто нии группы элементов И 9 выключены, ключ 2 разомк нут: сигналом Сброс с коммутатора 17, делитель 4 частоты, счетчики 5 и 13, регистр 15 устанавливаютс  в нулевое состо ние, триггер 12 устанавливаетс  в такое состо ние, когда ключ 3 замкнут. При подаче коман ды с коммутатора М на включение со ответствующей группы 9 элементов И производитс  настройка генератора н формирование случайных чисел с требуемым законом распределени . По команде Пуск замыкаетс  ключ 2 и импульсы с генератора 1 тактовых импульсов через делитель 4 частоты начинают поступать на вход счетчика 5. По цепи обратной св зи через дешифратор 6, включенную группу элеме тов И 9 и элементы ИЛИ 10 производитс  управление коэффициентом де ни  делител  4 частоть:, обеспечивающим нeodxoдимyю частоту дл  каж1 46 дого участка аппроксимированной функции распределени , котора  формируетс  на выходах счетчика 5. В момент времени, когда число на выходах счетчика 5 становитс  раань - случайному числу на выходах датчика 11 рав-г номерно распределенных случайных чисел с выхода схемы 7 сравнени  поступает сигнал на триггер 12, который перебрасываетс  и размыкает ключ 3. Число, записанное в счетчик 13,  вл етс  искомым и фиксируетс  в нем. После переполнени  счетчика 5 сигнал с него поступает на формирователь 8 импульсов, импульс с которого переписывает число с выходом счетчика 13 в выходной регистр 15. Импульс, задержанный элементом 16 задержки на врем  установки числа в регистре 15, сбрасывает в нулевое состо ние счетчик 13, производит смену числа в датчике 11 равномерно распределенных случайных чисел и устанавливает триггер 12 в состо ние, когда ключ 3 замкнут. Аналогично производитс  формирование следующих случайных чисел. Перестройка генера.тора на формирование случайных чисел с иным законом распределени  осуществл етс  сменой команды с коммутатора 17 на включение другой группы элементов И 9. Таким образом, генератор случай- , ных чисел имеет существенные преимущества перед указанным прототипом, заключающиес  в том, что он имеет больщую точность вьпсодного результата , более широкую область применени , проще перестраиваетс  и обладает более широкими функциональными возможност ми. Цифрова  форма представлени  инфор1мации в предлагаемом устройстве дает возможность получени  выходного результата с наперед заданной точностью. Кроме того, этот результат не зависит от параметров схемных элементов , менее чем в прототипе подвержен ; вли нию внутренних и внешних дестабилизирующих факторов. Числа на выходе генератора по вл ютс  в определенные моменты времени, что .позвол ет примен ть его в системах с любым (синз :ронным или асинхронным) режимом работы. Перестройка генератора на формирование случайньк чисел с другим законом распределени  осуществл етс  переключением управл ющих

 чеек по командам с управл ющего блока, тогда как перестройка прототипа требует замены блока функционального преобразовател . Предлагаемый генератор обладает более широкими функциональными возможност ми . Так, если прототип  вл етс  специализированным устройством, предндзначенным дл  реализации только одного закона распределени , то число последовательностей случайных чисел с различными законами распределени  , формируемых предлагаемым устройством, определ етс  числом управл ющих,  чеек и ограничеваетс  практически объемом оборудовани ,

Лабораторный макет генератора случайных чисел, выполненный согласно предлагаемому изобретению, по- сравнению с базовым имеет следующие

преимущества; он позвол ет получить п ть видов случайных сигналов, тогда как базовый генератор фopмиpyet лишь два вида сигналов, следовательно , разработанное устройство обладает большими функциональными возможност ми вследствие гибкости своей .

структурыi

Применение предлагаемого устройства взамен базового позволит получить зкономию за счет снижени  себестоимости устройства и сокращени  затрат электроэнергии при его эксплуатации .

Claims (1)

1. ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ, содержащий генератор тактовых импульсов, группу элементов ИЛИ, наборное поле, датчик равномерно распределенных случайных чисел, схему сравнения, первый счетчик, дешифратор, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей генератора за счет задания множества законов распределения вероятностей, он содержит два ключа, делитель частоты, второй счетчик, регистр памяти, элемент задержки, элемейт ИЛИ, формирователь импульса, триггер, К групп элементов И ( К - число задаваемых законов распределения вероятностей) и коммутатор, выход генератора тактовых импульсов соединен с информационным входом первого ключа, управляющий вход которого подключен к первому выходу коммутатора, каждый i-й ( ΐ - 2, X + 4 ) выход которого соединен с первыми входами___ элементов И j-ой группы ( j = 1,к ), вторые входы которых подключены к соответствующим выходам дешифратора, входы которого объединены с . первой группой входов схемы сравйения соответственно и подключены к выходам соответствующих разрядов первого счетчика, установочный вход которого объединен с первым входом элемента ИЛИ, с входом Сброс регистра памяти, с установочным входом делителя частоты и подключен к (К+2)-му выходу коммутатора, выход первого ключа соединен со счетным входом делителя частоты и с информационным входом второго ключа, управляющий вход которого подключен к единичному выходу триггера, единичный вход которого соединен с установочным входом второго счетчика и подключен к выходу элемента ИЛИ, выход второго ключа соединен со счетным входом второго счетчика, выходы разрядов которого соединены с входами соответствующих разрядов регистра памяти, выходы разрядов которого являются информационным выходом генератора, выходы элементов И каждой j-й группы соединены с j-й группой входов наборного поля соответственно, каждая j-я группа выходов которого соединена с входами элементов ИЛИ группы соответственно, выходы элементов ИЛИ группы соединены с входами соответствующих разрядов делителя частоты, выход которого соединен со счетным⁴ входом первого счетчика, выход последнего разряда которого соединен с входом форми

   SU ,.„1124294 рователя импульсов, выход которого соединен с синхронизирующим входом регистра памяти и с входом элемента задержки, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ и с входом Опрос” датчика равномерно распределенных случайных чисел, выходы разрядов которого ’Соединены с второй группой входов схемы сравнения соответственно, выход которой соединен с нулевым входом триггера.