SU693408A1 - Генератор псевдослучайных чисел - Google Patents

Description

(54) ГЕНЕРАТОР ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ

I

Изобретение относитс  к области вычислительной техники и может быть испрльзовано при построении специализированных вычислительных машин.

Известен генератор псевдослучайных чисел , содержащий регистр сдвига с сумматором по модулю два в цепи обратной св зи 1..

Однако этот генератор обладает малой длиной псевдослучайной последовательности .

Наиболее близким по технической сущности к изабретению  вл етс  генератор псевдослучайных чисел, содержащий блок управлени , первый и второй элементы эквивалентности , блок сумматоров по модулю два, выходы которого  вл ютс  выходами генератора 2.

Однако известный генератор характерен наличием линейной зависимости в формируемой последовательности, что в конечном счете снижает его точность .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности генератора.

Дл  достижени  поставленной цели генератор содержит первый и второй блоки пам ти, первь1е,вторь1еитретьи входы которых , соединены, с первым, вторым и третьим выходами блока управлени  соответственно , четвертые входы блоков пам ти - с выходами первого и второго элементов эквивалентности соответственно, первые и вторые выходы - с первыми и вторымн входами первого и второго элементов эквивалентности соответственно, группы выходов блока

пам ти соединены со входами блока сумматоров по модулю два соответственно, выходы которого подключены к групне входов первого блока пам ти соответственно, группа выходов которого подключена к группе

входов второго блока пам ти соответственно , кроме того, каждый блок пам ти содержит счетчик, дешифратор, накопитель и буферный регистр, разр дные выходы которого  вл ютс  группой выходов блока, i-ый и j-ый выходы-- первым и вторым выходами блока, первый вход объединен с первыми входами накопител  и счетчика и  вл етс  первым входом блока, второй вход объединен со вторым входом счётчика и  вл етс  вторым входом блока, третий и четвертый входы  вл ютс  третьим и четвертым входами блока, а разр дные входы соединены с разр дными выходами накопител  соответственно, разр дные входы которого  вл ютс  группой входов блока, а второй вход соединен через дешифратор с выходом счетчика.

На фиг. 1 приведена блок-схема генератора; на фиг. 2 - диаграмма, по сн юща  работу генератора.

Генератор содержит первый блок пам ти 1, состо щий из накопител  2 с произвольной адресацией, буферного регистра 3, счетчика 4 и дещифратора 5; блок управлени  6; второй блок пам ти 7; блок 8 сумматоров по mod 2 и два элемепт-а 9 и 10 эквивалентности . Блок 7 состоит из накопител  11 с произвольной адресацией, буферного регистра 12, счетчика 13 и дешифратора 14.

Накопитель 2 содержит m  чеекдл  хранели  m п-разр дных чисел, а накопите чь 11 - t  чеек дл  хранени  Е п-разр дных чисел, причем m и - взаимно простые. Выходные разр дные шины накопител  2 подключены ко входам регистра 3, а выходные разр дные шины накопител  11 - ко входам регистра 12. Выходы регистров 3 и 12 попарно подключены ко входам соответствующих сумматоров по mod 2 блока 8. Выход регистра 3 подключен также ко

входным разр дным щинам накопител  П. Выходы сумматоров по mod 2 блока 8 подключены ко входным разр дным шинам накопител  2 и к выходам 15 генератора, m адресных щин накопител  2 подключены к выходам дешифратора 5, ко входам которого подключены выходы счетчика 4 с модулем пересчета т, а t адресных шин накопител  11 подключены к выходам дешифратора 14, ко входам которого подключены выходы счетчика 13 с модулем пересчета 1. Счетные входы счетчиков 4 и 13, а также шины СЗ («Считывание-Запись) накопителей 2 и 11 подключены к выходной щине

РЙ («Рабочие импульсы) блока управлени  6, выходна  шина которого Уст «О подключена к щинам сброса счетчиков 4, 13 и регистров 3, 12. Кроме того, выходна  шина СИ («Сдвигающие импульсы) блока управлени  6 подключена к шине сдвига регистров 3 и 12. Выходы п-го и k-oro разр дов (п и k взаимно простые числа) регистра 3 подключены ко входам элемента эквивалентности 9, выход которого подключен к последовательному входу первого разр да этого же регистра. Выходы п-го и (n-k)-oro разр дов регистра 12 подключе-, ны ко входам элемента эквивалентности 10, йыход которого подключен к последбвательному входу первого разр да этого же реГИСТра . :.-::. . ;:.../ ,.-.,...... .,..;.,.. :

Устройство имеет два основных режима: начальный режим формировани  псевдослучайной информации и рабочий режим - режим формировани  и выдачи п-разр дных псевдослучайных чисел.

Режимы работы задаютс  соответствующими сигналами с выходов блока управлени  6 ,(см. фиг. 2).

Работа устройства осуществл етс  следующим образом.

В начальном режиме блок управлени  б в первом такте вырабатывает сигнал Уст«О (фиг. 2 а), который устанавливает в нулевое состо ние счетчики адресов 4 и 13 и регистры 3 и 12, начина  со второго

такта блок 6 вырабатывает рабочие импульсы РИ (фиг. 26), поступа(рщие на счетные входы счетчиков 4 и 13, на шины СЗ («Считывание-3апись«) накопителей 2 и 11, на входь синхронизации триггеров регистров 3 и 12. Дл  управлени  работой регистров 3 и 12 блок 6вырабатывает потенциальный сигналсдвига ПС (фиг. 2 в). При наличии сигнала ПС и поступлении импульсов РИ регистры 3 и 12 работают в режиме сдвига записанной информации в сторону старших разр дов. Кроме того, сигнал ПС запрещает запись в регистры 3 и 12 информации, присутствующей на выходных разр дных шинах при считывании из накопителей 2 и 11. С другой стороны сигнал ПС разрешает запись сигналов, посту .нающих на последовательные входы первых разр дных регистров 3 и 12 с выходов элементов эквивалентности 9 и 10. Таким образом, в начальном режиме регистр 3 и элемент 9, а также регистр 12 и элемент 10

5 представл ют собой два генератора псевдослучайных последовательностей, которые формируют одинаковые последовательности, но с противоположными пор дками следовани  двоичных символов в последовательност х . В известном генераторе на основе АЛПМ нулевое состо ние регистра  вл етс  запрещенным (выйти из него без внешнего сигнала АЛПМ не может). В рассматриваемом устройстве дл  генераторов псевдослучайных последовательностей На регистS pax 3, 12 и элементах 9, 10 нулевые состо ни  регистров  вл ютс  рабочими, что достигаетс  включением в цепи обратных св зей элементов эквивалентности вместо сумматоров по mod 2.

Работа генератора в начальном режиме происходит следующим образом.

С одной стороны, импульсы РИ и потенциал ПС, поступа  на регистры 3 и 12, . привод т к тому, что последние совместно 5 с элементами формируют псевдослучайные последовательности. С другой стороны, рабочие импульсы РИ, поступа  на счетные входы счетчиков 4 и 13, в каждом такте увеличивают на единицу номера адресов, по которым происходит обращение к накопител м 2 и 11. Кроме того, положительные импульсы сигнала РИ, поступающие на шины СЗ («Считывание-Запись), в первой половине каждого такта воспринимаютс  накопител ми 2 и 11, как сигнал «Считывание числа по выбранному адресу. Пауза .сигнала РИ на шинах СЗ во второй половине каждого такта воспринимаетс  накопител ми 2 и 11, как сигнал «Запись числа по выбранному адресу. Таким образом, в каждом из накопителей в одном такте вначале считываетс  число, хран щеес  в выбранной  чейке пам ти, а затем по этому же адресу записываетс  число, поступающее на входные разр дные шины соответствующего накопител . Как уже. отмечалось, сигналы, возникающие на входных разр дных шинах накопителей 2 и И, не записываютс  на регистры 3 и 12, поскольку параллельные входы последних блокируютс  сигналом ПС.

В каждом такте во второй половине такта псевдослучайное число, присутствующее в регистре 3, записываетс  в вы&ранную  чейку накопител  11. Это же число поразр дно складываетс  на блоке сумматоров 8 с псевдослучайным числом, присутствующим в этом такте в регистре 12. С выходов блока 8 результат поразр дного сложени  записываетс  в выбранную  чейку накопител  2. По истечении m тактов (в предложении , что m t) во всех  чейках накопителей 2 и 11 будут записаны некоторые псевдослучайные числа. Следует отметить, что в  чейках накопител  11 будут все разные числа. В k первых  чейках (если k -) накопител  2 при m п после m тактов будут записаны нули, а в остальных - псевдослучайные числа, отличные от чисел, записанных в накопителе П. Во избежание наличи  большого числа «нулей значение номера разр да k регистра 3, с выхода которого заводитс  обратна  св зь на элементы 9, необходимо выбирать достаточно малым, пор дка 2-4. При этом псевдослучайные последовательности, формируемые регистрами 3,. 12 и элементами 9, 10 могут получитьс  не максимальными. Однако в этом нет никакой необходимости, поскольку емкость наксгпителей 2 и 11 (число  чеек пам ти) намного меньше числа символов в последовательности максимальной длины, т. е. m « 2 1; « . Можно выбрать k и достаточно большим k (если этого требует условие генерации последователькости длины I). Во избежание записи большого количества нулевых чисел в накопителе 2 потенциальный сигнал ПС необходимо формировать длительностью в 2 тактов. Врем , существовани  сигнала ПС можно выбрать необ зательно кратным m тактам. В общем случае можно указать, что

длительность сигнала ПС должна удовлетвор ть неравенству , где Три- период следовани  рабочих импульсов.

По окончании начального режима (окончание сигнала ПС) регистры 3 и 12 переключаютс  в режимы статического хранени  информации с записью и выдачей чисел параллельными кодами. В отсутствие потенциала ПС сигналы с выходов элементов эквивалентности 9 и 10 не воспринимаютс  первыми разр дами регистров 3 и 12.

После окончани  ПС блок управлени  выдает второй сигнал Уст«0, осуществл ющий сброс счетчиков 4, 13 и регистров 3 и 12 (фиг. 26). Со следующего такта начинаетс  рабочий режим формировани  п-разр дных псевдослучайных чисел.

В рабочем режи.ме генератор работает следующим образом. В первом такте импульс РИ, поступающий на счетные входы счетчиков 4 и 13, устанавливает последние в состо ние 1. Дешифраторы адресов 5 и 14 возбуждают адресные шиньг  чеек соответствующих накопителей 2 и 11. При этом единичный уровень РИ в первой половине такта, поступа  на пгииы СЗ накопителей 2 и 11, осуществл ет считывание чисел, хран щихс  в первых  чейках накопителей 2 и 11. Сигналы, соответствующие разр дам считанных чисел, по вл ютс  на выходных разр дных шинах накопителей 2 н 1. Под воздействием этих сигналов и сиг;1ала РИ на щинах синхронизации считанные-из накопителей 2 и 11 числа запис.ьшаютс  соответственно на регистры 3 и 12. С выходов регистра 3 считанное из первой  чейки накопител  2 число поступает на выходные разр дные шины накопител  11 и на одни входы блока 8. На вторые входы блока 8 поступают разр ды числа, считанного из первой  чейки накопител  11 и хран щегос  на регистре 12. В итоге на выходах блока 8 (блок сумматоров по mod 2) по вл етс  число , представл ющее поразр дную сумму входных чисел. Эта поразр дна  сумма  вл етс  первым псевдослучайным числом, которое поступает на выходы генератора 15 и на выходные разр дные шины накопител  2.

Во второй половине первого такта нулевой уровень сигнала РЙ, поступа  на шины СЗ накопителей 2 и 11, осуществл ет запись чисел, присутствующих на входных разр дных щинах в первые  чейки накопителей 2 и 11, т. е. в первую  чейку накопител  2 записываетс  перва  поразр дна  сумма, а в первую  чейку накопител  11 записьГваетс  число, хран щеес  на регистре 3.

Claims (2)

1.Яковлев В. В. и др. Стохастические вычислительные машины. Л., «Машиностроение , 1974, с. 114.

2.Авторское свидетельство СССР № 476340, кл. G 06 F 1/02, 1973.

Фиг. / Уст„0 ) « ППП-- р л .г

ПП п п п