(54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР Изобретение относитс к вычислитель ной технике и может быть использовано в решающих блоках стохастических вычислительных машин, а также дл моделировани случайных процессов на универсальных вычислительных машинах. Известен генератор псевдослучайных чисел на основе Vn-разр дного регистра сдвига и сумматора по модулю два в цепи обратной св зи. Подобный ГПСЧ состоит из генератора тактовых импульсов , tn-разр дного регистра сдвига, сумматора по модулю два в цепи обратной св зи, . Как известно, така схема может генерировать циклическую двоичную последовательность максимальной длины (М-последовательность) с периодом М - 2 .-1, где ш-разр дность регистра сдвига, статистические свойства которой аналогичны свойствам последовательности равноверо тных символов О и В случае выборки очередного псевдослучайного числа в каждый такт рабоПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ
ЧИСЕЛ Tbi устройства наблюдаетс жестка коррел ци между последующими значени ми многоразр дных кодов псевдослучайных чдсел . Во избежание наличи коррел ако1шой,, зависимости в та1сих устройствах необходимо осуществл ть выборку выходных чисел только через тактов, где Е 5vn-разр дность псевдослучайного числа. Следовательно , быстродействие устройства в предельном случае в m раз меньше тактовой частоты И Однако такой генератор позвол ет получить только один канал. При использовании псевдослучайных чисел в стохастических ВМ необходимо несколько каналов, независимых псевдослучайных чисел. Быстродействие ГПСЧ, при необходимости получени независимых 6-разр дных псевдослучайных чисел, оказываетс в С раз ниже его тактовой частоты. Известен генератор псевдослучайных чисел на основе двух регистров сдвига с различным числом разр дов i к hi , генерирующих последовательности максимальной длины. Генератор содержит задающий генератор импульсов, М -разр дный регистр сЛвига с сумматором по модулю два в цепи обратной св зи, -разр дный регистр сдвига с сумматором по. модулю два в цепи обратной сз зи, 1 сумматоров по модул1э два, В таком генераторе при условии, что периоды об,еих последовательностей -N 2Т- 1 иМ 2 1 вл ютс взаимно простыми числами, можно пол;учить некоррелированные в пределах N тактов работы, периода исходной последователь ности большей длины (при ), псев дослучайные последовательности путем сложени по модулю два состо ний двух рЙзр дов регистров (по одному от каждого ). Свойства таких последователь«эстей близки свойствам М-последовательностей . Максимальное число канаж в одновременно генерируемых таюим ГПСЧ равно И + m - 1. Число независимых каналов на основе двух регистров сдв1Ега равно 11+ Ш - 1, 2. «;-i: При необходимости получени большого числа каналов, надо пропорциональ но ему увеличивать разр дности регистр сдвига VI и т, что приводит к значительным аппаратурным затратам, неравному ностй распределени псевдослучайных чисел, так как генерируемые последовательности вл ютс участкам последовательности С СЧ,Ь,где01ц- последовательность периода N, а Ьц- периода М, уменьшении периода работы генератора в Wi - 1 раз вследствие разбиени последовательности С ц на отдельные участки; однозначности соответстви значений периодов N и М ко торые должны быть только взаимно гфостыми числами. Наиболее близким к изобретению по технической сущности вл етс генератор псевдослучайных чисел (многоканальный ), содержащий задающий генера тор импульсов, Vn -разр дный регистр сдвига с cyTviMaTopOM по модулю два в цепи обратной св зи, Y многовходовых сумматоров по модулю два. Гнератор од1юврвменно генерирует несколько участков полного кодового коАьца М- последовательности, которое обеспвч;1ваетс поразр дного еложени по модулю два отдельных последовательностей , снимаемых с ооответстйукдадх разр дов регистра сдвига. В этом генераторе отдельные каналы вл{потс разр дами генерируемого числа . Дл сдвига полного числового кольца М-последовательности на любое число символов С выходы опр.едёленных разр дов регистра сдвига подключают ко входу сумматора по модулю два. Структура св зей определ етс путем моделировани на ЭВМ исходной М-последовательности . Дл этого в начальном состо нии генератора необходимо записать единицу в 1+1 разр д регистра сдвига ( i -и разр д подключен ко входу сумматора 3 в цепи обратной св зи регистра) и нули в остальные разр ды. Тогда после каждых С тактов работы в регистре будут зафиксированы определенные Ж -разр дные коды. Наличие единицы в разр де регистра свидетельствует о том, что его выход подключаетс ко входу сумматора 4, а наличие нул - о том, что не подключаетс . Дл каждого канала необходим определенный сдвиг (где К 1,2,... ), а следовательно ему присущ определенный код в регистре, строгчэ определ ющий структуру логических св зей. Очевидно, что число разр дов , которые надо подключить ко входамсумматоров 4, зависит от числа еданиц в коде регистра, который фиксируют через К-С тактов работы. В среднем число единиц в регистре сдвига за период М работы генератораравно VH/2. .Это значит , что дл организации одного канала на основе Hi-разр дного регистра сдвига необходим, сумматор по модулю два с Yn/2 входами. Обычно производ т оптимизацию оборудовани , что предусматривает при моделировании сдвиг не на КС символов, а число близкое к нему. Целью вл етс получегше кода с минимальным числом единиц. В результате добиваютс сокращени удельных затрат на канал до сумматора с Vn/4 входами. Лучшего результата добитьс трудно рЗ. Анализ данного генератора показывает , что при необходимости получени большого числа каналов К исходна М-последовательность разбиваетс на К одновреме1шо генерируемых участков. При Э.ТОМ уменьшаетс период работы генератора до Недостатком также вл етс увеличение неравномерности распределени чисел при большом числе каналов. Это объ сн етс неравенством числа единиц И нулей на отдельных участках М-после довательности. Необходимы значительные удельные затраты оборудовани на реализацию каждого канала. Дл формировани таких каналов требуетс использовать в среднем Ж/4 разр дов регистра сдвига , что приводит к необходимости примен ть либо сложные многовходовые сумматоры по модулю два, либо несколь до двухходовые сумматоров (полусумма торов) . Попытка устранить два предыдущих недостатка путем увеличени разр дност И1 регистра сдвига, а следовательно и периода основной М-йоследовательнос приводит к увеличению числа входов сум матора по модулю два, необходимого дл реализации одного канала. Недостатком также вл етс сложнос подготовки к построению многоканального ГПСЧ, котора предусматривает моделирование на ЭВМ исходной М-последовательности . Цель изобретени - сокращение удельного оборудовани на один канал, увеличение периода работы генератора до максимально возможного дл данной разр дности hi регистра сдвига, а также уменьшени неравномерности распределени чисел при сохранении прежне коррел ционной характеристики генератора . Поставленна цель достигаетс тем, что в многоканальный генератор псевдослучайных чисел, содержащий, задающий генератор импульсов, vn-разр дный триг герный регистр сдвига с сумматором п6 модулю два в цепи обратной св зи, причем выход задающего генератора.подключен ко входам синхронизации триггеров регистра сдвига, ввод тс две группы элементов И, группа элементов ИЛИ группа сумматоров по модулю два, причем к первому входу i-ro элемента И первой группы подключен пр мой выход первого разр да регистра сдвига, а ко второму входу .- пр мой выход 1 + 1-го разр да регистра сдвига ( i 1, 2,3, ..., Vn-l), к первому вх ду 1 -го элемента И второй группы подключен инверсный выход первого разр да регистра сдвига, а ко второму пр мой выход -го разр да регистра ( f -2,3,..., И1; j - И1 + 1), причем выходы 1 -X элементов И первой и второй групп подключены ко входам 1 -X элементов ИЛИ, выходы юторых парно подключены ко входам К сумматоров по модулю два, а выход о-го элемента ИЛИ - ко второму входу сум- матора К (где Р--.2,.-.И1-1;с --1Д..., (;: р--....,2,... .). На чертеже приведена схема пред-J лагаемого генератора при Ж-8. Генератор содержит задающий генератор 1 импульсов, 8-разр дный регистр 2 сдвига с сумматором по моцулю два в цепи 3 обратной св зи, группу элементов 4 И, группу элементов 5 И; группу элементов 6 ИЛИ, группу сумматоров 7 по модулю два. Задающий генератор импульсов предназначен дл синхронизации работы всего устройства, регистр сдвига с сумма- . тором по модулю два в цепи обратной св зи - дл получени псевдослучайной последовательности единиц и нулей с периодом, равным 2 -1, две группы элементов И и группа элементов ИЛИ дл получени последовательностей нулей , и единиц, веро тность по влени , которых равна 0,5, а период последо- . вательностей равен 1, группа сумматоров по модулю два - дл получени большого числа каналов, генерирующих ПС числа. Независимый канал, генерирующий ПС последоват.ельность, получают, использу свойство М-последовательности, заключающеес в том, что ве|Ьо тность по влени двух определенных символов (11,10,01,00) любых двух разр дах регистра сдвига равно 1/4. Если обозначить пр мой выход разр да регистра сдвига X, а инверсный выход X.-f (,2,..., Vn), то реализацию таких последовательностей можно вьфазить математически следующим образом: --,, 5-- -, Получают последоватвгпьности V.-М 1 веро тностью по влени 1 или О, равой 1/2. Дл получеа:,ч N.,- складывают последовательности iC..y. веро тностью по влени одшгицы, равной 1/4. Возможность по вленп одиштцы
7 одйовременно в двух слагаемых исключена , как первое спагаемое равно 1 при Х 1, Чт. - 1, а второе при , У. Число таких последовател .ьностей . Простое сложение 6 выражени х эквивалентно суммированию по модулю два, Функционирование устройства происходит следующим образом. Производ т запись начального кода в регистр сдвига и просигналим гене ратора 1 тактовых импульсов в нем начинает происходить смена состо ний, определ ема структурой обратной св зи В зависимости от состо ни разр дов р гистра сдвига на выходах элементов 4,5,6,7 получают последовательности единиц и нулей, которые.в каждом конкретном случае определ ютс структуро логических св зей. Через тактов работы cocTosnora регистра сдвига начн повтор тьс , а, следовательно, начнут повтор тьс последовательности на вы , ходах элементов 4,5, 6,7. Отсюда следует , что период работы генератора равен . Величина функции Фц коррел ции меж ду отдельными каналами 1.-, - - Mj NvВывод о равномерности распределени . чисел в данном генераторе следует из вывода о минимальной коррел ции между каналами.ь Таким образом, введение двух групп элементов И, группы элементов ИЛИ и группы сумматоров по модулю два позвол ет значительно сократить затраты оборудовани на реализацию многоканалыюго ГПСЧ. Получаема экономи оборудовани будет тем более высокой , чем большее число каналов необ ходимо получить на основе регистра сдвига и чем больше разр дность УМ этого регистра.. Например, дл построени ЗО каналов по 15 разр дов на основе 32 разр дного .регистра сдвига, удель.нь1е затраты оборудовани в И;3вестном устрой стве равны примерно одному восьмивходовому сумматору по модулю два (число входов равно W4}. Это эквийалентно семи полусумматорам по моду лю два. Удельные затраты предл огаемо го устройства равны примерно одному двухвходовому сумматору по модУто дв С рЬстом разр дного регистра сдвига In они не растут, а несколько уменьшаютс .