SU773612A1 - Датчик случайных чисел - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к вычисли- тельной технике и может быть использовано при моделировании случайных процессов.. Известен датчик случайных чисел, который содержит блок генераторов преобразуемых импульсных потоков, блок задани  длительности испытаний блок схемы совпадени , блок регистрации исходов и прерывани  случайных испытаний, блок преобразовани  ргюпределени . Принцип работы этого устройства основан на выделении импульса одного из преобразуемых потоков , пришедшего первым посл пуск датчика l.. Этот датчик  вл етс  весьма сложным по устройству из-за наличи  большого числа генераторов преобразуемы} импульсных потоков. Кроме того, дл  реализации высокого быстр действи  требуетс  примен ть разнопородную элементную базу, что приводит к дополнительному усложнению устройства и сужает егофункциональ ные возможности. Известен также датчик случайных чисел, содержащий блок генераторов преобразуемых импульсных потоков, блок пам ти в виде сменного наборно пол , генератор тактирующих- импульсов , блок адресации на базе циклического регистра сдвига и блоки логических элементов И и ИЛИ 2. Устройство сравнительно сложно из-за Нсшичи  бохйлаего числа генераторов преобразуемых импульсных потоков. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому  вл етс  датчик, случайных чисел, содержаший гейератор импульсов, блок пам ти с ад ресным регистром, генератор случайных импульсов и управл емый веро тностный элемент, включанедий неперенастраиваемый веро тностный (1,N)полюсник , -блок логических элементов И и элемент ИЛИ, при этом генератор случайных импульсов подключен через управл екшй веро тностный элемент к выходу датчика и к первому входу адресного регистра, второй вход которого подключен к вьЬсоду генератора импульсов, а выход - ко входу блока пам ти, выход которого соединен с вторым входом управл емого веро тностного элемента 3. Недостатком датчика  вл етс  зиачительное усложнение устройства и увеличение аппаратурных затрат при

использовании блоков пам ти большого объема с организацией генерировани  случайных чисел, распйвделенных по одному из законов, введенных в блок пам т, .Это сужает функциональные возможности датчика случайных чисел.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей датчика случайных чисел за счет формировани  потоков случайных чисел с произвольными законами распределени .

Цель достигаетс  тем, что датчик случайных чисел, содержащий генератор импульсов и блок пам ти, выходы которых подключены к входам управл ющего веро тностного элемента , дл  достижени  поставленной цели снабжен дополнительнь 1 блоком нормал зации случайных.чисел, N блоками выбора адреса и N равноверонтностными элементами,входы которых подключены к выходу генератора импульсов , а выходы N равноверо тностных элементов подключены к первым входам соответствующих блоков выбора адреса вторые и третьи входы которых соединены соответственно с первой и второй группами входов датчика случайны чисел, а выход каждого блока выбора адреса подключён к соответствующим входам блока пам ти и перво группе входов блока нормализации слу чайных чисел, выход которого подключен к выходу датчика случайных чисел втора  группа входов блока нормализации случайных чисел подключена ко втрым входам соответствующих блоков выбора адреса, вход блока нормализации случайных чисел подключен к выходу управл емого веро тностного элемента . При этом каждый блок выбора адреса содержит два-элемента И,элемент ИЛИ, входы которого подключены к выходам элементов И, выход элемента ИЛИ  вл етс  выходом выбора адреса, первый вход которого соединен с пр мым входом первого элемента И, .инверсный вход которого подключен к первому входу второго элемента И и второму входу блока выбора адреса, третий вход которого соединен со вторым входом второго элемента И.

На чертеже изображена структурна  схема датчика случайных чисел..

Датчик содержит генератор 1 импульсов , блок 2 пам ти, управл емый веро тностный элемент 3, блок 4 нормализации случайных чисел, блоки 5 выбора адреса и равноверо тностные . элементы 6.

Генератор. 1 импульсов и блок 2 пам ти подключены к входам управл емого веро тностного элемента 3, выход которого подключен к дополнительному входу блока 4 нормализации случайных чисел, выход которого подключен к выходу датчика случайных чисел, перва  (от 1 до IN) группа

входов - к выходам соответствующих блоков 5 и входам блока 2 пам ти|, а втора  (от 2 до 2, ) группа входов - к первой (от 1 до 1ц) группе входов датчика случайных чисел и вторым входам соответствующих блоков 5 выбора адресаJ третьи входы которых соединены с второй (от 2 до 2) группой входов датчика случайных чисел, а первые входы - с выходами равноверо тностных элементов 6. входы которых подключены к выходу генератора импульсов..

Блок 5 выбора адреса содержит первый элемент 7 И, второй элемент

8И и элемент 9 ИЛИ.

, Первый вход блока 5 выбора адреса соединен с пр мым входом первого элемента 7 И, инверсный вход которо подключен к первому входу второго элемента 8 И и второму входу блока 5 выбора адреса, третий.вход которого соединен со вторьм входом вторго элемента 8 И, при этом выходы первого и второго элементов И 7 и 8 подключены к входам элемента

9ИЛИ, выход которого подключен к выходу блока 5 выбора адреса.

Генератор 1 импульсов вырабатывает поток тактирующих импульсов усройства ..

Блок 2 пам ти предназначен дл  хранени  и выдачи пО за- . просам от блоков 5 информации в виде кодированных сигналов , управл ющих веро тностью прохождени  импульсов от генератора 1 импульсов через управл емый веро тностный элемент 3. Управл емый веро тностный элемен 3 с заданной веро тностью пропускае либо не пропускает, импульс е выход генератора 1 импульсов.на дополнительный вход блока 4 нормализации случайных чисел.

Блок 4 нормализации случайных чисел служит дл  обеспечени  определенного расположени  разр дов случайного числа и заданной разр дной сетке и выдачи случайного числа на выход датчика.

Блоки 5 предназначены дл  организации управлени  выборкой требуемых адресов блока 2 пам ти.

Равноверо тностные элементы 6 формируют на выходе с .равной веро тностью сигналы 1 либо О.

Первый 7 и второй 8 элементы И служат как дл  организации выбора адресов блока 2 пам ти, так и дл  формировани  очередного случайного числа.

Элемейт 9 ИЛИ служит дл  логического объединени  сигналов с выходов элементов И.

В общем виде процесс функционировани  датчика включает два этапа: равноверотную выборку адреса кода веро тности Р-1 (J ) в зоне пам ти. задаваемой кодом с управл ющих вхоДОН датчика, и формирование случайного числа и реализацию случайного испытани  с помощью управл емого веро тностного элемента 3, положительный исход; которого заключаетс  в прохождении с веро тностью Р (j) задаваемой кодом веро тности, выбра ным с i-ro адреса, импульсного сигн&ла с выхода генератора 1 через J управл емый веро тностный элемент 3 (при по влении сигналов на выходе, элемента 3 блок 4 нормализации выдает сформированное случайное число на выход устройства). Дл  реализации первого этапа используютс  блоки 1, 5, 6. Импульс вырабатываемый генератором 1 импуль сов , поступает на вход управл емого веро тностного элемента 3 и входы равноверо тностных элементов 6; на выходе последних случайным образ устанавливаютс  потенциалы 1 и О подаваемые на пр мые входы первых элементов 7 И. Предположим, что перва  и йтора  группы входов датчика содержат по три входа. С помощью входов первой группы управл ющих входов датчика задаетс  зона пам ти/ из которой будет производитьс  выборка кодов веро тностей. С помощью входов второй группы, при условии блокировани  передачи сигналов с выходов равноверо тностных элементов б, можно управл ть выборкой требуемых адресов из зоны пам ти, задаваемой сигналами с управл ющих входов датчика. Если на каждый из входов первой группы подаетс  1., то это приводит к запиранию первых элементов 7 И и блокированию передачи сигналов с выходов равноверо тностных,элементов 6 на адресные входы блоков 2 пам ти. Тогда с помощью входов второй группы можно задавать значейие сигнгшов на выходах блоков 5 (т.е. если на один из входов второй группы подаетс  1, на выходе соответствующего блока 5 по вл етс  1) Если на каждый из входов первой группы подаетс  О, это приводит к , запиранию вторых элементов 8 И и отпиранию первых элементов 7 И. В этом случае значени  выходных сигналов блоков 5 будут определ тьс  значени ми случайных выходных сигналов равноверо тностных элементов 6. Следовательно, после задани  зоны пам ти с помощью входов первой группы - управл ющих кодов - можно осуществить выборку адресов внутри зоны случайными (с помощью первых элемен .тов И 7) и детерминированными сигналс1ми (с помощью вторых элементов И 8). в блоке 2 Пс1м ти хран тс  нормированные коды веро тностей по влени  случайных .чисел на выходе устройства. В зависимости от комбинации вход .ных сигналов датчика количество воспроизводимых законов распределеН1   измен етс . Характер этой зависимости можно у снить из таблицы..

000

100

о - Знаками (-) отмечены разр ды, задаваемых с выходов равноверо тностных элементов 6.

1закон на 8 квантилей

2закона на 4 кван- тил  случайными сигналгили

Второй этап процесса функционировани  датчика заключаетс  в следую-: щем.

При опросе блока 2 пам ти на вы , ходах его по вл етс  совокупность

сигналов , которые задают , веро тности P,j (j) прохождени  импульса через управл емый веро тностный йлемент 4 и блок 4 нормещизации случайных чисел , куда подаетс  через первую группу входов блока . нормализации случайное число с выхо- дов блоков 5.

В блоке. 4 нормализации случайных чисел формируемое число нормализуетс  посредством сдвига на некоторое число разр дов. Количество так- ,15 тов сдвига может определ тьс  по . количеству единиц в наборе сигналов, подаваекнлх на первую группу входов датчика случайных чисел.

При условии пвох;ождени  импульса 20 через управл  ий веро тностный элемент 3 случайное число после нормализации поступает на выход датчика , В случае, когда импульс не проходит через управл емый веро тностный 25 элемент 3, случайное число на выходе устройства не по вл етс .

Технико-эконс 1Йческа  эффективность датчика случайных чисел определ етс  следующими его характеристиками:. . , широкими функциональными возможност - ™ ми, состо щими в обеспечении воспроизведени  по запросу случайного числа, распределенного по одному из совокупности заданных законов, к аждый из которых может иметь различ- ное число интервалов квантовани  кратное степени 2j простотой констру кции,полностьювыполненной на базе цифровых .элементов с возможностью непосредственного использовани  40 без каких-либо дополнительных изменений типовых блоков пам ти; высокой точностью и стабильностью работы, благодар  отсутствию аналоговых генераторов случайных сигналов; по- двьшением среднего быстродействи  особенно дл  сложных полимодальных законов распределени } простотой программировани  и настройки датчика , а также смены отдельных зако- ,нов распределени  ввиду использовани  модульного принципа размещени  кодов-законов распределени  в блоке пам ти и возможности ввода-вывода любого модул  независимо от других, .

Claims (3)

1. Датчик случайных чисел, содержащий генератор импульсов и блок пам ти , выходы которых подключены к вх дам управл емого веро тностного эл мента, отличающийс  тем что, с целью расширени  функциональ1-ных возможностей датчика за счет обепечени  воспроизведени  потоков случайных чисел, распределенных по различным законам,он со ержит блок нормлизации случайных чисел, N блоков выбора адреса и N равноверо тностных элементов, входы которых подключены

к выходу генератора импульсов, а выходы N равноверо тностных элементов подключены к первым входам соответствук цих блоков выбора адреса , вторые и третьи входы которых соединены соответственно с первой и второй группами входов датчика случайных чисел,: а выход каждого блока адреса подключен к соответствующим входам блока пам ти и к nep вой группе входов блока нормализации случайных чисел, выход которого подключен к выходу датчика случайных чисел, втора  группа входов блока нормализации случайных чисел подключена к вторым входам соответствующих блоков выбора адреса, вход блока нормгшизации случайных чисел подключей к выходу управл емого веро тност ного элемента.

2. Датчик по п. 1, отличающийс  тем, что каждый е5лок выбора адреса содержит два элемента И и элемент ИЛИ, входы которого подключены к выходам элементов И, выход элемента ИЛИ  вл етс  выходом 6JioKа выбора адреса, первый вход которого соединен с пр м входом первого элемента И, инверсный вход которого подключен к первому входу второго элемента И и второму входу блока выбора адреса, третий вход которого соединен со вторым входом второго элемента И.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Четвериков В.Н., Баканович Э.А и Меньков А.В. Вычислительна  з ехиика дл  статистического моделировани  М., Советское радио, 1978, с. 234, рис.6.1.

2.Авторское свидетельство СССР 308431, кл..6 06 F 1/02, 1969.

3.Баканович Э.А., Орлов М.А.

и Костюк С.Ф. Программно управл емые веро тностные преобразователи Автоматика и вычислительна  техника , Минск, 1975, вып. 5, с. 159, рис. 3 (прототип).