SU824178A1 - Генератор потоков случайных событий - Google Patents

Description

(54) ГЕНЕРАТОР ПОТОКОВ СЛУЧАЙНЫХ СОБЫТИЙ

I

Изобретение относитс  к вычислительной технике, может быть использовано дл  создани  стохастических вычислительных машин и моделей, при моделировании случайных процессов и дл  построени  датчиков случайных чисел.

Известен генератор потоков случайных событий, содержащий блок генераторов случайных импульсов, выходы которых подключены через первый блок элементов И к первым входам регистра, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со счетным входом триггера, второй блок элементов И, первые входы которых соединены с выходами регистра, вторые входы подключены к инверсному выходу триггера и к одному из входов генератора тактовь1х импульсов , второй вход которого соединен со вторыми входами регистра, причем во втором блоке элементов И выход каждого предыдущего элемента И подключен к инверсным входам последующих элементов И, а ко вторым входам первого блока элементов И подключен пр мой выход-триггера. В устройстве фиксируетс  факт по влени  хот  бы одного импульса от одного или более генераторов случайных импульсов, после

чего на выходе устройства формируетс  единичный сигнал с выхода элемента И, св занного с тем разр дом регистра, который имеет наименьший номер из числа всех разр дов, установленных в результате испытани , в единичное состо ние, при высоком быстродействии фор.мировани  случайных величин, распределенных по заданному закону и принимающих m значений 1.

Недостатком  вл етс  сложность устройства из-за наличи  m генераторов случайных импульсов.

Известен также генератор потоков случайных событий, содержащий генератор тактовых импульсов, управл емый регистр сдвига , блоки двухвходовых элементов И, подключенных ко входам соответствующих эл&

ментов ИЛИ, блок формировани  первичных импульсных потоков и наборное поле 2.

Недостатком известного устройства  вл етс  его сравнительна  сложность из-за

наличи  генераторов первичных импульсных потоков и больщого числа логических элементов , что, в частности, затрудн ет выполнение таких устройств в виде интегральных микросхем. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  генератор потоков случайных событий , который содержит (n-f 1) первичных источников случайного потока импульсов, соединенных с (п + 1)-ым формирователем импульсов, п из которых подключены через счетные триггеры и многовходовые элементы И к входам элемента ИЛИ, выход которого соединен с выходом устройства и входом генератора функций, выходы которого и выход (п + 1)-го формировател  импульсов также подключен к соответствующим входам многовходовых элементов И 3. Недостатком устройства  вл етс  сложность из-за наличи  (п + 1)-го источника потоков случайных импульсов, что, в частности , затрудн ет реализацию генератора в интегральном исполнении на базе цифровых элементов. Цель изобретени  - упрощение устройства генератора потоков случайных событий и повышение точности его работы. Дл  достижени  поставленной цели в известный генератор импульсов, содержащий датчик импульсов, выход которого соединен с первым входом циклического регистра сдвига, первый выход которого соединен с первым входом многовходового элемента И, второй вход которого соединен с выходом равноверо тностного элемента, а выход многовходового элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого  вл етс  первым выходом генератора , снабжен первым, вторым и третьим двухвходовыми и трехвходовыми элементами И, первым, вторым и третьим триггерами , вторым и третьим элементами ИЛИ, счетчиком и блоком выходных ключей, выход которого соединен с вторым выходом генератора, первый вход - с выходом первого элемента ИЛИ, а второй вход - с первым выходом счетчика, второй выход которого подключен к первым входам первого триггера и второго двухвходового элемента И, третий выход - к первым входам второго триггера, первого и третьего двух ходового элемента И и третьего элемента ИЛИ, а первый вход счетчика подключен к выходу датчика импульсов, к третьему входу многовходового элемента Ник первому входу трехвходового элемента И, второй вход которого соединен с вторым выходом циклического регистра сдвига, третий вход - с выходом равноверо тностного элемента, а выход - с вторым входом первого триггера и первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу датчика импульсов, а второй вход - к второму входу второго триггера и выходу многовходового элемента И, четвертый вход которого соединен с выходом первого триггера, а п тый вход - с выходом второго триггера , вторым входом второго двухвходового элемента И и вторым входом первого двухвходового элемента И, выход которого подключен к второму входу первого элемента ИЛИ, а выход второго двухвходового элемента И соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу датчика импульсов, третий вход которого соединен с третьим выходом генератора и с выходом третьего двухвходового элемента И, второй вход которого подключен к выходу третьего триггера, второй вход которого соединен с первым выходом циклического регистра сдвига, а первый вход - с третьими входами первого и второго триггеров, вторцм входом счетчика, четвертым входом датчика импульсов и с первым входом генератора потоков случайных событий, второй вход которого подключен к второму входу циклического регистра сдвига. На чертеже изображена структурна  схема предлагаемого устройства. Генератор содержит датчик 1 импульсов, циклический регистр 2 сдвига, многовходовый элемент И 3, первый элемент ИЛИ 4, равноверо тностный элемент 5, блок 6 выходных ключей, счетчик 7, первый триггер 8, первый двухвходовой элемент И 9, второй триггер 10, трехвходовый элемент И 11, второй элемент ИЛИ 12, второй двухвходовый элемент И 13, третий элемент ИЛИ 14, третий триггер 15 и третий двухвходовый элемент И 16. Датчик 1 импульсов, циклический регистр 2 сдвига, многовходовый элемент И 3, первый элемент ИЛИ 4 и блок 6 выходных вентилей соединены последовательно, причем выход блока 6 выходных ключей соединен со вторым выходом генератора, а второй вход - с первым выходом счетЧика 7, второй выход которого подключен к первым входам первого триггера 8 и второго двухвходового элемента И 13, третий выход - к первым входам второго триггера 10, первого двухвходового элемента И 9 и третьего элемента ИЛИ 14, а первый вход - к выходу датчика 1 импульсов, к третьему входу многовходового элемента И 3 и к первому входу трехвходового элемента И 11, второй вход которого соединен с вторым выходом циклического регистра 2 сдвига, третий входс выходом равноверо тностного элемента 5, а выход - с вторым входом первого триггера 8 и первым входом второго элемента ИЛИ 12, выход которого подключен к первому входу датчика 1 импульсов, а второй вход - к второму входу второго триггера 10 и выходу многовходового .элемента И 3, второй вход которого соединен с выходом равноверо тностного элемента 5, четвертый вход - с выходом первого триггера 8, а п тый вход - с выходом второго триггера ю, вторым входом второго-двухвходового элемента И 13 и вторым входом первого двухвходового элемента И 9, выход которого подключен к второму входу первого элемента ИЛИ 14, а выход второго двухвходового элемента И 13 соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ 14, выход которого подключен к третьему выходу генератора и выходу третьего двухвходового элемента И 16, первый вход которого подключен к третьему выходу счетчика 7, а второй вход - к выходу третьего триггера 15, второй вход которого соединен с первым выходом циклического регистра 2 сдвига, а первый вход - с третьими входами первого триггера 8 и второго триггера 10, вторым входом счетчика 7, четвертым входом датчика -1 импульсов и с первым входом генератора потоков случайных событий, второй вход которого подключен к второму входу циклического регистра 2 сдвига, а первый выход - к выходу первого элемента ИЛИ 4.

Датчик 1 импульсов служит дл  обеспечени  импульсного режима работы устройства . Циклический регистр 2 сдвига предназначен дл  хранени  и выдачи по сигналу от датчика 1 импульсов кодов, управл ющих прохождением импульсов либо через многоходовый элемент И 3, либо через трехвходовый элемент И 11. Многовходовый элемент И 3 обеспечивает управление прохождением импульсов с выхода датчика 1 импульсов на вход первого элемента ИЛИ 4, который служит дл  объединени  импульсных потоков с выходом многовходового и первого двухвходового элементов И 3 и И 9. Блок выходных вентилей предназначен дл  выдачи по сигналу от первого элeмeнta ИЛИ 4 случайного числа на выход генератора потоков случайных событий. Счетчик 7 формирует случайное число, а также служит дл  организации управлени  режимом работы датчика 1 импульсов первый триггер 8 управл ет прохождением импульсов через многовходовый элемент И 3. Первый двухвходовый элемент И 9 обеспечивает прохождение импульсов с третьего выхода счетчика 7 на вход первого элемента ИЛИ 4 при наличии разрешающего сигнала с выхода второго триггера 10, который управл ет прохождением импульсов через многовходовый элемент И 3, первый двухвходовый элемент И 9 и второй двухвходовый элемент И 13. Трехвходовый элемент И 11 служит дл  организации управлени  режимом работы датчика 1 импульсов и задает состо ние первого триггера 8. Второй элемент ИЛИ 12 предназначен дл  объединени  импульсных потоков с выходом многовходового элемента И 3 и трехвходового элемента И 11 и заДани  быстрого режима работы датчика 1 импульсов . Третий элемент ИЛИ 14 предназначен дл  объединени  импульсных потоков с третьего выхода счетчика 7 и выхода второго двухвходового элемента И 13 и задани  номинального режима работы датчика 1 импульсов. Третий триггер 15 предназначен дл  повышени  достоверности работы устройства. Третий двухвходовый элемент

И 16 служит дл  повышени  достоверности работы устройства.

Устройство работает следующим образом .

В номинальном режиме работы импульс с выхода датчика 1 импульсов поступает на вход циклического регистра 2 сдвига, сигнал на выходе которого может принимать ,1 6(0,).

Если сигналы на первом выходе циклического регистра 2 сдвига и на выходе равноверо тностного элемента 5 принимают значени  «О, импульс с выхода датчика 1 импульсов не проходит ни через многовходовый элемент И 3, ни через трехвходовый элемент И 11. Следующий импульс приводит к по влению на выходе циклического регистра 2 сдвига нового сигналаа;,И€ (0,1).

Если сигнал на первом выходе циклического регистра 2 сдвига принимает значение «О, а на выходе равноверо тностного элемента 5 устанавливаетс  состо ние «1, импульс с выхода датчика 1 импульсов проходит через трехвходовый элемент И 11, устанавливает первый триггер 8 в состо ние, запрещающее прохождение импульсов через многовходовый элемент И 3, и через второй элемент ИЛИ 12 задает «быстрый режим работы датчика 1 импульсов, так как дл  дальнейшего проведени  испытаний необходимо , чтобы на выходе циклического регистра 2 сдвига установилась следующа  группа кодов ti+. В «быстром режиме работы , как и в номинальном режиме, на выходе циклического регистра 2 сдвига последовательно по вл ютс  коды dtj ,OLij4l

di. Однако прохождение импульса через многовходовый элемент И 3 на выход устройства невозможно, так как на четвертом входе многовходового элемента И 3 посто нно присутствует запрещающий сигнал с выхода первого триггера 8. В таком режиме генератор работает до тех пор, пока не выбираютс  все коды i-ой группы, т. е. все кодыа{. . .

Как в «быстром, так и в номинальном режимах работы импульсы с выхода датчика 1 импульсов поступают на первый вход счетчика 7. Когда в счетчике 7 зафиксируетс  число, равное количеству кодов в группе, на втором выходе счетчика 7 по вл етс  сигнал, устанавливающий первый триггер 8 в состо ние, разрешающее прохождение импульсов через многовходовый элемент И 3. Так как второй триггер 10 находитс  в разрешающем состо нии, то сигнал с второго выхода счетчика 7 проходит через второй двухвходовый элемент И 13 и элемент ИЛИ 14, поступает на второй вход датчика Д импульсов и задает номинальный режим его работы, после чего испытани  продолжаютс  в номинальном режиме дл  (i + 1)-ой группы кодов, т. е. а.{.|...

Если сигналы на первом выходе циклического регистра 2 сдвига и на выходе равноверо тностного элемента 5 принимают значени  «1, импульс с выхода датчика 1 импульсов проходит через многовходовый элемент И 3 и первый элемент ИЛИ 4 в блок 6 выходных вентилей и на первый выход генератора. По вление импульса в блоке 6 выходных вентилей приводит к тому, что случайное число с первого выхода счетчика 7 (код старших разр дов) поступает на второй выход генератора потоков; случайных событий . Импульс с выхода многовходового элемента И 3 поступает также на второй вход второго триггера 10 и устанавливает его в состо ние, запрещающее прохождение импульсов через многовходовый элемент И 3 и первый двухвходовый элемент И 9. Этот же импульс поступает на второй вход второго элемента ИЛИ 12, проходит через него и задает «быстрый режим работы датчика 1 импульсов. В таком режиме датчик 1 должен работать до тех пор, пока на выходе циклического регистра сдвига снова не устанавливаетс  первый из начальной группы кодов о.,., . Это. обеспечиваетс  тем, что, импульс, задающий номинальный режим работы , не может пройти со второго выхода счетчика 7 через второй двухвходовый элемент И 13, так как второй триггер 10 находитс  в состо нии запрета. Только когда в счетчике 7 зафиксируетс  число, соответствующее общему количеству кодов в группах, на третьем выходе счетчика 7 по вл етс  импульс, задающий номинальный режим работы через третий элемент ИЛИ 14, и устанавливающий второй триггер 10 в разрещающее состо ние. В случае, если до конца цикла импульс не по вл етс  на выходе многовходового элемента И 3, то импульс с третьего выхода счетчика 7 проходит через первый двухвходовый эле.мент И 9 и первый элемент ИЛИ 4 в блок 6 выходных вентилей и на первый выход генератора, а случайное число с первого выхода счетчика 7 по вл етс  па втором выходе генератора. Дл  повыщени  достоверности работы устройство снабжено третьим триггером 15. Перед началом работы генератора на первый вход подаетс  сигнал, устанавливающий счетчик 7, первый 8, второй 10 и третий 15 триггеры в исходное состо ние, а датчик 1 импульсов - в состо ние, позвол ющее производить запись информации в циклический регистр 2 сдвига через второй вход генератора. В процессе функционировани  сигналы с первого выхода циклического регистра 2 сдвига поступают на второй вход третьего триггера 15. При заранее известной совокупности кодов это позвол ет ко.нтролировать исправность работы устройства, запи: сыва  в последний разр д циклического регистра 2 сдвига ноль или единицу, дополн   всю кодовую последовательность, хран щуюс  в этом регистре, до четной. Третий триггер 15 работает в счетном режиме и при нормальном функционировании циклического регистра 2 сдвига всегда устанавливаетс  в одно и то же, например нулевое состо ние, после чего, содержимое этого регистра при формировании случайной величи,цы сдвигаетс  на длину регистра и снова занимает начальное размещение. Тогда при единичном состо нии третьего триггера 15 импульс с третьего выхода счетчика 7 (после окончани  полного цикла сдвига) проходит черезтретий двухвходовый элемент И 16 и поступает на третий выход устройства и третий вход датчика 1 имрульсов. Этот сигнал останавливает ра датчика 1 импульсов и позвол ет обеспечить быстрое обнаружение неисправности и восстановление информации в циклическом регистре 2 сдвига, что повыщает надежность и достоверность работы генератора , особенно с учетом слабо выраженной чувствительности случайных потоков событий к редким сбо м. При записи информации в циклический регистра 2 сдвига могут быть использова„ы различные способы кодировани . Так, например, будем считать, что коды А {af,aj,.,.,,c(} вычисл ютс  по известной функции распределени  ,..iPm} по формулеР . (1) Величины О.; представл ютс  группой двоичных символов ai a,ai.i,.-.,ain.} (2) где величина О.- равна .rJ(3), Если код (2) считывать дл  участи  в случайном испытании поэлементно, начина  со старщего разр да о. , затема|. (если испытание было неудачным) и т. д., то за счет последовательного по влени  сигналов di {ОД} на выходе циклического регистра 2 сдвига удаетс  с помощью многовходового элемента И 3 и трехвходового элемента И 1 обеспечить правильную работу генератора с использованием единственного равноверо тностного элемента, а это значительно упрощает техническую реализацию устройства, так как веро тностные выражении (3) формируютс  автоматически по условию последовательных испытаний. Технико-экономическа  эффективность генератора потоков случайных событий определ етс  следующими факторами: а) упрощением логической структуры устройства, что позвол ет применить в качестве элементов пам ти и кодировани  циклический (кольцевой) регистр сдвига и счетчик, и не включать, в отличие от известных устройств,, таким сложные блоки, как

блок управлени  и особенно, блок адресации;

б)упрощением блока источников случайных первичных сигнало, содержащего единственный и самый простой элемент из известных блоков, а именно - равноверо тностный элемент;

в)существенным расщирением функциональных возможностей генератора, а именно обеспечением формировани  потоков случайных временных интервалов (с выхода 1), случайных чисел (с выхода 2) и повыщением достоверности работы с вводом контрол  на четность (по выходу 3) при несущественных аппаратурных затратах в виде нескольких простейших логических элементов;

г)созданием существенно улучшенных возможностей дл  выполнени  генератора в виде микросхемы, так как устройство содержит минимальное число внещних контактов и использует только простейщие структурные компоненты, причем при отказе, например от «быстрого режима работы при поиске новой группы управл ющих кодов или регенерации информации в циклическом регистре сдвига схемы устройства с целью интегральной реализации может быть при необходимости, еще более упрощена.

Claims (3)

1. Формула изобретени  Генератор потоков случайных событий, содержащий датчик импульсов, выход которого соединен с первым входом циклического регистра сдвига, первый выход которого соединен с первым входом многовходового элемента И, второй вход которого соединен с выходом равноверо тностного элемента, а выход многовходового элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого  вл етс  первым выходом генератора , отличающийс  тем, что, с целью упрощени  генератора и повышени  его точности , он содержит первый, второй и третий двухвходовые и трехвходовые элементы И, первый, второй и третий триггеры, второй и третий элементы ИЛИ, счетчик и блок выходных ключей, выход которого соединен с вторым выходом генератора, первый вход с выходом первого элемента ИЛИ, а втоюй вход - с первым выходом счетчика, второй выход которого подключен к первым входам первого триггера и второго двухвходового элемента И, третий выход - к первым входам второго триггера, первого и третьего двухвходовых элементов И и третьего элемента ИЛИ, а первый вход счетчика подключен к выходу датчика импульсов к третьему входу многовходового элемента И и к первому входу трехвходового элемента И, второй вход которого соединен с вторым выходом циклического регистра сдвига , третий вход - с выходом равноверо тностного элемента, а выход - с вторым входом первого триггера и первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу датчика импульсов, а второй вход - к второму входу -второго триггера и выходу многовходового элемента И, четвертый вход которого соединен с выходом первого триггера, а п тый вход - с выходом второго триггера, вторым входом

   второго двухвходового элемента И и вторым входом первого двухвходового элемента И, выход которого подключен к второму входу первого элемента ИЛИ, а выход второго двухвходового элемента И соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход

   которого подключен к второму входу датчика импульсов, третий вход которого соединен с третьим выходом генератора и с выходом третьего двухвходового элемента И второй вход которого подключен к выходу третьего триггера, второй вход которого соединен с первым выходом циклического регистра сдвига, а первый вход - с третьи ми входами первого и второго триггеров вторым входом счетчика, четвертым входом датчика импульсов и с первым входом генератора потоков случайных событий, второй вход которого подключен к второму входу циклического регистра сдвига. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 557481, кл. G 06 F 1/02, 1975.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 341156, кл. G 06 F 1/02, 1970.
3. 3.Авторское свидетельство СССР № 551653, кл. G 06 F 1/02, 1975 (прототип ) .