SU836633A1 - Датчик случайных чисел - Google Patents

Description

(54) ДАТЧИК СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ

1

Изобретение относитс  к области вычислительной техники и может быть использовано в качестве специализированной приставки к ЭВМ, а также дл  построени  программно-управл емых генераторов случайных процессов

Известен датчик случайных чисел, содержащий блок пам ти, схемы сравнени , генератор равномерно распределенных чисел, шифратор и логические схемы управлени , при воспроизведении непрерывных законов распределени  tlj.

Известен также датчик случайных чисел, использующий пересчет регул рных импульсов за случайный интервал времени, распределенный по известному закону. Недостатком этого датчика  вл ютс  ограниченные функциональные возможности, так как ис .пользуемый источник случайных интервалов времени не позвол ет получать произвольные законы распределени  2 .

Датчик случайных чисел, содержащий генератор случайных импульсов с управл емой интенсивностью, счетчик импульсов, веро тностный (1,т)-полюсник и блок пам ти,  вл етс  наиболее близким техническим решением к изобретению. Закон распределени  формируемьгх случайных временных интервалов  вл етс  веро тной смесью распределений Эрлинга, с помощью

0 которой может быть воспроизведено произвольное непрерывное распределение . Недостатком датчика случайньпс чисел  вл етс  невысокое быстродействие так как при масштабировании

5 интенсивностей распределений Эрлинга различных пор дков, вход щих в смесь, всегда происходит значительное уменьшение интенсивности выходного потока по сравнению с интенсивностью первичного генератора случайных импульсов.Так как интенсивность ijBHXOAHoro потока случайных временных ин ,тервалов с заданным распределением

;невысока,невысока, и средн   частота получени  случайных чисел,что сужает область применени  датчика случайных чисел рЗ.

Целью изобретени   вл етс  новышение быстродействи  .датчика.

Дл  достижени  поставленной цели в известный датчик случайных чисел, содержащий генератор случайных импульсов , веро тностный (1,т)-полосник ,вьпкод которого соединен со входом блока пам ти,первый выход которого соединен с первым входом первого счетчика импульсов,введены второй и третий счетчики импульсов, генератор счетных им .пульсов,элемент И и группа элементов И, j выход которой  вл етс  выходом датчика, первый вход группы элементов И соединен с выходом второго счетчика импуЛьсов , а второй вход группы элементов И  вл етс  входом датчика и подклчен ко входу веро тностного (l,m)-noлюсника , к первым входам второго и третьего счетчиков импульсов и ко второму входу первого счетчика импульсов третий вход которого соединен с выходом генератора случайных импульсов, а выход первого счетчика импульсов соединен с первым входом элемента И, выход которого подключен ко второму входу второго счетчика импульсов, а второй вход элемента И подключен к выходу третьего счетчика импульсов, второй вход которого соединен со вторым выходом блока пам ти, а третий вход третьего счетчика импульсов соединен с выходом генератора счетных импульсов .

На чертеже приведена структурна  схема датчика случайных чисел.

Он содержит генератор 1 случайных чисел импульсов, первый 2 и второй 3 счетчики импульсов, генератор 4 счетчика 2 импульсов, третий счетчик 5 импульсов, блок 6 пам ти, веро тностный (1,т)-полюсник 7, элемент И 8 и группу.9 элементов И.

Вход датчика случайных чисел подсоединен к первым входам второго 3 и третьего 5 счетчиков импульсов, ко вторым входам счетчика 2 импульсов группы 9 элементов И и к входу запуска веро тностного (1,т)-полюсника 7, выход которого соединен с адресным входом блока 6 пам ти, первый выхрд которого подключен к первому входу счетчика 2 импульсов, а второй выходко второму входу счетчика 5 импульсов . Третий вход счетчика 2 импульсов соединен с выходом генераторл I случайных импульсов, третий вход счечика 5 импульсов подключен к выходу генератора 4 счетных импульсов. Выходы первого 2 и третьего 5 счетчико подключены соответственно к первому второму входам элемента И 8, выход которого соединен со вторым входом счетчика 3 импульсов, к выходу которого подключен через блок 9 выдачи случайных чисел выход датчика случайных чисел.

Рассмотрим основные функции, выполн емые каждым из структурных элементов датчика случайных чисел.

Генератор 1 случайных импульсов служит дл  формировани  потока случаных импульсов ,с известным распределением временных интервалов между импульсами ,

Счетчик 2 импульсов, допускающий установку произвольного начального состо ни , предназначен дл  суммировани  заданного числа импульсов (а следовательно и временных интервалов между импульсами) с выхода генератора 1 импульсов, в результате чего сигнал на выходе счетчика 2 измен ет свое значение.

Счетчик 2 может быть выполнен поразному . Например он может посто нно работать только на вычитание, что обеспечиваетс  введением в него по известным схемам соответствующих управл ющих цепей (переноса, обратных .св зей и т.п.). Поэтому, когда в него заноситс  код п, то с помощью логических схем на выходе этого счетчика может быть сформирован единичный сигнал (потенциал), а именно через п, случайные импульсов интервалов ) от генератора случайных импульсов в счетчике установитс  нуль и элемент И закроетс  запрещающим синалом с выхода счетчика. )

Счетчик 3 импульсов обеспечивает получение цифрового кода случайного временного интервала между моментами изменени  вькодного сигнала счетчика 2 импульсов.

Генератор 4 счетных импульсов служит дл  формировани  потока импульсов , заполн ющих случайный временной интервал между моментами изменени  выходного сигнала счетчика 2 импульсов.

Счетчик импульсов 5 выполн ет функции делител  частоты. При использоваНИИ блока пам ти 6 регистрового типа (когда при вопросе определенного адреса информаци , хран ща с  по этому адресу, посто нно присутствует на выходе блока пам ти 6 до смены адреса),этот счетчик может быть выполнен точно по схеме первого счетчика (т.е. работающим на вычитание ) , но во-первых, на выходе этого счетчика 5 по вл етс  импульсный сиг нал, а во-вторых, этим сигналом обес печиваетс  восстановление кода г счетчике 5. Блок 6 пам ти предназначен дл  хранени  и вьвдачи по запросам кодиро ванной информации в виде управл ющих сигналов, осуществл ющим перестройку внутренних параметров датчика слу чайных чисел. При этом первый выход служит дл  задани  начального соето НИН счетчика 2 случайных импульсов , а втора  группа выходов управл  ет коэффициентом пересчета счетчика 5 импульсов. Управл емый веро тностный (1,т)полюсник 7 обеспечивает случайный вы бор адреса и блока 6 пам ти с требуе мой веро тностью выбора каждого адреса . Элемент И 8 служит дл  управлени  прохождением на счетчик 3 импульсов с выхода счетчика 5 импульсов, заполн ющих случайный временной интервал между моментами изменени  сигнала на выходе счетчика 2 импульсов. Группа 9 элементов И предназначена дл  выдачи на выход датчика случайных кодов с выхода счетчика 3 импульсов. Датчик случайных чисел работает следующим образом. При поступлении на вход устройства импульса опроса этот импульс обе спечивает передачу через группу 9 эле ментов И кода, хран щегос  в счетчике 3, на выход датчика. Одновременно с этим импульс опроса поступает на второй вход счетчика 2 импульсов, на пер вые входы счетчиков 3 и 5 и переводит их в нулевое состо ние, после чего 3a пускает управл емьш веро тностный (1,т)-полюсник 7, вырабатывающий сигнал опроса К-го адреса блока 6 пам ти с заданной веро тностью Е. . С помощью сигналов первой группы разр дных выходов К-го адреса блока 6 пам ти, поступающих на первый вход первого счетчика 2 импульсов, задаетс  его начальное состо ние - код параметра п. На третий вход этого же счетчика с выхода первого генератора I случайных импульсов подаетс  поток случайных импульсов с известными интенсивностью Л. и распределением интервалов между импульсами. Втора  группа разр дных выходов К-го адреса блока 6 пам ти задает код параметра f или (что то же самое) код коэффициента сб, пересчета счетчика 5 импульсов, работающего в делител  частоты. Этот код поступает на второй вход счетчика 5 импульсов , а на третий вход этого же счетчика с генератора 4 счетных импульсов подаютс  сигналы одинаковой частоты f. С началом счета счетчик 2 импульсов выдает на выход разрешающий сигнал , который открывает элементы 8 по его первому входу. На второй вход элемента И 8 поступает поток регул рных импульсов с частотой f, с выхода счетчика 5 импульсов. Этот поток проходит через открытый элемент И 8 на второй вход счетчика 3, в результате чего в счетчике 3 формируетс  код случайного временного интервала, в течение которого открыт по первому входу элемент 8. Предположим, что счетчик 2 работает в резервном режиме, т.е. на вычитание . В этом случае с поступлением на его третий вход Пц -го импульса счетчик 2 переходит в нулевое состо ние , а значение сигнала на его выходе изменитс  на противоположное, В результате этого элемент И 8 закрываетс , а вместе с этим прекращаетс  формирование кода случайного временного интервала в счетчике 3. При использовании пуассоновского генератора 1 с аучайных импульсов распределение случайных временных интер функционировани  счетчика 2 импульсов описываетс  выражением i.-SP (к-) Так как каждому К-му значению пааметра njj соответствует единственное заранее рассчитанное значение часоты fjj заполнени  счетчика 3, то расределение выходного потока случайных исел описываетс  выражением -Vv .tt) SPx ( n,-0l

При этом коэффициенты ot пересчета счетчика 5 наход тс  из соотношени 

к

if

Ь

Повьппение быстродействи  датчика случайных чисел обеспечиваетс  за счет того,что формирование случайных . временных ийтервалов с распределением д, происходит с наибольшей интенсив ностью X генератора 1 случайных -импульсов , а измерение этих интервало и формирование требуемого распределени  случайных чисел происходит с мощью пропорционального изменени  (увеличени ) частоты потока сигнало генератора 4 счетных импульсов. Коэффициент V выигрьша в быстро действии определ етс  следующим образом . Математическое ожидание длительности случайных временных интервало распределенных по закону д , равно .. 2 к г.Р.а математическое ожидание случайных величин, распределенных по закону 1ш п. V г а Рит- м rfpH ,..b.. ЭТОМ U М, Ч: Ql-K К1:Г X 14 Таким образом, технико-экономическа  эффективность предлагаемого устройства определ етс  более высоким быстродействием по сравнению с известными устройствами аналогичного принципа действи , в то же вре м  по сравнению с известными датчиками случайных чисел параллельного принципа действи , реализующих, в частности, метод обратных функций, предлагаемое устройство значительно проще и имеет в 3-5 раз меньший объ пам ти при воспроизведении с одинаковой точностью непрерывных законов распределени . Разр дность формируемых случайны чисел легко измен етс  выбором емкости второго счетчика 3 импульсов, частоты f генератора 4 счетных импульсов и интенсивности . генератор I случайных импульсов, что позвол е

Claims (3)

1. при необходимости дополнительно повысить быстродействие при меньшей точности измерени  и меньшей разр дности выходных случайных кодов, либо повышать точность воспроизведени  непрерывных распределений и разр дность выходных случайных кодов. Формула изобретени  Датчик случайных чисел, содержащий генератор случайных импульсов, веро тностный (1 ,т)-полюсник, выход которого соединен со входом блока пам ти , первый выход которого соединен с первым входом первого счетчика импульсов , отличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи  датчика, он содержит второй и третий счетчики импульсов, генератор счетньпс импульсов, элемент И и группу элементов И, выход которой  вл етс  выходом датчика, первый вход группы элементов И соединен с выходом второго счетчика импульсов, а второй вход группы элементов И  вл етс  входом датчика и подключен ко входу веро тностного (1,т)-полюсника, к первым входам второго и третьего счетчиков импульсов и ко второму входу первого счетчика импульсов, третий . вход которого соединен с выходом генератора случайных импульсов, а выход первого счетчика импульсов соединен с первым входом элемента И, выход которого подключен ко второму входу второго счетчика импульсов, а второй вход элемента И подключен к выходу третьего счетчика импульсов, второй вход которого соединен со вторым выходом блока пам ти, а третий вход третьего счетчика импульсов соединен с выходом генератора счетных импульсов. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 213424, кл.б 06 F 1/02, 1966.
2. 2.Бобнев М. П. Генерирование случайных сигналов. М. , Энерги , 1971, с. 82.
3. 3.Авторское свидетельство СССР 543964, кл. G 06 F 1/02, 1976 (прототип ) .

   Ч,

   N

   ч

   г