SU991421A1 - Генератор случайных чисел - Google Patents

Description

(54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЬК НИСЕЛ

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может найти применение при статистическом моделировании в цифровых вычислительных машинах . Известен генератор случайных чисел с заданными законами распределени , содержащий генератор тактовых импульсов, генератор равномерно распределенных случайных чисел, запоминающее устройство, схему сравнени , первую и вторую группы элементов И, дешифратор, регистр. Однако данное.устройство имеет низкое быстродействие, так как р дное случайное число с заданным законом распределени  формируетс  в течение m тактов. Известен также генератор, содержащий датчик равномерно распределенных случайных чисел, запоминающее устройство, схемы сравнени , триггеры , cxeNw совпадени ,- выходное устройство Данное устройство позвол ет получать случайные числа с заданным зако ном распределени  за один такт работы датчика, но имеет высокую сложнос Наиболее близким техническим реше нием к изобретению  вл етс  генератор случайных чисел, содержащий генератор равномерно распределенных случайных чисел, генератор тактовых импульсов, регистр признака опроса, первый и второй входы которого соединены с выходом генератора равномерно распределенных случайных чисел и со вторьам выходом генератора тактовых импульсов соответственно/ а первый выход генератора тактовых импульсов подключен к входу генератора равномерно распределенных случайных чисел, ассоциативное запоминающее устройство, индикаторное устройство, логический блок, состо пщй из элементов И и ИЛИ, выходное устройство, причем выход регистра признака опроса соединен со входом ассоциативного запоминающего устройства, перва  и втора  группы выходов которого подключены к первой и третьей группам входом индикаторного устройства соответственно , а втора  группа входов индикаторного устройствасоединена с третьим выходом генератора тактовых импульсов., первый выход каждого индикатора индикаторного устройства соединен через соответствующие элементы И и ИЛИ логического блока с одним из входов выходного устройства, второй выход каждого индикатора подключен к первому входу соответствующего элемента ИЛИ логического блока, а третий выход индикатора соединен со вторым входом элемента И предшествующего разр да, четвертый выход генератора тактовых импульсов подключен к первому входу выходного ycтpoйcтвafЗf Однако известный генератор имеет низкое быстродействие, так как в каж дом такте дл  формировани  одного случайного числа необходимо совершит последовательно р д действий, таких как установка в исходное состо ние/ индикаторного устройства и запуск генератора равномерно распределенных случайных чисел, формирование токов опроса ассоциативного запоминающего устройства, выполненного на ферритовых сердечниках, чтение из выходного устройства по сигналу, сформированному в логическом блоке случайного числа. Кроме того, известное устройство имеет высокую сложность, роскол ку содержит индикаторное и выходное устройства. Цель изобретени  - повышение быст родействи  генератора случайных чисе путем устранени  непроизводительных затрат времени на установку в нужное состо ние индикаторного устройства и чтени  случайного числа из выходного устройства, а также сокращение аппаратурных затрат. Поставленна  цель достигаетс  тем что в генератор случайных чисел, содержащий генератор тактовых импульсов , первый выход которого соединен С входом генератора равномерно распроделанных случайных чисел, блок па м ти , введены стохастический преобразоватёль и группа элементов И, выходы которых  вл ютс  выходом генера тора, выход генератора равномерно распределенных случайных чисел соеди нен с входом блока пам ти, перва  и втора  группы выходов которых соединены соответственно с первой и второй группами входов стохастического преобразовател , выходы которого соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы, вторые входы которых соединены с вторым выходом генератора тактовых импульсов, первый и второй входы которого  вл ютс  соответственно входами Пуск и Стоп генератора, выход блока пам ти соединен с входом блока элементов И. Кроме того, стохастический преобразователь содержит элемент И, две группы элементов И и три элемента ИЛИ, выходы которых  вл ютс  выходами преобразовател , первые входы эле ментов Н и элементов И первой и второй групп образуют первую группу входов преобразовател , вторую группу входов котррого образуют вторые входы элемента И, элементов И первой и второй групп и первые входы элементов ИЛИ, выход элемента И соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выходы элементов И первой группы соединены с соответствующими входами, кроме первого, второго элементаИЛИ, выходы элементов И второй группы соединены с соответствующими , входами, кроме первого, третьего элемента ИЛИ. , На фиг. 1 приведена блок-схема генератора; на фиг. 2 - блок пам ти; на фиг. 3 г- стохастический преобразователь . Генератор случайных чисел содержит генератор 1 тактовых импульсов, генератор 2 равномерно распределенных случайных чисел, блок 3 пам ти, блок 4 кодировани , группу 5 элементов И, входы 6 и 7, группу выходов 8. Блок пам ти (фиг. 2) содержит группу 9 регистров, группу 10 схем сравнени , вход 11,- первую 12 и вторую 13 группу выходов. Блок 4 кодировани  (фиг. 3) содержит группу 14 элементов И, группу 15 элементов ИЛИ, первую 16 и вторую 17 группы входов,группы выходов 18. Генератор случайных чисел работает следующим образом. После поступлени  сигнала Пуск на вход б происходит запуск генератора 1 тактовых импульсов, который формирует две серии сдвинутых друг ртносительно друга импульсов. В моменты времени, задаваемые сигналами с первого выхода генератора 1 тактовых импульсов, генератор 2 вырабатывает равномерна распределенные в диапазоне (О, 1) случайные числа . . Эти числа поступают на вход блока 3 пам ти, который предназначен дл  хранени  ассоциативных признаков и сравнени  этих признаков с числами По сигналам с выхода блока 3 пам ти в блоке 4 кодировани  формируютс  случайные числа с заданным законом распределени , которые в моменты времени , задаваемые сигналами, со второго выхода генератора 1 тактовых импульсов , через группу 5 элементов И поступают на выход генератора. В качестве ассоциативных признаков в блоке 3 пам ти используютс  значени  заданной функции распределени  F(x). Блок 3 пам ти (фиг. 2) состоит из группы 9 регистров и группы 10 схем сравнени . Группа 9 регистров предназначена дл  хранени  ассоциативных признаков (значений заданной функции распределени ) при этом в первом регистре В записано значение F (0,5) функции распределени , во втором 9 и третьем 9з регистрах-соответственно F (0,25) и F (0,75),. в регистрах 9, 9 , 9(, и 9-J - соответственно F (ОД25),- F (0,375), F (0,625)   F (0,875) и т.д. Другими словами, в первом регистре 9 хранитс  значение функции расг пределени , подсчитанное на середине интервала (0,1), т.е. F (0,5), во втором и третьем регистрах - значени  F(x), подсчитанные соответствен .но на середине интервалов (0,05) и (0.5,1), т.е. F (0,25) и F (0,75), в регистрах 94 f 9, 9 и 9, - значени  F(x), подсчитанные на середине интервалов (0,0.25), (0.25, 0.5), (0.5, 0.75) и (0.75, 1) соответствен но, т.е. F (0.125), F (0,375), F (0,625), и F (0,875) и т.д. При этом емкость блока 3 пам ти равна п , где m - разр дность формируемых случайных чисел с заданным законом распределени . При поступлении на вход 11 блока 3 пам ти равномерного распределенного случайного числа происходит сравнение этого числа со всеми значени ми F(x,) функции распределени  одновременно. При этом, если 7/ F() то на пер вом выходе i-ой схемы сравнени  10 по витс  единичный сигнал Ц 1, а на втором выходе схемы сравнени  10: будет нулевой сигнал Ъ- 0. Аналогично, при F(XJ) на первом выходе 12 i-ой :хемы сравнени  будет нулевой сигигш Ц- О, а на втором выходе единичный сигнал Ь 1. Очевидно, выходы и 13{ инверсны по отношению друг к другу. Выходы 12 блока 10 схем срав нени  образуют первую группу выходов ассоциативного запоминающего устройства 3, а выходы вторую группу выходов. Сформированные таким образо сигналы и li поступают на входы блока 4 кодировани . Влок 4 кодировани  (фиг. 3) содержит группу 14 элементов И и группу 15 элементов ИЛИ. При поступлении на его входы сигналов Ь и Ь; блок -4 формирует случайное число с заданным законом распределени . Первый выход 18 блока 4 соединен непосредственно с первым входом 16 . Если перва  группа 16 входов блока 4 соединена с первой группой выходов блока 3 пам ти , единичный сигнал на выходе 18 по витс  только в том случае, если сигнал К 1, т.е. если 7/ F(x) F (0,5). Так происходит формирование первого (старшего) разр да случа ного числа с заданным законом распре делени . . На втором выходе 1.8 блока 4 (на выходе элемента 15, ИЛИ) единичный сигнал по витс  только при что следует из схемы блока 4,,приведенной на фиг. 3. Но Ь 1 ecjiH равномерно распределенное случайное число попало в интервал Р(Х4) F(0,25) : F(xJ F (0,5) или в интервал 1. F(}J,,) F (0,75). Поэтому второй разр д фop iиpyeмoгo случайного числа с заданным законом распределени  примет единичное значение только при попадании Ч в назван:ные интервалы, что и необходимо дл  правильной работы предлагаемого генератора случайных чисел. Аналогично формируютс  и осталвные разр ды случайного числа с заданным законом распределени . | .. П 1 и м е р. Пусть генератор 2 равномерно распределенжлх случайных чисел Сформировал число , которое удовлетвор ет следукивдм услови м F(9/16) i F (10/16-). Учитыва , что фукнци  распределени  F(x) неубывающа , имеем, что сигнал Ц 1, так как (0,5), а сигналы Ь 1 и Ьз О, так как / F (0,25) и F (0,75). Аналогично Ь bg 1, bfe О, be b b b«. 1 b b 0 , где сигналы с первой ; группы выходов ассоциативного запоминакнцего устройства, поступающие напервую группу входов 16 блока 4. Отсюда имеем, что первый разр д формируемого случайного числа равен единице, так как единичный сигнал Ь; 1 происходит непосредственно на выход 18 блока 4. Очевидно, второй разр д случайного числа равен нулю, так как сигналы Ь , Ъ и bj , поступающие на входы элементов И и 1 ИЛИ, равны Ь Ь О, Ь 1. Аналогично на выходе элемента 15;. ИЛИ будет сформирован нулевой сигнал, так как сигналы, поступающие на входы элементов . И, , И и 15а ИЛИ, равны Ъ Е Ь Ь О и Ц t b Т. Наконец, на выходе элемента 15 ИЛИ будет сформирован единичный сигнал, так 4 Jn 4 0. Ч Ч Ь, bg b l 1. Здесь сигналы со второй (инверсной)группы пы выходов ассоциативного запоминающего устройства 3, йоступающие на вторую группу входов 17 блока 4. Таким образом, на выходах блока 4 будет сформирован код 1001. Будем считать, что зап та  в случайном числе фиксирована перед старшим разр дом. Тогда на выходах предлагаемого генератора случайных чисел будет сфорлмровано число 0,1001 9/16, что соответствует исходным данным. При поступлении сигнала на вход 17 предлагаемый генератор заканчивает свою работу. Рассмотрим, как достигаетс  пог ставленна  цель - повтаение быстродействи  и сокращение аппаратурных затрат. В известном устройстве случай ное число с заданным законом распределени  формируетс  в течение одного такта, причем каждый такт состоит из

трех микротактов. В первом микротакте по сигналам с выходов генератора тактовых импульсов фoplvlиpyeтc  равномерно распределенное число и происходит установка в исходное состо ние индикаторного устройства. Во втором микротакте случайное число /i заноситс  в регистр, который выра- батывает импульсы токов опроса, под действием которых происходит сравнег ние числа с ассоциативными признаками , хран щимис  в ассоциативном запоминающем устройстве (АЗУ). Кроме того, во втором микротакте по сигналам с выходов АЗУ индикаторное устройство переводитс  в нужное состо ние В третьем микротакте по сигналам,сформированным в логическом блоке, происходит чтение из рабочей части АЗУ случайного числа с заданным законом распределени . Заметим, что все названные микротакты следуют друг за другом последовательно, без перекрытий.,

1.

В данном генераторе равн мерно распределенное случайное число сра ЗУ подаетс  на I рходы АЗУ, в котором происходит одновременное сравнение числа с ассоциативными признаками . Через врем , равное времени срабатывани  комбинационной cxeNta сравнени , выходе АЗУ по в тс  сигналы Ц и Ь , которые поступают в блок 4,  вл ющийс  двухуровневой комбинационной схемой. С выходов блока 4 случайное число с задгшным законом распределени  поступает через блок 5 элементов И непоср дственно на выход устройства. Таким образом, в предлагаемом устройстве в отличие от известного отсутствуют потери времени на формирование токов опроса, уста- . новки в исходное и нужное состо ние индикаторного устройства, чтение из пам ти чисел, что и позвол ет повысить скорость формировани  случайных чисел с заданным законом распределени  не менее чем в 1,5 раза.

Сравнение известного и предлагаемого генераторов показывает, что в последнем отсутствуют такие блоки, как регистр признака опроса, индикаторное устройство и рабоча  часть АЗУ (выходное устройство), которое /тужит дл  хранени  случайных чисел с заданным законом распределени . Суммарна  сложность блока формировани  случайных чисел и блока элементов И примерно равна зложности логического блока, который используетс  в известном устройстве в качестве дешифратора адреса рабочей части АЗУ Кроме того, в известном устройстве используетс  АЗУ на ферритовых сердечниках , которое сложно в изготовлении и эксплуатации. В предлагаемом устройстве АЗУ может быть реализ ова-т

но в интегральном исполнении ввиде БИСа. Поэтому использование предлагаемого устройства позволит резко сократить аппаратурные затраты по сравнению с известным при ганерировании случайных чисел с заданным законом распределени  без снижени  функциональных возможностей.

-..

Использование новых элементоЪ

блока формировани  случайных чисел и блока элементов И выгодно отличает предлагаемый генератор случайных чисел от известного, так как позвол ет повысить скорость формировани  случайных чисел и уменьшить аппаратурные затраты на изготовление генератора .

изобретени 

Claims (2)

1.Генератор случайных чисел, содержащий генератор тактовых импульсов , первый выход которого соединен с входом генератора равномерно распределенных случайных чисел, блок пам ти, отл и ч а-ющи и с   тем что, с целью повышени  быстродействи , он содержит стохастический преобразователь и группу элементов И выходы которых  вл ютс  выходом генератора , выход генератора равномерно распределенных случайных чисел соединен с входом блока пам ти, перва  и втора  группы выходов которого соединены соответственно с первой

и второй группами входом стохастического преобразовател , выходы которого соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы, вторые входы которых соединены с вторым выходом генератора импульсов, певый и второй входы которого  вл ютс  соответственно входами Пуск и Сто генератора, выход блока пам ти соединен с входом блока элементов И.

2.Генератор по п. 1, отличающийс  тем, что стохастический преобразователь содержит элемент И, две группы элементов И и три элемента ИЛИ, выхода которых  вл ютс  выходами преобразовател , первые входы элемента И и элементов И первой и второй групп образуют первую группу входов преобразовател , вто ,рую группу входов которого образуют вторые входы элемента Я, элементов И первой и второй групп и первые , входы элементов ИЛИ, выход элемента И соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выходы элементов И пер вой группы соединены с соответствующими входами, кроме первого, второго элемента ИЛИ, выходы элементов И

второй -группы соединены с соответствующими входами, кроме первого, третьего элемента ИЛИ.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 378826, кл, G Об F 7/58, 1971.

свидетельство СССР Об F 7/58, 1966.

свидетельство СССР

Об F 7/58, 1971 (про