SU991422A1 - Генератор случайных чисел - Google Patents

Description

(54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано автоматических системах с переменными параметрами, измен ющимис  по случайному закону.

Известно устройство, содержащее генератор шума, ключ, блок дифференцировани , анализатор знака и RS-триггер с установочными R и S входами. В генераторе напр жение шума через ключ и блок дифференцировани  поступает на вход анализатора знака, поочередно формирующего сигналы на двух выходах. Выходные сигналы анализатора подаютс  на установочные входы триггера, переключа  егослучайным образом в состо ни  логической 1 или О.

Таким образом, генератор формирует кодовые комбинсщии из 1 и О случайных двоичных чисел только с равномерным законом распределени , при котором числа смежных, т.е. следующих непосредственно друг за другом, кодовых комбинаций могут повтор тьс 

1 Недостатком генератора  вл етс 

невозможность формировани  равно- веро тных случайных чисел без их повторени  в смежных комбинаци х.

что не позвол ет использовать генератор в системах с об зательной сменой случайного параметра от периода к периоду их работы, т.е. в системах в которых повторение одного и того же режима работы не допускаетс .

Известен также генератор, содержащий датчик случайньк чисел, распределенных по случайному закону, блок

10 параллельного сравнени  чисел, блок триггеров, блок ввода заданной функции распределени , блок совпадени , блок вычислени  функции распределени , блок пам ти, блок оценки дис15 персии, блок сравнени  и выходной блок 2.

В этом устройстве случайные числа , вырабатываемые датчиком случайных чисел, распределенных по равно20 мерному закону, сравниваютс  с числами узловых точек заданной функции распределени , определ етс  граница между возбужденными и невозбужденными част ми выходов блока срав25 нени  и затем возбуждаютс  соответствующие выходные элементы выходного блока, определ ющие в результате участок функции распределени , в пределс1Х которого оказалось в данный 30 момент времени случайное число, распределенное по равномерному закону. На выходе выходного блока получаютс  случайные числа,- соответствук дие заданной функции распределени . Однако числа, вырабатываемые датчиком случайных чисел, могут повтор тьс  в некоторых смежных комбинаци х , при этом также будут повтор ть с  случайные числа на )зыхрде устройс ва. Наиболее близким техническим реше нием к изобретению  вл етс  генерато случайного процесса,содержащий управл емые датчики потоков случайных и мпульсов, количество которых равно числу состо ний выходной цепи,группу элементов И, шифратор, регистр пам ти, элемент. ИЛИ, блок задани  длительности испытани , блок управлени , регистр адреса и блоки пам ти , причем каждый датчик потоков включает соединенные последовательно генератор случайных импульсов, веро тностный многополюсник с импульсами выходов, группу элементов Ии эле мент ИЛИ. . Работа генератора основана на проведении исследовательских случайных испытаний одновременного отпирани  элементов И группы с последующей фиксацией номера элемента И группы, через -который прошёл первый с момента началаиспытани  импульс датчиков потоков. Содержаща с  в генераторе обратна  св зь о выхода генератора на управл ющие входы датчиков потоков через блок управлени , регистр адреса и блоки пам ти обеспечивает управление веро тностными : характеристиками выходных случайных чисел и исключает повторение чисел в смежных циклах. Таким образом,дл  устранени  повторени - смежных чисел используетс  принцип, заключающийс  в определении номера управл емого датчика случайных импульсов, сработавшего первым в данном цикле испытаний , и в выключении этого датчика в,последующем цикле формировани  слу чайных чисел.,Дл  реализации такого принципа требуютс  управл емые датчики случайных импульсов и блоки пам ти в количестве, равном числу допустимых выходных кодовых комбинаций , а также такие составл ющие, как шифратор, блок управлени  и регистр адреса З. Недостатком генератора  вл етс  сложность и невысока  надежность ь: вследствие применени  большого числа управл емых датчиков случайных импул сов и блоков пам ти, а также наличи  таких составл ющ11х, содержащих большое количество электррэлементрв, как шифратор, блок управлени  и регистр адреса. Цель изобретени  - упрощение и повышение надежности генератора. Цель дootиj aeтc  тем, что в генератор случайныхчисел, содержащий генератор тактовых импульсов, генератор случайных.импульсов, блок элементов И, введены два элемента И-НЕ, элемент ИЛИ-НЕ, два счетчика, дешифратор и RS-триггер, R-вход которого  вл етс  входом генератора, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом первого элемента И-НЕ и с синхронизирующим входом дешифратора, выход которого соединен с S-входом К5-триггера,0выход которого соединен с вторым входом первого элемента И-НЕ, выход которого соединен с первым входом, элемента ИЛИ-НЕ и со счетным входом первого счетчика, кодовыйвыход которого соединен с информационным входом блока элементов И, выход KQ Tofspro  вл етс  выходом генератора, вь1хЬд генератора случайных импульсов соединен с первым входом второго элемента И-НЕ, выход которого- соединен со вторым входом элемента ИЛИ-НЕ, выход.которого соединен со счетным, входом второго счетчика, кодовый выход которого соединен с информа- . ционным входом дешифратора,g -выход ЙЗ-триггера соединен со вторым входом второго элемента И-НЕ и с управл ющим входом блока элементов И. Сущность работы генератора заключаетс  в том., что в каждый период работы генератора сначала формируют вспомогательное случайное равноверо тное число, которое может принимать все значени , например от О до А-1, а затем суммируют его, прибавл   при этом единицу, по модулю А+1, с выходным числом генератора, :сформированным в предшествующий период его работы, и результат суммировани  выдают на выход, дл  чего в генератор введены два счетчика импульсов, дешифратор и RS-триггер с их св з ми. В результате генерируютс  случайно равноверо тные числа, которые могут принимать все значени  от О до А без повторени  в смежных периодах. На чертеже представлена функциональна  схема устройства. ГенераторJслучайных чисел содержит генератор 1 случайных импульсов, элементы 2 И-НЕ, 3 ИЛИ-НЕ, счетчик 4, дешифратор 5, RS-триггер 6, генератор 7 тактовых импульсов, элемент 8 И-НЕ, счетчик 9, блок 10 элементов И. Счетчик 4 осуществл ет счет по модулю Л, счетчик 9 по модулю А4-1. Работа генератора случайных чисел заключаетс  в,следующем. В исходном состо нии до поступлени  на вход генератора .импульса запуска RS-триггер 6 находитс  в первом состо нии, при котором эл.емент.

8 И-НЕ выключен, а элемент 2 И-НЕ и выходной коммутатор 10 включены. Импульсы генератора 7 на входы счетчиков 4 и 9 не поступают, счетчик 9 находитс  в статическом состо нии, и сигнал с выходов исех его разр дов в виде комбинации логических О и 1 кодирующий двоичные числа от О до определенного значени  А, поступает через блок 10 элементов И на выход генератора.

Генератор 1 случайных импульсов непрерывно выдает последовательность импульсов со случайным периодом сле .довани . Элемент 2 И-НЕ сигналом, поступающим с RS-триггера 6, включен и импульсы с выхода генератора 1 че ,jpe3 элементы 3 ИЛИ-НЕ и 2 И-НЕ постулают на счетный вход счетчика 4 импульсов, с помощью которого осуществл етс  подсчет числа слу- . чайных импульсов по модулю А. За ; достаточно большой интервал времени в счетчике 4 формируютс  коды случай ных равноверо тных чисел, которые могут принимать все значени  от О до А-1.

При поступлении импульса запуска триггер б переключаетс  во второе состо ние, при котором элемент 2 И-НЕ выключен, а элемент 8 И-НЕ включен, и счетные входы счетчиков 4 и 9 импульсов подключаютс  к выходу генератора 7 тактовых импульсов. Кроме того, при переключении триггера б на врем  формированИ  в счетчике 9 очередной выходной кодовой комбинации выключаетс  блок 10 элементов И. В счетчике 4 будет записан код двоичного случайного равноверо тного числа в пределах от О до А-1.

Счетчики 4 и 9 импульсов могут измен ть свои состо ни  при одинаковых , например отрицательных, перепадах их входных сигналов, причем на вход счетчика 9 тактовые импульсы поступают с выхода элемента 8 И-Н непосредственно, а на вход счетчика 4 - через элемент 3 ИЛИ-НЕ, поэтому счетчики срабатывают в разные полупериоды тактовы импульсов. В счетчик 9 записываетс  логическа  1 каждый раз при переключении триггера 6 после поступлени  запускающего импульса в первый полупериод тактовых импульсов.

Кроме того, на вход этого счетчика поступ т счетные импульсы с генератора 7 тактовых импульсов, количество которых равно числу, записанному в счетчике 4 в момент прихода запускающего импульса, которое может быть в пределах от О до А-1. Дл  этого при установке в процессе счета тактовых импульсов нулевого кода в счетчике 4 в следующем полутакте с помощью дешифратора 5 нулевого кода, синхронизированного тактовБоми импульсами генератора 7, вырабатываетс  сигнёш во втором полутакте тактовых импульсов, переключающий RS-триггер б в первое состо ние и прекращающий поступление счетных 5 импульсов на вход счетчика 9 импульсов .

Устройство переходит в исходное состо ние.

Блок 10 включаетс , и нова  кодо0 ва  комбинаци  со счетчика 9 выдаетс  на выход генератора. Таким обра .зом, новое число устанавливаетс  на выходе генератора1 через некоторое врем  At Со,5 + аи)- Т после за5 пускающего импульса, где aj, - число, устанавливающеес  в счетчике 4 при поступлении запускающего импульса в рассматриваег-ый п-период работы генератора (п 0, 1, 2,... , Т-пери01 од тактовых импульсов. Это новое .число равно сумме по модулю А-И числа , сформированного в предшествующий п - 1 период, которое может принимать все значени  от О до А,

5 числа а, которое может принимать все значени  от О до А-1, и 1. Поэтому вновь сформированное число не может быть равно предшествук цему числу...

Q Действительно, эти смежные числа могут повторитьс , если к первому из них по модулю А+1 прибавить О или А+1, а так как в генераторе каждый раз добавл ютс  случайные числа, принимающие значени  только от 1 до А, то повторение смежных чисел исключаетс .

Предлагаемый генератор случайных чисел  вл етс  по сравнению с известным более простым и надежным, так как

0 содержит гораздо меньшее количество электроэлементов, которые при этом имеют более узкую номенклатуру и серийно выпускаютс  промышленностью, например ИМС серии 133, причем ука5 занный эффект достигнут не за счетизвестных инженерных методов проектировани  схем, а в результате реализации нового принципа формировани  равноверо тных случайных чисел без

0 повторени  в смежных периодах.

Экспериментальна  проверка генератора случайных чисел подтвердила правильность найденного технического решени . Расчеты, проведенные сов

5 местно с отделом надежности предпри ти  - за вител  дл  случа  формировани  б различных двоичных комбинаций , дали следующий результат: надежность повышаетс  не менее чем в

5 раз, причем это повьишение возрастает с увеличением числа выходных комбинаций .

Claims (3)

1.Авторское свидетельство СССР t5 697990, кл. G Обг 7/58, 1978.

2.Авторское свидетельство СССР 744533, кл. G 06 F 7/58, 1978.

3.Авторское свидетельство СССР 744532,кл.С Об F 7/58, 1978 (прото20 тип;.