ГЕНЕРАТОР ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ Российский патент 1997 года по МПК G06F7/58 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения задающих блоков стохастических вычислительных машин.

Известен генератор (авт.cв. СССР N 1022163, кл. G 06 F 7/58, 1983, Б.И. N 21] псевдослучайных чисел, содержащей генератор тактовых импульсов, регистр сдвига, в цепь обратной связи которого включен сумматор по модулю два, элемент И-НЕ, первый вход которого соединен с его выходом и с тактовым входом регистра сдвига, а второй с его выходом и с тактовым входом регистра сдвига, второй вход элемента И-НЕ подключен к выходу генератора импульсов.

Однако данный генератор формирует псевдослучайные числа взятых случайным образом только из части кольца M-последовательности.

Наиболее близким к изобретению является генератор равномерно распределенных случайных чисел [авт. св. СССР, N 1208779,кл. G 06 F 7/58, 1986, Б.И. N 3] содержащий генератор импульсов, элемент И-НЕ, выход которого соединен со своим входом и входом "сдвиг" регистра сдвига, выход i-го (i-{1,k-1} k число разрядов регистра сдвига) и k-го разрядов которого соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора по модулю два, выход которого соединен с информационным входом регистра сдвига, схема сравнения, генератор линейно изменяющегося напряжения, блок памяти и источник шума, выход которого соединен с информационным входом блока памяти, выход схемы сравнения соединен с вторым входом элемента И-НЕ, выход генератора импульсов соединен с входом "запись" блока памяти и входом генератора линейно изменяющегося напряжения выход которого соединен с вторым входом схемы сравнения.

Недостатком известного устройства является генерирование псевдослучайных чисел только τ/T времени функционирования генератора, где T период следования тактовых импульсов на выходе генератора импульсов, τ случайная длительность импульса на выходе схемы сравнения.

Целью предлагаемого изобретения является разработка генератора последовательностей случайных чисел обеспечивающих одновременное формирование двух последовательностей случайных чисел.

Поставленная цель достигается тем, что в известный генератор псевдослучайных чисел, содержащий генератор импульсов, элемент И-НЕ, выход которого соединен со своим входом и выходом регистра сдвига, выход i-го и k-го разрядов которого соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора по модулю два, выход которого соединен с входом регистра сдвига, схему сравнения, генератор линейно изменяющегося напряжения, блок памяти и источник шума, выход которого соединен с входом блока памяти, выход схемы сравнения, соединен с вторым входом элемента И-НЕ, выход генератора импульсов соединен со вторым входом блока памяти и входом генератора линейно изменяющегося напряжения, выход которого соединен с вторым входом схемы сравнения, введен элемент НЕ, выход которого подключен к первому входу второго элемента И-НЕ и второму входу второго элемента И, выход второго элемента И-НЕ соединен с входом регистра сдвига и со своим вторым входом, на второй вход первого сдвига и со своим вторым входом, на второй вход первого элемента И и на вход элемента НЕ подключен выход схемы сравнения, выходы первого и второго элементов И являются выходными шинами съема двух последовательностей случайных чисел, на первые входы которых подключен выход регистра сдвига.

Новая совокупность существенных признаков заявляемого устройства благодаря использованию дополнительной инверсной случайной последовательности импульсов позволяет формировать одновременно с первой вторую последовательность случайных чисел.

На фиг.1 показана общая структурная схема генератора последовательностей случайных чисел; на Фиг.2- временные диаграммы поясняющие принцип его работы.

Генератор последовательностей случайных чисел (ПОЧ), показанный на фиг. 1, содержит источник 1 шума (ИШ), генератор 2 импульсов (ГИ), блок 3 памяти (БП), генератор 4 линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), схему 5 сравнения (СС), первый 6 элемент И-НЕ, регистр 7 сдвига, сумматор 8 по модулю два, элемент НЕ 9, второй 10 элемент И-НЕ, первый 11 и второй 12 элементы И.

Выход ГИ 2 подключен к входу ГЛИН 4 и второму входу БП 3 на первый вход которого подключен выход ИШ 1, выходы БП 3 и ГЛИН 4 подключены к входам СС 5, выход которой подключен к входу элемента НЕ 9, первым входам элементов И 11 и 12, а также ко второму входу первого элемента И-НЕ 6, выход элемента НЕ 9 является первым входом второго элемента И-НЕ 10, выход которого подключен к своему второму входу и входу РС 7, выход первого элемента И-НЕ 6 подключен к своему первому входу и к входу РС 7, выход которого подключен к вторым входам элементов И 11 и 12, на первый и второй вход сумматора по модулю два 8 подключен i-й и k-й разряд РС 7, выход которого подключен к входу РС 7, выходы элементов И 11 и 12 являются шинами съема выходных последовательностей.

Устройство работает следующим образом.

В момент появления импульсов на выходе ГИ 2 (Фиг.2b) в блоке 2 памяти (Фиг.2c) фиксируется мгновенное значение реализации случайного процесса формируемого на выходе генератора 1 шума (Фиг.2a). В этот же момент времени запускается ГЛИН 4 (Фиг.2d). В момент времени, когда напряжение на выходе ГЛИН 4 превысит напряжение на выходе БП 3, на выходе СС 5 формируется уровень логической единицы (Фиг.2e), который сохраняется до момента поступления следующего импульса с выхода ГИ 2. Таким образом, на выходе СС 5 формируется последовательность импульсов, длительность которых равномерно распределена в интервале [O, T] а на выходе элемента НЕ 9 будет формироваться инверсная последовательность импульсов с тем же законом распределения, что и первая в интервале [O, T] (Фиг.2m). Сформированные импульсы первой и второй последовательностей поступают соответственно на первый и второй входы элемента И-НЕ, которые являются разрешающими для генерации пачек импульсов в первом и втором элементах И-НЕ, которые поступают поочередно на вход РС 7, вследствии чего к моменту окончания пакета импульсов у одного из элементов И-НЕ, являющегося одновременно разрешающим, на первых входах первого 11 и второго 12 элементов И в РС 7 будет формироваться две последовательности псевдослучайных чисел с равномерным законом распределения в кольце M-последовательности (Фиг.2 x, y).

Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает одновременное формирование двух последовательностей случайных чисел при равновероятном законе распределения чисел в кольце M-последовательности.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения задающих блоков стохастических вычислительных машин. Цель изобретения - разработка генератора последовательностей случайных чисел, обеспечивающих одновременное формирование двух последовательностей случайных чисел. Поставленная цель достигается за счет того, что на выходах схемы сравнения 5 и элемента НЕ формируются две последовательности импульсов с равномерным законом распределения в интервале [0,1], где вторая последовательность получена путем инверсии от первой. Произведя заполнение импульсов этих последовательностей более высокочастотными импульсами при помощи двух элементов И-НЕ 6 и 10, число которых равномерно распределено в интервале [0,1], происходит генерация случайных чисел в регистре сдвига 7 с сумматором по модулю 8 два в цепи обратной связи, которые составляют элементы двух равномерно распределенных случайных чисел. 2 ил.

Генератор последовательностей случайных чисел, содержащий источник шума, блок памяти, схему сравнения, генератор линейно изменяющегося напряжения, первый элемент И-НЕ, регистр сдвига, сумматор по модулю два, генератор импульсов, выход которого соединен с первым входом блока памяти и через генератор линейно изменяющегося напряжения с первым входом схемы сравнения, выход источника шума подключен к второму входу блока памяти, выход которого соединен с вторым входом схемы сравнения, выход которой подключен к первому входу первого элемента И-НЕ, выход которого соединен с своим вторым входом и с входом регистра сдвига, подключенным к выходу сумматора по модулю два, первый и второй входы которого подключены к выходам i-го и K-го разрядов регистра сдвига, где отличающийся тем, что в него дополнительно введены второй элемент И-НЕ, первый и второй элементы И и элемент НЕ, выход которого подключен к первому входу второго элемента И-НЕ и первому входу первого элемента И, выход второго элемента И-НЕ соединен с входом регистра сдвига и со своим вторым входом, выход схемы сравнения подключен к первому входу второго элемента И и к входу элемента НЕ, выход регистра сдвига соединен с вторыми входами элементов И, выходы которых являются выходами двух последовательностей случайных чисел генератора.