Устройство для формирования случайных и псевдослучайных чисел Советский патент 1983 года по МПК G06F7/58 

3. Устройство ПОП.1, о ТЛ и чающееся тем, что Ьлок анализа контроля содержит три счетчика и две группы по три в каждой триггеров , нулевые входы которых объединены между собой и с установочными входами счетчиков и являются, входом Установка блока, единичные входы триггеров первой группы подключены ксчетным входам соответствуйщих счетчиков и являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока, а выходы счетчиков подключены к единичным входам соответ:сТвующих Триггеров второй группы, выходы триггеров обеих групп об.разуют группу выходов блока.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВА ЕШЯ СЛУЧАЙНЫХ И ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ, содержащее г нератор случайных чисел, группа выходов которого соединена с группой входов .блока элеMeHtoB И соответственно, вход которого йвляется управлякнцим входом . устройства, а группа выходов блока элементов И соединена с группой входов генератора псевдослучайных чиdeл-соответственно, группа вшгодов которого, является первой группой выходов устройства,, вход синхронизацйИ генератора псевдослучайнйх Чисел подключен к выходу генератора тактовых иушулвсов, о т л и чающее тем, что, с целью побыше ния надежности оно содержит два блока индикации сбоя, два элемента ИЛИ даа элемента И, элемент НЕ-Й, два делителя частоты, два йлетвайта задержки и блок анализа контроля, первый вход которого подклю 1ен к выходу первого элемента И, вход Которого подключен k выходу первого делителя частотй, а второй вход первого элемента И подключен к выходу первого элемента ИЛИ, входы которого подключены к группе выходов первого блока индикации сбоя соответственно, группа входов . которого подключена к группе выХодов генератора псевдослучайных чисел и входам элемента НЕ-И соответственно , выход которого «подключен к входу Установка генератора псевдослучайных чисел и второму входу блока анализа контроля, вход Установка которого являемся входом Установка устройства, второй группой в з1ходов которого является группа выходов блока анализа контроля, третий вход которого подкл10чен к выходу второго элемента И, . первый вход которого подключен к выходу второго де/1Ителя частоты, а второй вход второго элемента И подключен к выходу второго элемента ИЛИ, входы которого подключены к группе выходов второго блока инг дикации сбоя соответственно, группа входов, которого подключена к групО) пе выходов генератора случайных исел соответственно, выход генера.тора тактовых импульсов подключен к входам обоих делителей частоты, выходы которых соответственно через первый и второй элементы задержки подключены к входам Установка первого и второго блоков индикации сбоя, 2. Устройство по П..1, о т л и го кэ чающееся тем, что каждый блок индикации сбоя содержит груп- i пу триггеров, группу сумматоров по I СП модулю два: и группу элементов заNd де{эжки, входы которых подключены к пёрВЁВЛ входам соответствующихсумматоров .по модулю два группы и являются группой Входов блока, вьпсоды элементов задержки груНпы подключены к вторым входам соответствующих сумматоров по модулю два группы, выходы которых подключены к нулевым входам соответствующих триггеров группы, единичные входы которых , объединены и являются, входом Установка блока, группой выходов которого являются выходы триггеров группы.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может найти применение при статическом моделировании в электронных вычислительных машинах. Известен генератор псевдослучайных чисел, содержащий регистр сдвига со схемой линейной обратной св.язи, тактовый генератор, счетчик с переменным коэффициентом счета, КЗ-триггер/ элемент совпадения, kOM мутатор режимов, переключатель режимов, формирователь импульсов 1 Недостатками такого генератора являются отсутствие возможности генерирования случайного процесса/ а также ограниченные функции контроля и невозможность устранения сбойных ситуаций. Наиболее близким техническим решением к предложенному является генератор, содержащий генератор сзлучайных чисел, блок элементов И, генератор псевдослучайных чисел, состоящий из первого и второго блоков сумматоров по модулю два и регистра сдвига, блок управления, включающий в себя переключатель, и блок сопряжения t . Недостатком прототипа является недостаточная надежность работы устройства, возможность невосстановимого сбоя в режиме формирования псевдослучайных чисел, т.е. обнуление генератора псевдослучайных чисел, из состояния которого он самостоятельно выйти не может, отсутствие элементов контроля работоспособности генератора случайных чисел и генератора псевдослучайных чисел Цель изобретения - повышение надежности устройства. . Поставленная цель достигается те что в устройство для формирования случайных и псевдослучайных чисел, содержащее генератор случайных исел, группа выходов которого соединена с группой входов блока элементов И соответственно, бход кото рого является управляющим входом устройства, а группа выходов блока элементов И соединена с группой входов генератора псевдослучайных чисей соответственно, группа выходов которого является первой группой йыходов устройства, вход синхронизации генератора псевдослучайных ЧиЬел подключен к Выходу генератора тактовых импульсов, введены первый и второй блоки индикации сбоя, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элементы И, элемент НЕ-И, первый и второй делители частоты, первый и второй элементы задержки и блок анализа контроля, первый вход которого подключен к выходу первого элемента И, первый вход которого подключён к выходу первого делителя частоты, а второй вход первого элеМенТа И подключен к выходу первого элемента ИЛИ, входы которого подключены к группе выходов первого блока индикации сбоя соответственно, группа входов которого подключена к группе выходов генератора псевдослучайных чисел и Bxd«Дам элемента соответственно, выход которого подключен К входу Установка генератора псевдослучайных -чисел и второму входу блока анализа контроля, вход Установка которого является входом Установка устройства, второй группой выходов которого является группа выходов блока анализа контроля, третий вход которого подключен к выходу второго элемента И, первый вход koторого подключен к выходу второго делителя частоты, а второй вход второго элемента И подключен к выходу второго элемента ИЛИ, входы которого подключены к группе выходов второго блока индикации сбоя соответственно, группа входов которого подключена .к группе выходов генератора случайных чисел соответственно, выход генератора тактовых импульсов подключен к входам первого и второго де;Лителей частоты, выходы которых соответственно через первый и второй элементы задержки подключены к вхоДам первого и второго блоков индика ции сбоя. . . К|1ждый блок индикации сбоя соДбр жит группу триггеров, группу суммато ров по модулю два к группу элементов задержки, входы который подключены к первым входам соответствующих с галматоров.по модулю два группы и являются группой входов блока, выходы элементов задержки группы подключены к вторьм входгш соответствугацих сумматоров tio модулю два группы, выходы которых подключены к йулевыи входам соответствующих триггеров Г1 уппы/ единичные входы которых объединены и являются входом Установка блока, rpjTinoft выходов которого являются выходы триггеров группы. . Креме того, блок анализа комт1роя содержит три счетчика и две группы по три и, кажяоЛ триггеров, нулевые В.ХОДЫ кбторых объединены междУ собой и с устано&очньячи входами с 1етчиков и являются входой Установка блока, единичные входы триггеров первой группы подключены к счетньм входсц соответствующих счетчиков и являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока, а выходы счетчиков подключены к едйничньм входгил соответствующих триггеров втЪрой группы, выходы триггеров обеих Групп образуют группу вы,ходов блока. На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 - схема блока индикации сбоя; на фиг.З - схема блока анализа контроля. Устройство содержит генератор 1 случайных чисел, блok 2 элементов И генератор 3 псевдослучайных чисел, гейёратор 4 тактовых импульсов блок 5 анализа контроля, первый эле мент б И, первый 7 делитель частоты пер&ый эл&Леаг 8 ИЛИ, первый блок 9 индикации сбоя, элемент 10 НЕ-И, вт рой элемент 11 И, второй делитель 1 частоты, второй 13 элемент ИЛИ, второй блок 14 индикаций сбоя, первый элемент 15 задержки, второй . элемент 16 задержки, вьЬсоды 17 и 18 вход 19.. Каждый блок индикации сбоя соде{ жит элементы 20 задержки, суым&чора 21 по модулю два, тригге : 22 дходЁл 23, 24 и 25, выходы 26, 27 и 28, вход 29.. Блок айализ контроля содержит, вход 30, триггеры 31-36, счетчики 3 39, входыi-40-42, выходы 43-48 . Устройство может работать в дву1С режимах: режиме формирования псевдослучайных чисел (для этого на вход 19 управления СЧ-ПСЧ необходимо подать сигнал О) и режиме формирования случайных чисел (для этого на вход 19 управления СЧ-ПСЧ необходимо подать сигнал ). Генератор 1 случайных; чисел вырабатывает равномерно распределен-, ные случайные числа. Блок 2 элементов И служит для подключения выходов генератора 1 случайных чисел к входгм генератора 3 псевдослучайных чисел и содержит набор двухвходовых элементов И, на первые входы которых подается :;игнал с входа 19 управления СЧ-ПСЧ, а на вторые входы подаются сигналы i; выхода генератора 1 случайных чигел. : - Генератор 3 псевдослучайных чисел выполнен на основе регистра сдвига . с сумматорами по модулю два в цепях ; обратных связей. При работе устрой-. ства в режиме фо хлирования случайных чисел случайные сигналы, пойтупающие из генератора 1 случайных чисел смешиваются с псевдослучайными сигналами генератора 3 псевдослучайных чисе.л, улучшая при этом свои статистические ха1 актеристик11. Гене1 атор 4 тактовых пушульсов предназначен для синхронизации работы устройства. Первый делитель частоты 7, выра- батывакхций управляющие сигналы для контроля генератора 3.псевдослучайных чисел, настраивается на интервал времени m-fl. Так как на выходе генератора 3 псевдослучайных чисел: при исправной работе не может появиться более m сигналов ч «ли т-1 сигналов О подряд, то выявление этих ситуаций говорит о неисправности генератора 3 псевдо.случайных чисел. Второй делитель частоты 12, вырабатывающий управляющие сигналы для контроля генератора 1 случайньос чисел, настраивается на интервал времени n-fl. в режиме формирования случайных чисел чрезмерно болььше пачки п одинаковых символов могут привести к значительным погрешностям статистического моделирования. Иифо|(аци:я о наличии подобных ситуаций во время работы устройства будет полезна для пользователя. Блоки д и 14 индикаторов сбоя предназначены для анализа сигналов с Ж2ХОДОВ генератора 1 случайных чиСеЛ и генератора 3 псевдослучайных чисел и регистрации сбойной ситуации, за некоторые заранее заданные делителями частоты 7 и 12 промежутки времени триггер данного разряда генератора 1 случайных чисел и генератора 3 псевдослучайных чисел ни не пе;реключился. Число элементов в блоке 9 ин:ДИкаторо8 сбоя равно числу выходов генератора 1 .случайных чисел.

Число элементов в блоке 14 индикаторов сбоя равно числу выходов |Генератора 3 псевдослучайных чисел.

Элемент задё|зжки 20 и сумматор модулю два 21 позволяют сформироват эапускакдаий сигнал на вход триггера 22f переводя его при этом в состояние , при любом изменении сигнала по входу 23(23-25).

Перед началом работы устройства все.триггеры 22 устанавливаются в б (цепи установки в О не показаны) .

Первый элемент ИЛИ 8 и первый элемент И б предназначены для записи в блок 5 анализа .контроля фактов сбоя, зарегистрированных в первом блоке 9 индикаторов сбоя хотя бы. по одному из каналов.

Второй элемент ИЛИ 13 И второй элемент И 11 предназначены для записи в .блок 5 анализа контроля фактов сбоя, зарегистрированных во втором блоке 14 индикаторов сбоя хотя бы по одному из каналов.

Элемент НЕ-И 10 предназначен для выявления сбойной ситуации, заключающейся в обнулении генератора 3 псевдослучайных чисел (в регистре генератора 3 псевдослучайных чисел появляется комбинация 000...О, которая является Нерабочей ситуацией).

Элемент НЕ-И 10 может быть выполнен в виде элемента И, на входы которого проходят сигналы через инверторы (элементы НЕ).

Связь элемента НЕ-И 10 с генератором 3 псевдослучайных чисел позволяет вывести этот генератор из сбойной ситуации в следующем Tai те работы. Факт сбоя также регистрируется в блоке 5 анализа контроля .

Блок 5 анализа контроля предназн чен для записи и обработки сигналов поступающих из блоков 9 и 14 индикаторов сбоя и с элемента НЕ-И 10.

По входу 30 перед началом работы все 31-36, счетчики 37-39 устанавливаются в О (цепи ус п

не показаны).

тановки в

На вход 40 подается сигнал с первого элемента И б, на. вход 41 - с элемента НЕ-И 10 и на вход 42 - с второго элемента И 11.

Информация с выходов блоков 9 и 14 индикаторов сбой и с элемента НЕ-И 10 поступает на вход 40-42, запис лваетсй в триггеры 31, 33 и 35 и в счетчики 37-39.

При переполнении счетчиков 37-39 триггеры 32, 34 и 36 устанавливаI 11 I «

ются в

Контроль величины пачки одинаковых импульсов с каждого выхода генератора 1 случайных чисел производится при работе устройства в режиме

формирования случайных чисел следующим образом.

Случайный сигнал с одного разря да генератора 1 случайных чисел поступает на вход 23 (23-25) блок.а 14 . Индикаторов сбоя (фиг.2). Если сигнал по входу 23 не изменяется, то на выходе сумматора по модулю два 21 всегда формируется сигнал О (так как и ) . В момент изменений логического сигнала по входу 23 на времй/ задаваемое элементом задержки 20, на выходе сумматора по модулю два 21 формируется сигнал Ч (так как и ), кото рый устанавливает триггер 22 в сосО

тояние

В начале цикла работы данной схеы контроля все триггеры 22 блока 14 индикации, сбоя устанавливаются в состояние сигналом по входу 29,

Если в период времени задаваемый торым делителем частоты 12 сигнал по входу 23 изменяется хотя бы

или с о ria

« I П

раз (с

на

), то триггер 22 к момейту прихода опрашивающего импульса оказывается в состоянии О. Эта ситуация считается нормальной. Если же за контрольный период времени сигнал по входу 23 ни разу не изменяется(постоянно О или постоянно ) то триггер 22 так и остается в состоянии , и в момент прихода опрашивающего импульса эТот сигнал поступает через второй элемент ИЛИ 13 и второй элемент И 11 на вход 42 блока 5 анализа контроля. Эта свиетельствует о факте. 1генераци;51 резмер Но большой пачки одинаковых импульсов с выхода генератора 1 случайных чисел.

Через некоторый момент времени, определяемый вторым элементом эадерж- . ки 16, после опрашивающего импульса , все триггеры 22 .блока .14 индикаторов сбоя опять устанавливаются в состояние Ч сигналом, приходящим по ВХОДУ 29..

Контроль генератора 3 псевдослучайных чисел, производимый в режиме формирования псевдослучайных чисел, происходит аналогичным образом с помощью первого блока 9 индикаторов сбоя, первого делителя частоты 7, первого элемента ИЛИ 8, первого эЯёмента И б и блока 5 анализа контроля.

Контроль обнуления генератора 3 псейдослучайных чисел происходит следующим образом.

В момент формирования в регистре генератора 3 псевдослучайных чисел комбинации 000...О элемент НЕ-И 10 срабатывает, формируя на выходе

Этот сигнал идет в

сигнал

блок 5 анализа контроля и в генератор 3 псевдослучайных чисел, ликвидируя тем самым эту сбойную ситуацию для режима .формирования поевдослучайных чисел, например, путем занесения в первый раэряд генератора 3 йсевдослучайных чисел (т.е.комбинация 000...О заменяется искусственно на комбинацию 100...0).

В случае абсолютно безотказной работы генератора 3 псевдослучайных чисел комбинация 000...О никогда не возникает.

При формировании чисел блок 5 анализа контроля проводит счет фактов сбоя по всем блокам контроля (т;е. блокам 9 и 14 индикаторов сбоя и элементу НЕ-И 10).

По окончании формирования массива случайных (псевдослучайных) чисел следует этап контроля.

Результаты контроля генератора 3 псевдослучайных чисел классифицируются следующим образом:

, а триггер 32 в О, то

Mil

O lEil где L - модуль пересчета счетчика 37, т.е. произошли незначительные сбои.

Результаты генератора 3 псевдослучайных чисел Элементом

НЕ-И 10 классифицируются следующим образом:

0

Результаты контроля генератора 1

5 случайных чисел вторым блоком 14 индикаторов сбоя классифицируются следующим образом:

5 О, то .F, где F - модуль пересчета 39, т.е. пр.оизой1ли незначительные сбои.

Использование предлагаемого изобретения позволяет увеличить надежность работы путем выявления харак5терных данного устройства сбойных ситуаций.

Фиг. 2.

-16 П