Генератор случайного потока чисел Советский патент 1983 года по МПК G06F7/58 

/7/

ф

ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПОТОКА ЧИСЕЛ, содержащий генератор такто-, вых импульсов, выход которого соединен с входом датчика случайных чисел, реверсивный счетчик, выходы .которого являются выходом генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения его точности, он содержит регистр сдвига, дешифратор, сумматор по модулю два, элемент ИЛИ, элемент,И, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, установочный вход которого объединен с первым входся элемента ИЛ и подключен к выходу дешифратора, вход первого разряда которого объединен с управляющим входом реверсивного счетчика, с первым входом cyi waTopa по модулю два, с информационным входом регистра сдвига и подключен к выходу датчика случайных чисел, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом элемента И и с . входом Сдвиг. регистра сдвига, выход последнего разряда которого соединен с вторым входом сумматора по модулю два, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом элемента И,выходы всех разрядов, кроме-последнего, регистра сдвига соединены с входами всех разрядов : кроме первого, дешифратора, инфор(Мационный вход ревеЕ сивного счет чика является информационным входом генератора. W М

фиг. 1

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для устройств, осуществляющих аппаратурный синтез моделей случайных процессов.

Известен генератор случайных сигналов, содержащий источник шума, блок формирования ядер спектральной плотности, включающей в себя модуляторы, генератор базисных функций, блок формирования спектральной плотности, фазовращатели, линии задержки, блоки весовых коэффициентов, три сумматора и два перемножитегля 1 .

Однако генератор позволяет фор- мировать случайный процесс с законом распределения, близким к нормальному но только при сравнительно большом числе формирующих каналов, что приводит к необоснованному усложнению устройства в том случае, когда не накладываются строгие требования по формированию спектральной плотности и управлению ею в широких пределах.

Наиболее близким к изобретению является генератор случайных потоков чисел, содержащий генератор тактовых импульсов, выходами подключенный к датчику случайных чисел (ДСЧ формирователю потока и к делителю частоты, счетчик, счетным входом подключенный к ДСЧ через формирователь потока, шиной считывания к делителю частоты непосредственно, а шиной Сброс -через линию задерхчки. Выходами - к выходу генератора через последовательно включенные цифро-аналоговый преобразователь и интегратор ;2 ,

Совокупность указанных элементов и связей позволяет получить нормальное распределение вероятностей, которое определяется распределением потока импульсов с выхода формирователя потока. .

Однако обеспечение процесса с распределением веррятностей, близким к нормальному, сопровождается значительнЕл ш искажениями спектральных свойств выходного процесса, которое порождает большие неравномерности спектральной плотности в рабочей области, частот, приводящие к недостоверному контролю испытуемых изделий.

Целью изобретения является повыение точности равномерности спектальной плотности в рабочей области астот.

Для достижения поставленной цели в генератор случайного потока чисел, содержащий генератор тактовых имульсов , выход которого соединен с ходом датчика случайных чисел, реерсивный счетчик, выходы которого вляются выходом генератора, введены регистр сдвига, дешифратор, сумматор по модулю два, элемент ИЛИ, элемент И, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, установочный вход которого 5 объединен с первым входом элемента ИЛИ и подключен к выходу дешифратора, вход первого разряда которого объединен с управляющим входом реверсивного счетчика, с первым входом 10 сумматора по модулю два, с информационным входом регистра сдвига и подключен к выходу датчика случайных чисел, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым вхо5 дом элемента И и с входом Сдвиг регистра сдвига, выход- послед«его разряда которого соединен с вторым входом сумматора по модулю два, выход которого соединен с вторым вхоП дом элемента ИЛИ, выход Которого соединен с вторым входом элемента И выходы всех разрядов, кроме последнего, регистра сдвига соедин.ены с входами всех разрядов, кроме первого,

5 дешифратора, информационный вход рё-, версивного счетчика является инфор мационным входом генератора.

На фиг. 1 приведена блок-схема генератора, на фиг. 2 - кривая фор- мируемого распределения; на фиг. 3 и 4 - графики функций автокорреляции.. .

Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов(гти), датчик 2 случайных чисел, регистр 3 сдвига,

5 счетный вхед 4 реверсивного счетчика 5,элемент б И, дешифратор 7, сумматор 8 по модулю два, управляющий вход 9 реверсивного счетчика 5, а также его установочные

0 входы 10 и 11, элемент 12 ИЛИ.

Генератор работает.следующим образом.

Датчик 2 случайных чисел генерирует двоичную последовательность

5 независимых одноразрядных чисел Х(), принимающих значение нуль и единица с вероятностью, близкой к 0,5. Эта последовательность под действием импульсов с выхода

л генератора 1 тактовых импульсов

записывается синхронно в регистр 3, сдвига, при этом на К-выходах регистра 3 формируются последова-, тельности

x ltttoV. , x(t. з-га,..., x(t kt,,

где LO - период следования импуль.сов с ГТИ. Одновременно импульсы с выхода генератора 1 поступают

на счетный вход реверсивного счетчика 5 через логический элемент И б. Таким образом, счет происходит только в тот момент времени, когда на другом входе элемента И б действует единица. В тот мсмент, когда на выходе датчика 2 и на К-1-выходах регист ра 3 установится такое К-разрядное число, на которое настроен дешифратор 7, то на входе 10 управления установкой счетчика уста навливается единица и число) с. информационных входов 11 счетчика 5 переписывается по счетному импульсу на выход. Так как на выходах регистра 3 формируется многоразрядное число с равномерным рас пределением Вероятностей, то состояние, соответствующее настройке дешифратора 7, может произойти. с вероятностью Рд : 2. Если принять во внимание, что вес единиц на входах дешифратора 7 -4-0,5 , а вес нуля -0/5. то число на информационных входах 11 должно быть равно где Пд количество единиц, определенное настройкой дешиф ратора;; , ; П1д- количество нулей, определенное настройкой дешифj: ратора} ni,m.K- число входных разрядов де шифратора., Дальнейшая работа генератора о ределяется сумматором 8 по модулю ;два. Если потенциалы на выходе да чика 2 и на; выходе к-го разряда регистра 3 совпадают, на выходе; сумматора 8 по .модулю два - нуль. и логический элемент И б заперт д прохождения счетных импульсов, состояние счетчика 5 не изменяетс Если же потенциалы разные, логиче кий элемент И 6 открыт и счетчик, в зависимости от состояния входа управления реверсом, увеличивает. {при единице) и уменьигает (при ну свое Состояние на выходе генерато по счетному импульсу. Таким образом, можно записать тояние выходов счетчика, которое /определяется количеством нулей и единиц на входах дешифратора 7 lj((i.;c, гдех(11 хау-0.5. Действительно, если выход датч ка 2 и К-разряд регистра 3 имеют

.1 3 „.,L::2 Г-1 ...

-4 Фактическая вероятность 3,91 31,2 109,4 218,7 Гипотетическая вероят-г 5,16 29,84 104,4 219,2 ность X 10

.TTi. Г .З.Г17Г. единичное (нулевое) состояние, то фактическая сумма6 не изменяется , так как вошедашя единица (нуль) на внходе ДСЧ 2 скомпенсирована вы- , шедшей единицей (нулем) в К-разрядах регистра 3. Если же потенциалы разные, нуль на выходе датчика 2 свидетельствует об уменьшении суммы на единицу, и единица - об увеличении. Дешифратор 7 вьтолняет функции периодической проверки (установки) состояния счетчика 5, чем обеспечивается устойчивость работы от воздействия случайных помех/. / «| (t)/ принимает Мс1ксимальное значение в том случае, когда п k или m k . При этом им соответствуют состоя- ния счетчика fij2 иЛиуп/. Изменение чисел по каждому такту йа выходе счетчика 5 составляет: +1 О, -1. Учитывая равномерность распределения вероятностей чисел на входах дешифратора 7, можно определить вероятность появления той или иной суммы. Так, вероятность появления равна 2 вероятность ггромежуточных значений определяется по формуле б (. .2 Так как вьйсодной процесс lj(t) , исходя из алгоритма работы генератора, определяется суперпозицией независимых процессов с одинаковым законом распределения вероятностей, то, руководствуясь центральной предельной теоремой, при больших значениях К гипотетическое распределение вероятностей является нормальным распределением чисел разрядность которых можно определить по формуле - где старший разряд определяет знак числа, а количество уровней кванто-. вания равно К+1. Так, например, для выходной процесс может принимать значения ;ij(t)e (-4,-3, .. .,0,.. . + 4}. Вероятности появления событий сведены в таблицу. 273,4 218,7 109,4 31,2 3,91 282,1 219,2 104,4 29,84 5,16

Из таблицы и фиг. /, видно, что уже при распределение вероятностей мало отличается от нормального .

Таким образом, предлагаемый генератор, основанный на принципе увеличения, уменьшения или сохранения суммы весов единиц и нулей К-разрядного двоичного числа на временном интервале, равном ширине, главного лепестка функции автб4 орреляции процесса с выхода ДСЧ, и его схемотехническая реализация позволяет получить новый процесс с распределением чисел, близким к нормальному, с числом уровней квантования, равным К+1, центрированным в нуле и с функцией автокорреляции по форме, соответствующей форме исходного про.X

/

PaKmiivecifoe

-4 -J -г -г о 1 г j -#

-з-г-юггз

цесса с точностью до масштабного коэффициента К по осям абсцисс и ординат.

Использование предлагаемого генератора вместо генератора с источником шума 2Г401, являющегося базовым объектом, позволяет гарантировать все статические характеристики моделируемого процесса, что избавляет- оператора от необходимости непрерывно поддерживать постоянным уровень спектральной плотности, а также отпадает необходимость применения внешних измерителей, что дела ет аппаратуру высокотехнологичной.

Ожидаемый экономический эффект от использования генератора составит ориентировочно 5 тыс.руб в год.

фиг. 2

JffifgJ -J -fJfr

/OQC-0(XV

(pt/г.