Генератор псевдослучайных последовательностей Советский патент 1983 года по МПК G06F7/58 

Изобретение относится к вычислительной TsxiWKe и может быть использовано при моделировании случайных процессов.

Известен генератор псевдослучайных двоичных последовательностей максн / а.пьной длины, содержащий регистр сдвига с сумматором по модулю два в цепи обратной связи Г .

Недостатки этого устройства низкое быстродействие и узкие функциональные возможности. Последнее обусловлено его способностью генерировать только двоичные последовательности.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является генератор псевдослучайных двоичных последоваятельностей, содержащий регистр с сумматором по модулю два в цепи обратной связи, элемент НЕ, элемент задержки и элемент ИЛИНЕ, выход которого соединен с входо регистра сдвига и через элемент НЕ соединен со своим первым входом, второй вход элемента ИЛИ-НВ соедине с прямым выходом элемента задержки, а сумматор по модулю два содержит три элемента ИЛИ-НЕ 2 .

Недостатком этого генератора являются уэкие функциональные возможности, так как он предназначен для генерирования только двоичных последовательностей.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей генератора путем получения трехуровневых сигналов.

Япл. достижения поставленной цели в генератор псевдослучайных последовательностей, содержащий элемен задержки, первый элемент НЕ, выход которого соединен с первым входом первого элемент ИЛИ-НЕ-, выход которого соединен с входом первого элемента НЕ и с информационным входом первого регистра сдвига, вход Сдвиг которого является тактовым входом генератора, введены второй элемент НЕ, второй элемент ИЛИ-НЕ, второй регистр сдвига, комг- утатор, преобразователь двоичного кода в троичный и сумматор по модулю три, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входами первого и второго элементов НЕ, тактовый вход генератора подключен к входу Сдвиг второго регистра.сдвига и к входу элемента задержки, выход которого соединен с входом Считывание сумматора по модулю три, а также с вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ и с первым входом второго элемента ИЛИ-НЕ,,выход кото рого соединен с входом коммутатора и с входом второго элемента НЕ, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ-НЕ, первьй

и второй выходы коммутатора соединены соответственно с первым и вторым входами преобразователя двоичного кода в троичный, выход которог является выходом генератора, прямые и инверсные выходы всех разрядов первого регистра сдвига соединены с первой группой входов ког-омутатора соответственно, третий выход которого соединен с информационным входом второго регистра сдвига, прямые и инвер.сные выходы всех разрядов которого соединены с вто;рой группой входов коммутатора соответственно, группа выходов которого соединена с группой информационных входов сумг/iaTopa по модулю три соответственно.

Сумматор по модулю три содержит восемь элементов И-НЕ, выход первого элемента И-НЕ является первым выходом сумматора, выходы второго, третьего и четвертого элементов И-НЕсоединены соответственно с первым, вторым и третьим входами первого элемента И-НЕ, выход пятого элемента И-НЕ является вторым выходом сумматора, выходы шестого, седьмого и восьмого элементов И-НЕ соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами пятого элемента И-НЕ, четвертый вход которого объединен с четвертым входом первого элемента И-НЕ и является входом Считывание сумматора, информационную группу входов которого образуют первые и вторые входы второго и шестого элементов И-НЕ, а также первые, вторые и третьи входы третьего, четвертого, седьмого и восьмого элементов И-НЕ.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого генератора; на фиг. 2 4 - состояния коммутатора.

Генератор содержит первый регист 1 сдвига, первый разряд 2 которого содержит элемент НЕ 3 и элемент ИЛИ-НЕ 4. Кроме того, генератор содерлсит регистр 5 сдвига, первый разряд б которого содержит элемент НЕ 7 и элемент ИЛИ-НЕ 8. Кроме того генератор содержит элемент 9 задержки, коммутатор 10, сумматор 11 по модулю три и преобразователь 12 двоичного кода в троичный. Сумматор 11 по модулю-три содержит элементы И-НЕ 13-20.

Генератор работает следующим образом.

Возможны два режима работы - режим генерации двоичных последователностей и режим генерации троичных последовательностей, т.е.. трехуровневых Д1гналов. В ре):симе генерации двоичных последовательностей выход восьмого разряда первого регистра сдвига подключается через коммутатор 10 к входу второго регистра сдвига. Первый разряд 6, а также эл менты И-НЕ 17-20 при этом оказываются исключенныг м из схемы генератора. Входи элементов И-НЕ 14-16 коммутируются (фиг. 3) и вместе с элементом 13 образуют обычный сумматор по модулю два. Работа предла гаемого генератора в этом режиме ансшогична работе известного. Сумматор по модулю три в отсутствии -тактового импульса блокирован импульсом нулевого уровня, снимаемого с элегЮнта 9 задержки, который обусловливает задержку открывания сумматора с приходом тактового импульса. Сигнал на выходе открытого сумматора определяется суммой по модулю два сигналов с i-го и т-го разрядов регистра сдвига, а разряд переводится в нулевое состояние. Таким образом, .сигнал на выходе 2 определяется сигналом с ВЕЛхода сумматора по модулю два. После окончания тактового иглтульса сумматора по модулю два запирается, а первый разряд 2 за счет соединенных элементов.НЕ 3 и ИЛИ-НЕ 4 удерживает сигнал сумматора. В режиме генерации троичных последовательностей в работе участвуют все элементы генератора. При этом выход первого разряда б соединен с входом второго регистра сдвига. Работа первых разрядов 2 и б аналоги на работе разряда 2 в случае .генера ции двоичных последовательностей. Троичная последовательность в генер торе представляется в виде чисел О, 1 и 2, записанных в двоичном коде в регистрах сдвига. В регистре 1 сдви содержатся числа старшего разряда, а в регистре 5 сдвига - числа младшего разряда. Сумматор 11 по модулю три осуществляет логические операци эквавалентные умножению сигналов с i-го и т-го разрядов на соответству щие коэффициенты и суммированию по Iмодулю три. С помощью кoм /Iyтaтopa 10 можно получить одну из пяти посл довательностей . Преобразователь 12 служит для преобразования последовательностей представленных в двоичном коде, в. последовательности состоящие из сигналов -, либо -1,0,1. Такой пр образователь не требует перестройки при переходе от одного режима работы генератора к другоглу. сигналы подаются согласно фиг. 4. При генерации двоичных и троичных последовательностей одновременный приход на оба входа двух логических единиц при нормальной работе генератора исключен. Поэтому открыт оди из транзисторов, что обеспечит прот кание тока через сопротивление R в соответствующем направлении, и на выходе будет +1 или -. При генерации только троичных последовательностей возможен риход двух логических нулей, тогдаоба транзистора закрыты и на выходе присутствует нуЧ левой уровень сигнала. Таким образом, в предлагаемом генераторе обеспечивается расширение функциональных возможностей, т.е. возможность получения наряду с двоичными последовательностями также и троичных псевдослучайных последовательностей. Этот эффект достигается путем введения второго . регистра сдвига, второго элемента НЕ, второго элемента ИЛИ-НЕ, восьми i элементов И-НЕ, коммутатора и соот-; ветствующих связей между этими эле-1 ментами. Элементы И-НЕ образуют универсальный блок обратной связИ, который используется при генерации как двоичных, так и троичных последовательностей. Коммутатор позволяет осуществлять выбор типа и длины последовательности. Возможно получение пяти двоичных последовательностей с длинами 27, 511, 1023, 2047 и 32767 импульсов за период последовательности и пяти троичных последовательностей с длинами 26, 80, 242, 728 и 6560 импульсов за период последовательности. При этом сохраняется быстродействие, присущее известному устройству. Приведенный набор длин последовательностей вполне достаточен для исследования разнообразных динс1мических объектов, наприг ер авиационных силовых установок и их элементов. Применение двоичных псевдослучайных последовательностей для идентификации динамических объектов ограничивается линейными системами. Троичные псевдослучайные последовательности позволяют решать относительно новую для техники автоматического управления задачу-идентификацию существенно нелинейных динамических объектов, что позволит создавать эффективные системы автоматического управления этими объектами. Важный пример таких объектов - исполнительные механизмы авиационных силовых установок и сами силовые установки. Кроме того, применение троичных псевдослучайных последовательностей для идентификации линейных объектов позволяет повысить точность идентификации благодаря наличию лучших статических свойств, чем у двоичных последовательностей. Предлагаемой генератор позволяет получать последовательности двух типов (двоичные и троичные) различной длины, что весьма актуально для научных исследований. Эксплуатация генератора предельно проста, поскольку, выбор типа и длины последовательности осуществляется простым переключением в блоке KONO«iyTaTopa. Создание генератора не требует уникальной аппаратуры. Он может быть выполнен на базе обычных серийных элементов . Конструкция коммутатора отличается простотсЛ, поскольку содержит только ключи (например, выключатели типа П2К).

Расширение функциональных возможностей предлагаемого генератора достигается путем незначительного увеличения его стоимости .(стоимосГть

коммутатора, вновь ввсяи1ллх эле1лентов И-НЕ, НЛИ-НЕ, НЕ) по сравнению с известным и не требует создания специальных устройств для генерации троичной последовательности. Наличие связи между одиннадцатым выходом коммутатора и входом второго двоичного режима сдивга позволяет максимально эффективно использовать элементы генератора в режиме генерации двоичных последовательностей и получать при этом последовательности достаточно большой длины.

1. ГЕНЕРАТОР ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ, содеркащий элемент задержки, первый элемент НЕ, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с входом первого элемента НЕ и с информационным входом первого регистра сдвига, вход Сдвиг которого является тактовым входом генератора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей генератора путем получения трехуровневых сигналов, он содержит второй элемент НЕ, второй элемент ИЛИ-НЕ, второй регистр сдвига, коммутатор, преобразователь двоичного кода в троичный и сумглатора по модулю три, первый и второй виходы которого соединены соответственно с входами первого, и второго элементов НЕ, тактовыйвход генератора подключен к входу Сдвиг второго регистра сдвига и к входу элемента задержки, выход которого соединен с входом Считывание сумматора по модулю три, а также с вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ и с первым входом второго элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с входом кош татора и с входом второго элемента НЕ, выход которого соединен с вторыгл входом второго элемента Ю1И-НЕ, первый и второй выходы коммутатора соединены соответственно с первым и вторым входами преобразователя двоичного кода в троичный, выход которого является выходом генератора, прямые и инверсные выхода всех разрядов первого регистра сдвига соединены с первой группой входов когФ1утатора соответственно, третий выход которого соединен с информационным входом второго регистра сдвига, прямые и инверсные выходы всех разрядов которого соединены с второй группой входов коммутатора соответственно, группа выходов которого сое(Л динена с группой информационных входов сумматора по модулю три соответственно. 2. Генератор поп.1, отличающийся тем, что сумматор по модулю три содержит восемь элементов И-НЕ, выход первого элемента И-НЕ является первым выходом сумматора, выходы второго, третьего и четвертого элементов И-НЕ соединены соСП ответственно с перйым, вторым и о третьим входами первого элемента И-НЕ, выход пятого элемента И-НЕ является, вторым выходом сумматора, 00 выходы шестого, седьмого и восьмого элементов И-НЕ соединены соот-vi ветственно с первым, вторым и третьим входами пятого элемента И-НЕ, четвертый вход которого объединен с четвертым входом первого элемента И-НЕ и является входом Считывание сум1-1аторов, информационную .группу входов которого образуют первые и вторые входы второго и шестого элементов И-НЕ, а также первые, вторые и третьи входы третьего, четвертого, седьмого и вось- . МО го элементов И-НЕ.

It

Фие.2