Генератор случайных чисел Советский патент 1984 года по МПК G06F7/58 

рователя импульсов, выход которого соединен с синхронизирующим входом регистра памяти и с входом элемента задержки, выход которого соединен С вторым входом элемента ИЛИ и с входом Опрос датчика равномерно

распределенных случайных чисел, выходы разрядов которого -соединены с второй группой входов схемы сравнения соответственно, выход которой соединен с нулевым входом триггера.

ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙН1 1Х ЧИСЕЛ, содержащий генератор тактовых импульсов, группу элементов ИЛИ, наборное поле, датчик равномерно распределенных случайных чисел, схему сравнения, первый счетчик, дешифратор, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей генератора за счет задания множества законов распределения вероятностей, он содержит два ключа, делитель частоты, второй счетчик, регистр памяти, элемент задержки, элемент ИЛИ, формирователь импульса, триггер, К групп элементов И ( К - число задаваемых законов распределения вероятностей) и коммзггатор, выход генератора так;товых импульсов соединен с информационным входом первого ключа, управляющий вход которого подключен к первому выходу ко1Фгутатора, каждый i -и ( t 2, k: + -f ) выход которого соединен с первыми входами элементов И j -ой группы ( j 1, 1 ) , вторые входы которых подключены к соответствующим выходам дешифратора, входы которого объединены с . первой группой входов схемы сравнения соответственно и подключены к выходам соответствующих разрядов первого счетчика, установочный вход которого объединен с первым входом элемента ИЛИ, с в:;одом Сброс регистра памяти, с установочным входом делителя частоты и подключен к (К+2)-му выходу коммутатора, выход первого ключа соединен со счетным входом делителя частоты и с информа(Л ционным входом второго ключа, управляющий вход которого подключен к едис ничному выходу триггера, единичный вход которого соединен с установоч- ; ным входом второго счетчика и подключен к выходу элемента HJTIi, выход BTOpo.ro ключа соединен со счетным ю входом второго счетчика, выходы раз41 рядов которого соединены с входаN9 ми соответствующих разрядов регистра памяти, выходы разрядов которого ;о являются информационным выходом геМ: нератора, выходы элементов И каждой j-й группы соединены с j-й группой входов наборного поля соответственно, каждая j-я группа выходов которого соединена с входгичи элементов ИЛИ группы соответственно, выходы элементов ИЛИ грзтпы соединены с входами соответствующих разрядов делителя частоты, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выход последнего разряда которого соединен с входом форми

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и мо- . жет быть использовано в системах статистического моделирования.

Известен управляемый генератор флуктуационных колебаний, содержащий преобразователь кода в напряжение, вход которого через регистр промежуточной памяти соединен с выходом датчика случайных чисел, подключенного к входному блоку и генератору тактовых -импульсов 1 }.

Однако этот генератор требует болыпих затрат оборудования вследствие использования регистровой памяти и сложен в перестройке. Для получения иного закона распределения мгновенных значений выходного напряжения необходимо соответствующим образом изменить содержимое регистров памяти, в которых хранится информация о виде функции распределения.

Известен датчик случайных чисел, содержащий генератор равномерно распределенньтх случайных величин, вход которого подключен к входу коммутатора и к входу датчика, а выходы один непосредственно, остальные через элементы Р1ЛИ подключены к входам наборного поля, выходы которого соединены с первь1ми входами элементов И, выходы элементов И подключены к единичным входам соответствующих триггеров выходного регистр а, нулевые входы которых через формирователи импульсов соединены с коммутатором , которого подключены к вторым входам элемента И {.. 1.

Недостатком этого устройства является малое быстродействие, так ка выходное двоичное число формируется поразрядно. Кроме того, задание требуемогв закона распределения осуществляется вручнзпо на наборном

поле, что обуславливает низкую скорость перестройки датчика и снижает его функциональные возможности. Известен также датчик случайных

чисел, состоящий из генератора равномерно распределенных случайных чисел, соединенного с цифро-аналоговым запоминающим блоком и входом элемента И, другой вход которого подключен к клемме запуска, а выход элемента И соединен с входом генератора пилообразного напряжения, выход которого подключен к входу функционального преобразователя и

через второй ключ к входу регистрирующего блока, выход функционального преобразователя соединен с входом интегратора, выход которого подключен к первому входу схемы сравнения, второй вход которой подключен к выходу цифро-аналогового запоминающего блока, а выход через первый ключ -- .к входу пуска генератора равномерно распределенных случайных

чисел и к управляющему входу второго ключа.

Однако данный датчик, как и устройство с аналоговой формой представления информации, имеет низкую точность выходного результата из-за влияния на конечный результат параметров схемных элементов, внутренних и внешних дестабилизирующих факторов. Кроме того, результат на выходе

датчика появляется в случайные моменты времени, что позволяет применять это устройство только в системах, работающих в асинхронном режиме. Кроме Toroj недостатком этогоустройства является трудность перестройки на генерирование случайных сигналов, имеющих иные законы распределения, так как она требует замены блока функционального преобразователя,

Жесткая структура датчика делает его специализированным устройством, предназначенным для реализации одно- го закона распределения, что .обуславливает низкие функциональные возможности данного датчика случайных чисел. -. Наиболее близким техническим решением к изобретению является гене Ьзтор случайных чисел, содержащий ге нератор тактовых импульсов, элементы ИЛИ, наборное поле, датчик равно мерно распределенных случайных чисе схему сравнения, счетчик, дешифратор 4 3 Однако изЬестный генератор не позволяет задать множество законов распределения вероятностей. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей генератора за счет задания множества зако нов распределения вероятностей. Поставленная цель достигается те что в генератор случайных чисел, со держащий генератор тактовых импульсов, группу элементов ИЛИ, на.борное поле, датчик равномерно распределен ных случайных чисел, схему сравнени первый счетчик, дешифратор, введены два ключа, делитель частоты, второй счетчик, регистр памяти, элемент задержки, элемент ИЛИ, формирователь импульса, триггер, К групп элементов И (К - число задаваемых законов распределения вероятностей) и коммутатор, выход генератора тактовых импульсов соединен с информационным входом первого ключа, управляющий вход которого подключен к первому выходу коммутатора, каждый -й ( 2, К+1) выход которого соединен с первыми входами элементов И j-ой группы (, ,К ), вторые входы которых подключены к соответствующим выходам дешифратора, входы кото рого объединены с первой группой входов схемы сравнения соответствен но и подключены к выходам соответст вующих разрядов первого счетчика, установленный вход которого объединен с первым входом элемента ИЛИ, с бходом Сброс регистра памяти, с установочным входом делителя частоты и подключен к (К+2)-му выходу коммутатора, выход первого ключа соединен со счетньи входом делителя частоты;и с информационным входом второго ключа, управляющий вход которого подключен к единичному выхо144 ду триггера единичный вход которого объединен с установочным входом второго счетчика и подключен к выходу элемента ШМ выход второго ключа соединен со счетным входом второго счетчика., выходы разрядов которого соединены с входами соответствующих разрядов регистра памяти, выходы разрядов которого являются информационным выходом генератора, выходы элементов И каждой группы соединены с j-й группой входов наборного поля соответственно, каждая -я группа выходов которЬго соединена с входами элементов ИЛИ группы соответственно, выходы элементов ИЛИ группы соединены с входами соответствующих разрядов делителя частоты, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выход последнего разряда которого соединен с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с синхронизирующим входом регистра памяти и с входом .элемента задержки, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ и с входом Опрос датчика равномерно распределенных случайных чисел, выходы разрядов которого соединены с второй группой входов схемы сравнения соответственно, выход которой соединен с нулевым входом триггера. На чертеже приведена блок-схема генератора. Генератор содержит генератор 1 тактовых импульсов, ключи 2 и 3, делитель 4 частоты, счетчик 5, дешифратор 6, схему 7 сравнения, формирователь 8 импульсов, группы 9 элементов И, элементы ИЛИ 10, датчик 11 равномерно распределенных случайных чисел, триггер 12, счетчик 13, элемент 14 ИЛИ, регистр 15 памяти, элемент 16 задержки, коммутатор 17, наборное поле 18. Формирование случайных чисел с помощью предлагаемого генератора основано на преобразовании равномерно распределенных случайных чиселR в Случайные числа х с заданным законом распределения fix) , которая сводится к решению относительно х уравнения «i f(x). (,}-, где F(x| - функция распределения. Функция F(x 1 реализуется на вьпсодах счетчика 5, принцип получения функции F(x) основан на вариации чистоты на входе счетчика 5. Аппрок симация воспроизводимой функции кусочно-линейная, полученная ломана линия дискретизируется по принципу кусочно-ступенчатой аппроксимации. Делитель 4 частоты с переменным коэффициентом деления обеспечивает необходимую частоту для каждого уча стка ломаной линии. Значения функции, получаемые на выходе счетчика сравниваются схемой 7 сравнения со значением случайного числа на выходе датчика 11. В момент/, когда значение функции и случайное число рав ны, величина, записанная в счетчике 13, равна искомой. Требуемые функции распределения задаются сортветствующим соединением полного дешифратора 6, управляющих ячеек 9 и дизъюнкторов 10. Настройка генератора на формирование случайных чисел с заданной функцией распределен осуществляется включением соответствующей группы элементов И 9 путем по дачи на нее команды с коммутатора 1 и наборным полем. Предлагаемый генератор случайных чисел работает следующим образом. В исходном соЬтоянии группы элементов И 9 выключены, ключ 2 разомк нут: сигналом Сброс с коммутатора 17, делитель 4 частоты, счетчики 5 и 13, регистр 15 устанавливаются в нулевое состояние, триггер 12 устанавливается в такое состояние, когда ключ 3 замкнут. При подаче коман ды с коммутатора М на включение со ответствующей группы 9 элементов И производится настройка генератора н формирование случайных чисел с требуемым законом распределения. По команде Пуск замыкается ключ 2 и импульсы с генератора 1 тактовых импульсов через делитель 4 частоты начинают поступать на вход счетчика 5. По цепи обратной связи через дешифратор 6, включенную группу элеме тов И 9 и элементы ИЛИ 10 производится управление коэффициентом де ния делителя 4 частоть:, обеспечивающим нeodxoдимyю частоту для каж146 дого участка аппроксимированной функции распределения, которая формируется на выходах счетчика 5. В момент времени, когда число на выходах счетчика 5 становится раань - случайному числу на выходах датчика 11 рав-г номерно распределенных случайных чисел с выхода схемы 7 сравнения поступает сигнал на триггер 12, который перебрасывается и размыкает ключ 3. Число, записанное в счетчик 13, является искомым и фиксируется в нем. После переполнения счетчика 5 сигнал с него поступает на формирователь 8 импульсов, импульс с которого переписывает число с выходом счетчика 13 в выходной регистр 15. Импульс, задержанный элементом 16 задержки на время установки числа в регистре 15, сбрасывает в нулевое состояние счетчик 13, производит смену числа в датчике 11 равномерно распределенных случайных чисел и устанавливает триггер 12 в состояние, когда ключ 3 замкнут. Аналогично производится формирование следующих случайных чисел. Перестройка генера.тора на формирование случайных чисел с иным законом распределения осуществляется сменой команды с коммутатора 17 на включение другой группы элементов И 9. Таким образом, генератор случай- , ных чисел имеет существенные преимущества перед указанным прототипом, заключающиеся в том, что он имеет больщую точность вьпсодного результата, более широкую область применения, проще перестраивается и обладает более широкими функциональными возможностями. Цифровая форма представления инфор1мации в предлагаемом устройстве дает возможность получения выходного результата с наперед заданной точностью. Кроме того, этот результат не зависит от параметров схемных элементов, менее чем в прототипе подвержен ; влиянию внутренних и внешних дестабилизирующих факторов. Числа на выходе генератора появляются в определенные моменты времени, что .позволяет применять его в системах с любым (синз :ронным или асинхронным) режимом работы. Перестройка генератора на формирование случайньк чисел с другим законом распределения осуществляется переключением управляющих

ячеек по командам с управляющего блока, тогда как перестройка прототипа требует замены блока функционального преобразователя. Предлагаемый генератор обладает более широкими функциональными возможностями. Так, если прототип является специализированным устройством, предндзначенным для реализации только одного закона распределения, то число последовательностей случайных чисел с различными законами распределения , формируемых предлагаемым устройством, определяется числом управляющих, ячеек и ограничевается практически объемом оборудования,

Лабораторный макет генератора случайных чисел, выполненный согласно предлагаемому изобретению, по- сравнению с базовым имеет следующие

преимущества; он позволяет получить пять видов случайных сигналов, тогда как базовый генератор фopмиpyet лишь два вида сигналов, следовательно, разработанное устройство обладает большими функциональными возможностями вследствие гибкости своей .

структурыi

Применение предлагаемого устройства взамен базового позволит получить зкономию за счет снижения себестоимости устройства и сокращения затрат электроэнергии при его эксплуатации .