Генератор случайных двоичных чисел Советский патент 1985 года по МПК G06F7/58 

. f

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть ис пользовано при построении датчиков нормально распределенных двоичных чисел с нулевым средним и регулируемым средне-квадратическим отклонением.

Цель изобретения - повышение точности работы генератора, за счет приближения коэффициента эксцесса кривой распределения формируемых случайных чисел к нулю.

На фиг.1 приведена структурная схема генератора; на фиг.2 - структурная схема одного элемента НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ; на фиг.З - кривая I распределения чисел, формируемых. известным генератором, гауссовая кривая II с той же дисперсией, что и кривая I , кривая I I распределе-ни чисел, формируемых предложенным генератором.

Генератор случайных двоичных чисел содержит генератор 1 пуассоновского потока импульсов, элемент ЗАПРЕТ 2, равновероятностный двух- . полюсник 3, делитель 4 частоты, ре- версивный счетчик 5, группу 6 элементов НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ, счетчик 7 группу 8 элементов И, первый 9 и второй 10 элементы И, первый 11, второй 12 и третий 13 элементы задержки. Кроме того, каждый элемент НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ содержит элемент И 14, элемент И 15 с инверсными входами н элемент ИЛИ 16 с инверсны выходом.

Генератор работает следующим образом.

Пуассоновский поток импульсов интенсивностью 2 Л с выхода генератора через открытый в отсутствие импульсов опроса элемент ЗАПРЕТ 2 поступает на-вход равновероятиост- ного двухполюсника 3. На выходах двухполюсника 3 образуются два независимее пуассоновские потока с интенсивностью Д. Первый поток интенсивностью Д поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 5, второй .поток той же интенсивности Д на вычитающий вход реверсивного счетчика 5 и вход делителя 4 частот На выходе делителя 4 образуется поток Эрланга k-го порядка с параметром Д, где (k +1) - коэффигщент деления делителя 4 частоты.

Для облегчения анализа работы генератора временно отключают вы-

85182

читающий вход реверсивного счетчика 5. Тогда за интервал времени, определяемый :импульсами потока Эрланга k-ro пррядка с параметром ;| 5 в реверсивш й счетчик 5 поступает Е 0,1,2,... импульсов потока Л с вероятностями рд,,. с (/2)

ре (

()

Ав g,(

Распределение (1) является симметричным биномиальным распределением, приближакяцимся при возрастании К 7 7-8 к гауссовой кривой с

J5 параметрами .

Коэффициент эксцесса кривой распределения (1) -у.- убывает с возрастанием k.

Для приведения распределения (1)

-л к центрированному () нормальному распределению необходимо в каждом цикле работы генератора уменьшать состояние реверсивного счетчика 5 на К единиц. С этой целью вычитающий

25 вход реверсивного счетчика 5 подключен к входу делителя 4 частоты. Состояния реверсивного счетчика 5 к моментам появления импульса на выходе делителя 4 частоты представлены либо в прямом Xf,, либо в дополнительном Хо кодах. Признаком распознавания кодов (прямой или дополнительной) является QOCTOяние с(| е 0,1 старше го (п+1)-го разряда реверсивного счетчика 5, число

(п+1) разрядов которого определяется из соотношения

п (k+1+3V2k).(2)

При 3,0(1) группа 6 элементов НЕЭКВИВАПЕНТНОСТЬ (каждый из которых

реализует логическую функцию )C,viLxj)

передает состояние разрядов ревер- сивного счетчика 5 на информащюнные входы разрядов счетчика 7 без изменения (с инверсией)..

5 Если а 1, то дополнительно через открытый второй элемент И 10 импульсы, записи (установки) инверсного кода реверсивного счетчика 5; в счетчик 7 спустя небольшое время

50 Uj ,определяемоо третьим элементом задержки 13, суммируются в счетчике 7, реализуя преобразование дополнительного кода Xq в прямой .

55 В любом случае (а О или l) в счетчике 7 присутствует случайное двоичное число с односторонним нормальным распределением (кривая

31

III, фиг.З). Знак числа определяется состоянием а старшего разряда реверсивного счетчика 5, которое по™ ступает на знаковый вентиль (первый элемент И 9 генератора.

Очередность срабатывания основных элементов генератора определяется величинами соответствующих элементов задержек. Каждый импульс с выхода делителя 4 частоты через время tj определяемое вторым элементом задержки 12 и необходимое для завершения переходного процесса в реверсивном счетчике 5, переписывает текущее состояние реверсивного счетчика 5 в счетчик 7 (при а,0 -- без изменения, а при а., - с инверсией состояний разрядов). Спустя время Т 7 f, - i , определяемое первым эле198518

ментом задержки 11 и необходимое для образования в счетчике 7 нового случайного числа, текущее состояние реверсивного счетчика 5 сбрасывается J и начинается новый цикл работы генератора.

Средняя длительность одного ра- .бочего цикла составляет

Для получения последовательности независимь1х случайных чисел импульсы опроса поступают на входы группы 8 элементов И и первого элемента И 9. При этом период Т опроса генератора составляет

1.4-1-нЗб 1 + 1- -3}rk

U1

ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ДВОИЧНЫХ ЧИСЕЛ, содержащий генератор пуассоновского потока импульсов, выход которого подключен к прямому входу элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с входом равновероятностного двухполюсника, первый выход которого соединен с входом делителя частоты, п-разрядный двоичный счетчик, выходы разрядов которого соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы, выходы которых являются разрядными выходами генератора, первый элемент И, выход которого является знакошлм выходом генератора, а первый вход первого элемента И является входом Опрос генератора и соединен с вторыьш входами элементов И группы и инверсным входом элемента ЗАПРЕТ, от л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены (h+1)- разрядный реверсивный двоичный счетчик, группа элементов НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ, второй элемент И, первый, второй и третий элементы задержки, при этом вычитающий и суммирующий входы реверсивного счетчика подключены соответственно к первому и второму выходам равновероятностного двухполюсника выход переноса делителя частоты соединен с входами первого и второго элементов задержки, выходы которых соединены соответственно с входом Сброс (nt1)-разрядного реверсивного двоичного счетчика и входом Установка )азрядного двоичного счетчика, (Я подключенным к первому входу второго элемента И, выход которого через третий элемент задержки соединен со счетным входом п -разрядного двоичного счетчика, выходы п младших разрядов (п+1)-разрядного реверсивного двоичного счетчика подключены UD к первым входам одноименных элементов эо НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ группы, выходы СП которых сЬединены с информационными входами одноименных разрядов ц- раз00 рядного двоичного счетчика, вторые входы элементов НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ группы с вторым входами первого и второго элементов И и подключены к выходу старшего ()-ro разряда (п+ 1)-разрядногЬ реверсивного двоичного счетчика.

Of

.

3ffavef t/iJ Z

2 ХгЛ-г