Генератор случайной последовательности Советский патент 1986 года по МПК G06F7/58 

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в стохастических вычислительных ма1нинах, моделирующих устройствах, а также в качестве имитаторов помех.

Целью изобретения является расширение области применения генератора за счет повышения рандомизации формируемой последовательности.

На фиг. 1 представлена структурная схема генератора; на фиг. 2 - схема блока сумматоров по модулю два; на фиг. 3 - частный случай схемы генератора и временные диаграммы, поясняюш,ие его работу.

Генератор содержит генератор 1 тактовых импульсов, регистр 2 сдвига, блок 3 сумматоров по модулю два, регистр 4 кода, переключатель 5, вход 6 «Запись, вход 7 настройки, вторую группу входов 8 блока 3.

В режиме генерирования псевдослучайных сигналов переключатель 5 замыкает контакт 5i. На вход 7 настройки подается постоянный логический уровень. Дополнительные входы блока 3 формируют дополнительное слагаемое к сигналу обратной связи регистра 2.

Вид псевдослучайной последовательности определяется заданным характеристическим полиномом. Этот полином неприводим и примитивен, следовательно, устройство будет генерировать М-последовательность.

Для нормальной работы генератора в псевдослучайном режиме необходимо предварительно занести сигналом «Запись по входу 6 исходное состояние в регистр 2, записанное в регистре 4. Для прямой псевдослучайной последовательности код начальной установки должен быть обязательно не нулевым, а для инверсной - обязательно не единичным.

Остальные условия работы не отличаются от известного устройства.

Случайный режим осундествляется переводом переключателя 5 в положение 62. Нри этом образуется дополнительный замкнутый контур из блока 3 сумматоров по модулю два (фиг. 2), способный генерировать высокочастотный асинхронный случайный процесс, отдельные выборки из которого будут записываться под действием тактовых импульсов генератора 1 в регистр 2. Благодаря этому псевдослучайный режим работы регистра 2 с линейной обратной связью через блок 3 нарушится.

Работа асинхронного контура основана на малых естественных флуктуациях временных задержек блока 3 сумматоров по модулю два.

Непрерывные флуктуа.,1И в контуре будут соответствовать непрерывной миграции входов сумматора по выходам гипотетического регистра сдвига, синхронизированного случайной частотой. Выходной процесс будет представлять собой временную совокупность отрезков случайной длительности различных

0

5

0

5

0

5

псевдослучайных последовательностей со случайным масштабом по времени и случайной начальной фазой.

Генератор работает следуюш.им образом.

Неред пуском генератора в регистре 4 кода формируют код начального состояния регистра 2. Затем подают импульс записи на вход 6, вследствие чего код начального состояния переписывается из регистра 4 в регистр 2. С этого момента генератор готов к формированию псевдослучайной псюледо- вательности. Блок 3 сумматоров по модулю два от сигналов, снимаемых с выходов регистра 2 сдвига, формирует сигнал обратной связи и подает его на информационный вход регистра 2. Тактовый импульс с генератора 1 записывает этот сигнал в первый разряд, а в остальных разрядах регистра 2 сдвигает информацию, что влечет к формированию нового сигнала обратной связи с блока 3 и т. д. Работа устройства в этом режиме полностью аналогична работе известного устройства.

В режиме формирования случайной последовательности переключатель 5 находится в положении 52. Пусть также t - четное число, а 1. В этом случае генератор способен начать работу с любого исходного состояния, следовательно, предварительная установка регистра 2 необязательна. Допустим, регистр 2 находится в нулевом исходном состоянии, тогда а а, что соответствует возбуждению высокочастотной асинхронной случайной последовательности в блоке 3 сумматоров. Тактовый импульс с генератора 1, сдвигая информацию в регистре 2, фиксирует случайный символ из этой последовательности в первом его разряде. Второй тактовый импульс также сдвигает преды- душую информацию и записывает новый сигнал в первый разряд регистра 2. Этот сигнал будет являться случайной выборкой из асинхронной последовательности, генерируемой контуром из блока 3 сумматоров до тех

л

пор, пока 2 biCi не примет единичного значения. Тогда а а, что соответствует любому устойчивому состоянию асинхронного контура а(;{0,1) (организуется триггерный режим этого контура). Конкретное значение а определится случайным сигналом из асинхронной последовательности в последний момент времени случая 0. Этот сигнал будет неизменно записываться в первый рязрад регистра 2 в каждый такт, пока

гг

i bid не изменит своего значения опять на 0. После этого снова начнется генерация высокочастотного асинхронного процесса, синхронная запись его в регистр 2 и т.д.

В результате такой организации работы будет осуществляться перемешивание фаз случайного и псевдослучайного режимов работы устройства во времени, а на выходах регистра 2 формируется в нелом случайная синхронная последовательность.

На фиг. За изображена схема простейшего ГСП при п 3. Регистр 4 кода настроен на код 100 (свободный вход логических элементов соответствует подаче логической «1, а подсоединение к общей шине - логическому «О, что характерно, например, для положительной ТТЛ-логики). Блок 3 сумматоров состоит из одного трехвходового сумматора по модулю два с реальной за- держкой, отмеченной знаком -. Вход 7 настройки с сигналом а 1 заменен эквивалентным подсоединением одного из инверсных выходов регистра 2 к блоку сумматоров 3. Положение 5: переключателя соответствует подаче на дополнительный вход блока сумматоров 3 сигнала логической «1, ком- пенсируюш,ей инверсию с выхода регистра 2.

Работа устройства в режиме формирования псевдослучайной последовательности представлена временными диаграммами на фиг. 36.

По сигналу входа 6 (вторая диаграмма сверху) происходит запись кода 100 с регистра 4 в регистр 2, что отражается на состояниях выходов разрядов 2, 1ч и 2з (соответственно третья, четвертая и пятая диаграм- мы сверху). Результат суммирования блока 3 (нижняя диаграмма) записывается в первый разряд 2i регистра 2. Синхронизация устройства осуш,ествляется последовательностью тактовых импульсов с генератора 1 (верхняя диаграмма). Генератор формирует псевдослучайную М-последовательность, период которой выделен на временных диаграммах фиг. 36.

Установка переключателя 5 в положение 52 обеспечивает генерацию случайной последовательности. Иллюстрация этого режима представлена на временных диаграммах фиг. Зв.

Пусть исходное состояние регистра 2 соответствует коду 100 и начинается генерация асинхронной последовательности (в данном случае это простейшая асинхронная слабофлуктуируюш,ая последовательность типа «Меандр). В момент действия тактового импульса из этой последовательности выбирается случайный символ (в данном на диаграмме случае -«О) и записыва- ется в первый разряд регистра 2. Информация сдвигается на один разряд. Высокочастотная генерация прекращается и , так как в Последний момент действия асинхронной последовательности был зафиксирован уровень логического «О. Такой же сигнал обратной связи будет и в течение третьего периода. Лишь в период четвертого такта опять возникает условие возбуждения асинхронной .последовательности, приводящее к фиксации случайного символа «1, и т. д.

На временных диаграммах по выходам блоков 3 и 2 интервалы времени, соответствующие формированию символов в отсутствие асинхронной генерации, помечены буквами а, Ь, с, d, е. Моменты фиксации случайных символов в первом разряде

регистра 2 из асинхронного процесса с выхода блока сумматоров 3 отмечены стрелками и точками.

Для реальных ГСП число Е по возможности нужно выбирать как можно большим, соответственно этому число последовательно соединенных сумматоров в блоке 3 должно быть также большим. Например, применительно к элементам ТТЛ-логики целесообразно выбирать 6-12. В этом случае асинхронный процесс, возбуждаемый в контуре из сумматоров блока 3, утратит периодический характер и станет случайным, что будет способствовать фиксации статистически независимых символов в первом разряде регистра 2.

Благодаря совмещению функций блока линейной обратной связи и генератора асинхронной случайной последовательности, использующего малые естественные вре.мениые флуктуации сумматоров, устройство получается простым, выполненным полностью на цифровых элементах и допускает возможность работы в двух режимах: случайном и псевдослучайном, без включения автономного датчика исходной последовательности случайных символов.

Формула изобретения

Генератор случайной последовательности содержащий регистр кода, выходы разрядов которого соединены с входами соответствующих разрядов регистра сдвига, установочный вход которого является входом «Запись генератора, генератор тактов1,1Х импульсов, выход которого соединен с синхронизирующим входом регистра сдви1 а, разрядные вы.ходы которого соединены с первой группой входов блока сумматороЕ по модулю два соответственно, выход которого соединен с входом «Сдвиг регистра сдвига, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения генератора за счет повышения рандомизации формируемой последовательности, он содержит переключатель, выход которого соединен с второй группой входов блока сум.мато- ров по модулю два, выход которого соединен с первым входом переключателя, второй вход которого объединен с входом блока сумматоров по модулю два и является входом настройки генератора.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в стохастических вычислительных машинах, моделирующих устройствах и также в качестве имитаторов цомех. Цель изобретения состоит в расширении области применения генератора за счет повышения рандомизации формируемых последовательностей. Генератор содержит генератор 1 тактовых импульсов, регистр 2 сдвига, блок 3 сумматоров по модулю два, регистр 4 кода, переключатель 5. Случайный режим осуществляется переводом переключателя в положение 52. При этом образуется дополнительный замкнутый контор из блока сумматоров по модулю два, способный генерировать высокочастотный асинхронный случайный процесс, отдельные выборки из которого записываются под действием тактовых импульсов генератора в регистр. Благодаря этому псевдослучайный режим работы регистра с линейной обратной связью через блок сумматоров по модулю два нарушается. Для нормальной работы генератора в псевдослучайном режиме необходимо предварительно занести сигналом «Запись исходное состояние в регистр, записанное в регистре кода. 3 ил. (Л ND ;о СП to