Генератор случайных двоичных чисел Советский патент 1987 года по МПК G06F7/58 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении датчикоЕ случайных двоичных чисел с распределением Пойа.

Цель изобретения - расширение области применения генератора путем получения распределения Пойа.

Сущность изобретения основана на аппаратурном моделировании случайных испытаний, заключающихся в выборе наугад шара

соответственно первого и второго и вторыми входами второго и первого преобразователей 23 и 24. Выходы последних соединены соответственно с единичным и нулевым входами триггера 25, установочные входы преобразователей 23 и 24 являются соответственно первым и вторым входами задания интенсивности блока 15.

Преобразователи 23 и 24 код - интенсивность случайного потока импульсов соиз урны, содержащей в начале испытаний 10 держат элемент 26 задержки, счетчик 27, bo и Со шаров белого и черного цветов соот- стробированный дешифратор 28, группу 29 ветственно, возврате этого шара в урну вмес- элементов И и элемент ИЛИ 30. те с S шарами того цвета, что и выбран-Генератор работает следующим образом,

ный шар, и подсчете числа извлеченныхПредварительно во второй 10 и третий

шаров белого цвета в серии из п испытаний.11 регистры заносят числа bo и со, определяВ результате появляется новое свойство дис- ющие численность белых и черных щаров соответственно в моделируемой урне на начальный момент времени. Коэффициенты п деления делителя 8 частоты устанавливают размер серии из п случайных испытаний, за предлагаемого генератора случайных двоич- 2Q ключающихся в выборе наугад одиночных ша- ных чисел расширяется за счет получения ров из урны. Параметром s блока 4 формирования пачки из s импульсов устанавливают число дополняемых в урну шаров того же цвета, что и цвет выбранного шара, после каждого испытания.

25 Импульсы генератора 1 частотой , где т„ - длительность пачки из s импульсов, через первый элемент 2 задержки поступает на вход делителя 8 частоты. На выхокретнои вероятностной системы с четырьмя степенями свободы; Ь, с, п, s. Известный генератор имеет три степени свободы. Благодаря этому свойству область применения

распределения Пойа.

На фиг. 1 приведена структурная схема генератора случайных двоичных чисел, на фиг. 2 - схема блока формирования пачки из s импульсов; на фиг. 3 - схема блока формирования случайного двоичного сигнала; на фиг. 4 - схема линейного преобразователя код - интенсивность случайного потока импульсов.

Генератор случайных двоичных чисел содержит генератор 1 импульсов, первый 2 и второй 3 элементы задержки, блок 4 формирования пачки импульсов, первый 5 и второй б элементы И, элемент 7 загфет, делитель 8 частоты, первый 9, второй 10 и третий 11 регистры памяти, первый 12, второй

де последнего появляется каждый п-и импульс, который определяет начало рабочего 30 цикла генератора путем записи содержимого первого 10 и второго 11 регистров памяти о второй 13 и третий 14 счетчики соответственно, а также записи содержимого первого счетчика 12 в первый регистр 9 памяти и сброса спустя время, определяемое

13 и третий 14 счетчики, блок 15 формиро- 35 вторым элементом 3 задержки, первого счет- вания случайного двоичного сигнала.чика 12 в нуль. Первый элемент 2 задержки

Блок 4 формирования пачки импульсов служит для разделения моментов проведе- (фиг. 2) содержит триггер 16, единичный вход которого является входом запуска блония последнего из серии п испытании и начала нового цикла генератора.

С учетом двоичных кодов, действующих на первом и втором входах установки интенсивности блока 15, на выходе последнего формируется случайный двоичный сигнал с непрерывным временем и параметром Р(1)

ка, а прямой выход - первым выходом бло- Q ка 4, делитель 17 частоты, выход которого соединен с входом «Сброс триггера 16, и последовательно соединенные генератор 18 импульсов и элемент И 19, второй вход которого соединен с прямым выходом триггера

16, а выход - с входом делителя 17 час- 45 ТГхГ равным относительной доле белых ша- тоты и является вторым выходом блока 4.

Блок 15 формирования случайного двоич-ров в моделируемой урне.

ного сигнала с непрерывным временемРассмотрим работу блока 15. Импульсы

(фиг. 3) содержит генератор 20 случайного генератора 20 случайного потока импульсов потока импульсов, элемент ЗАПРЕТ 21, рав- через постоянно открытый в отсутствие им- новероятностный двухполюсник 22, два 50 пульсов бланкирования элемент ЗАПРЕТА

21 поступают на вход равновероятностного двухполюсника 22, на выходах которого они разделяются на два независимых друг от друга потока с равной интенсивностью. Первый поток импульсов с помощью первого

преобразователя 23 и 24 код - интенсивность случайного потока импульсов, триггер 25, прямой выход которого является выходом блока 15, входом запрет которого является инверсный вход элемента ЗАПРЕТ 21. Выход генератора 20 соединен с прямым входом элемента ЗАПРЕТ 21, выход которого соединен с входом двухполюсника 22, выходы которого соединены с первыми входами

55

преобразователя 23 код - интенсивность, управляемого двоичным кодом х Ь, преобразуется в случайный поток Ях. Аналогично второй поток с помощью второго преобрасоответственно первого и второго и вторыми входами второго и первого преобразователей 23 и 24. Выходы последних соединены соответственно с единичным и нулевым входами триггера 25, установочные входы преобразователей 23 и 24 являются соответственно первым и вторым входами задания интенсивности блока 15.

Преобразователи 23 и 24 код - интенсивность случайного потока импульсов соде последнего появляется каждый п-и импульс, который определяет начало рабочего цикла генератора путем записи содержимого первого 10 и второго 11 регистров памяти о второй 13 и третий 14 счетчики соответственно, а также записи содержимого первого счетчика 12 в первый регистр 9 памяти и сброса спустя время, определяемое

вторым элементом 3 задержки, первого счет- чика 12 в нуль. Первый элемент 2 задержки

служит для разделения моментов проведе-

ния последнего из серии п испытании и начала нового цикла генератора.

С учетом двоичных кодов, действующих на первом и втором входах установки интенсивности блока 15, на выходе последнего формируется случайный двоичный сигнал с непрерывным временем и параметром Р(1)

21 поступают на вход равновероятностного двухполюсника 22, на выходах которого они разделяются на два независимых друг от друга потока с равной интенсивностью. Первый поток импульсов с помощью первого

5

преобразователя 23 код - интенсивность, управляемого двоичным кодом х Ь, преобразуется в случайный поток Ях. Аналогично второй поток с помощью второго преобразователя 24 код - интенсивность, управляемого кодом у с, преобразуется в поток Лу. Потоки Кх и Ку воздействуют соответственно на S- и R-входы триггера 25 и формируют на его прямом выходе случайный двоичный сигнал с параметром Р(1) .

Таким образом, параметр Р(1) случайного двоичного сигнала на выходе блока 15 является функцией текущих состояний второго 13 и третьего-14 счетчиков.

Случайный двоичный сигнал присутствует на первых входах первого 5 и второго 6 элементов И и инверсном входе элемента ЗАПРЕТ 7, на информационные входы которых поступают соответственно импульс генератора 1 и пачки из s импульсов с второго выхода блока 4. На время тп действия пачки из s импульсов блок 15 бланкируется сигналом с первого выхода блока 4, в результате этого в течение времени ч;логический уровень сигнала на выходе блока 15 остается без изменения.

При выполнении условия ( - тп) 1 , л состояния (логические уровни)

У

случайного двоичного сигнала в моменты проведения испытаний независимы. С вероятностью Р(0) -гц- на выходе блока 15 присутствует нулевой уровень. Это событие эквивалентно выбору из урны черного шара и связано с тем, что содержимое третьего счетчика 14 увеличивается на s единиц. Изменение содержимого счетчика 14 меняет параметр случайного двоичного сигнала на выходе блока 15.

С вероятностью Р (1) : т-ц- на выходе

блока 15 присутствует единичный уровень. Это событие эквивалентно выбору из урны белого шара. Поэтому содержимое второго счетчика 13 увеличивается на s единиц. Одновременно содержимое первого счетчика 12 во.зрастает на единицу.

К моменту появления последнего из серии п импульса генератора 1 в первом счетчике 12 находится случайное число |, означающее итоговое число извлечений шаров белого цвета.

Распределение Р(|) в соответствии с известной вероятностной моделью, суть которой состоит в выборе наугад шара из урны, содержащей в начале испытаний bo и с шаров белого и черного цвета соответственно, возврате этого шара в урну вместе с s шарами того же цвета, что и выбранный шар, и подсчете числа g извлечений шаров белого цвета в серии из п независимых испытаний, является распределением Пойа.

P{f К}

Р kb(b+s). b+(k-l)s,c(c+s)... 5 N(N+ S)...N + (n- 1) S.

c+(n-k-f) S).

k 0, n, С„

n

(n-k)

где - общее число шаров (белых и черных) в моделируемой урне в начале рабочего цикла генератора.

15

Формула изобретения

Генератор случайных двоичных чисел, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, первый элемент задержки и делитель частоты, выход которого

0 соединен с входом «Запись первого регистра памяти и входом второго элемента задержки, выход которого соединен с входом «Сброс первого счетчика, второй и третий регистры памяти, блок формирования случайного двоичного сигнала, выход которого соединен с инверсным входом элемента ЗАПРЕТ и первым входом первого элемента И, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а выход первого элемента И соединел со счетным входом пер0 вого счетчика, информационный выход которого соединен с информационным входом первого регистра памяти, выход которого является выходом генератора, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения генератора путем получения распрес деления Пойа, он содержит блок формирования пачки импульсов, второй элемент И, второй и третий счетчики, информационные выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами задания интенсивности блока формирования случайного

0 двоичного сигнала, вход ЗАПРЕТ которого подключен к первому выходу блока формирования пачки импульсов, второй выход которого соединен с первым входом второго элемента И и, прямым входом элемента ЗАПРЕТ, выходы которых соединены со счетными входами соответственно второго и третьего счетчиков, выходы второго и третьего регистров памяти соединены с информационными входами соответственно второго и третьего счетчиков, входы «Запись, которых

Q подключены к выходу делителя частоты вход «Запуск блока формирования пачки импульсов подключен к выходу генератора импульсов, а второй вход второго элемента И соединен с инверсным входом элемента ЗАПРЕТ.

5

(fi/e.j

Изобретение относится к вычислительной технике и позволяет расширить область применения генератора случайных двоичных чисел путем получения распределения Пойа. Сущность изобретения основана на аппаратурном моделировании независимых случайных испытаний, состоящих в выборе наугад отдельного uiapa из урны, содержащей в начале испытаний bo белых и со черных щаров, возврате этого щара в урну вместе с S дополнительными шарами того же цвета, что и выбранный щар, и подсчете числа успехов, связанных с извлечением белого щара в серии из п испытаний. Генератор содержит первый счетчик 12 числа успехов, второй 13 и третий 14 счетчики текущего числа соответственно белых b и черных с шаров в урне, двоичные коды которых управляют блоком 15 (Нормирования случайного двоичного сигнала с непрерывным временем, коэффициент заполнения ks которого равен относительной доле кз b / (b-4-c)белых шаров в урне, два элемента И 5, 6 и элемент ЗАПРЕТ 7, управляемые выходным сигналом блока 15 и предназначенные для реализации случайных испытаний путем подачи ня второй вход первого элемента И 5 импульсов генератора 1, которые также запускают блок 4 формирования пачки из s импульсов с целью увеличения на s единиц содержимого второго 13 либо третьего 14 счетчиков в зависимости от уровня «1 или «О выходного сигнала блока 15, фиксируемого (уровня) на время прохождения пачки из s импульсов сигналом запрета с первого выхода блока 4. Делитель 8 частоты определяет размер п серии испытаний. Каждый импульс с выхода делителя 8 записывает двоичное число | в регистр 9 памяти и подготавливает генератор к новому циклу работы путем сброса в «О первого счетчика 12 и записи во второй 13 и третий 14 счетчики соответственно значений bo и со, находящихся во втором 10 и третьем 11 регистрах памяти. Первый 2 и второй 3 элементы задержки обеспечивают требуемую последовательность срабатывания соответствующих элементов генератора случайных двоичных чисел. 4 ил. Р (Л со N3 СЛ 4 to