Генератор псевдослучайных чисел Советский патент 1991 года по МПК G06F7/58 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматизированного контроля цифровых блоков в качестве источника последовательностей испытательных двоичных кодов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет формирования заданных подпоследовательностей внутри генерируемой последовательности кодов и управления длиной этих подпоследовательностей.

На фиг. 1 изображена структурная схема генератора псевдослучайных чисел; на фиг. 2 - структурная схема блока управления; на фиг. 3 - схема 6-разрядного задающего генератора псевдослучайных п оследо вйтел ьностей.

Генератор псевдослучайных последовательностей содержит N (N - число выходов генератора), D-триггеров 1, N элементов 2 задержки N элементов И 3, N сумматоров 4 по модулю два, блок 5 памяти, вход 6 задания числа выходов генератора, блок7 управления, Е.ХОД 8 начальной установки генератора, вход 9 пуска генератора, вход 10 останова генератора, п регистров 11 сдвига (п - количество дополнительных выходов генератора), дополнительный элемент 12 задержки, элемент ИЛИ 13, информационный выход 14 блока управления, счетчик 15, вход 16 сброса блока упоав- ления, выходы сигналов первой 17 и второй

18синхросерий блока управления, первый

19и второй 20 дополнительные элементы И, вход 21 задания генерируемого код,э, п мультиплексоров 22, вход 23 задания количества подпоследовательностей генератора, дополнительные выходы 24 генератора.

Блок управления состоит из генератора 25 непересекающихся последовательностей, первого выхода 26 генератора непересекающихся последовательностей, первого элемента И 27, второго выхода 28 генератора непересекающихся последовательностей, второго элемента И 29, первого элемента ИЛИ 30, второго триггера 31, второго 32 и третьего 33 элементов ИЛИ, счетчика 34, элемента 35 задержки и первого триггера 36.

Работу генератора псевдослучайных чисел можно разделить на два этапа; первый - настройка и начальная установка генератора, второй - генерация испытательных кодов.

На первом этапе оператор с пульта управления задает ДЕЮИЧНЫЙ т-разрядный код числа N, при этом N не должно превышать максимально возможное количество выходов задающего генератора. Этот двоичный m-разрядный код числа N поступает на информационные входы блока 5 памяти, выходной двоичный код блока памяти 5 задает количество и последовательность D- и

Т-триггеров задающего генератора. Код числа N поступает также в блок 7 управления на группу входов 6, Далее оператор по входу 21 устанавливает двоичный код длиной N, который генерируется задающим генератором по j-му разряду на N тактах, предшествующих выбранному исходному состоянию задающего генератора. Исходное состояние задающего генератора может быть произвольным не нулевым, при

этом необходимо определить соответствующий код начальной установки п регистров сдвига 11. После этого в блок 7 управления на вход 8 подается сигнал Начальная установка, который соответствует тактовому

сигналу первой синхросерий сигналов с выхода 26 генератора 25. Этим же сигналом устанавливается начальный код (начальные состояния D-триггеров 1) задающего генератора и записывается в п регистров 11

сдвига исходный двоичный код с входа 21. Далее сигнал Начальная установка, задержанный элементом 12 задержки нз время г , необходимое для установления сигналов на выходной m-разрядной шине 14 блока 7 управления, поступает через элемент ИЛИ 13 на управляющий вход счетчика 15. В результате в счетчик 15 переписывается информация с выходной m-разрядной шины 14 блока 7 управления (двоичный код числа (N-2). На

пульте управления оператор набирает двоичный 1-разрядный код числа h, который я виде потенциалов поступает по входной шине 23 генератора псевдослучайных чисел на адресные входы мультиплексоров 22..8 итоге на выходы 24 генератора псевдослучайных чисел и-на информационные разряды сдвига соответствующих регистров 11 сдвига подключаются требуемые разряды с регистров 11 сдвига. При этом необходимо

соблюдение следующего условия: N - , где п - количество информационных выходов генератора.

Этап генерации испытательных кодов начинается с приходом на вход 9 блока 7

- управления сигнала Пуск, который соответствует тактовому сигналу первой синхросерий с выхода 26 генератора. Сигналы Начальная установка и Т1уск могут формироваться оператором. С выхода 18 блока 7

управления на тактовые входы сдвига регистров 11 сдвига поступают сигналы, соответствующие второй синхросерий с выхода 28 генератора 25, вызывая последовательный сдвиг информации в каждом из них, при

этом на информационный вход сдвига первого регистра сдвига 11 поступает сигнал с выхода одного любого J-ro элемента задержки 2(j 1, N). Тактовый импульс с выхода 18 блока 7 управления поступает также на первые входы элементов И 19 и 20. Если на j-м выходе задающего генератора установился нулевой потенциал, то, поступая на вторые входы элементов И 19 и 20, он блокирует выход элемента И 20 и открывает элемент И 19 (второй вход элемента И 19 инверсный). В результате на вход -Г счетчика 15 поступает импульс, который вызывает отрицательное приращение содержимого счетчика 15. Если же на j-м выходе задающего генератора псевдослучайных последовательностей установился единичный потенциал, то, наоборот, выход элемента И 19 блокируется, элемент И 20 открывается, разрешая прохождение тактового сигнала с выхода 18 блока 7 управления через элемент ИЛИ 13 на управляющий вход счетчика 15. При этом информация (двоичный код числа (N-2) с выходной т-раз- рядной шины 14 блока 7 управления переписывается в счетчик 15. т.е. счетчик 15 возвращается в исходное состояние. С выхода 17 блока 7 управления на синхровходы D-триггеров 1 задающего генератора поступают тактовые сигналы, соответствующие первой синхросерии с выхода 26 генератора 25 блока 7 управления. В результате с приходом каждого импульса на синхровходы D-триггеров 1 задающего генератора на выходах последнего возникает двоичный N- разрядный,код, причем временной сдвиг между импульсами, поступающими с выходов 17 и 18 блока 7 управления, выбирается из условия установления уровня потенциалов на выходах задающего генератора псевдослучайных последовательностей.

Функциональным назначением счетчика 15 является реакция на появление на j-м выходе задающего генератора подряд (N-1) нулевых потенциалов. С появлением на J-M выходе задающего генератора (N-1) подряд идущих нулей на выходе 16 счетчика 15 возникает импульс заема, который поступает на соответствующий вход блока управления 7. В результате очередной импульс с выхода 17 блока управления 7 блокируется и этот же нуль с j-ro выхода задающего генератора повторно записывается в первый регистр 11 сдвига группы из п регистров 11 сдвига с одновременным сдвигом информации в них. Данное техническое решение необходимо для того, чтобы занести в регистры 11 сдвига N-й нуль, который нам дает нулевой код, в то время как нулевой код задающий генератор псевдослучайных последовательностей не дает. На протяжении всей работы устройства полезная информация снимается с выходов 24 группы из п мультиплексоров 22.

5Блок 7 управления рабвтает следующим

образом.

По сигналу Начальная установка информация с (лл-1) первых разрядов входной m-разрядной шины 6 блока 7 управления

0 записывается в счетчик 34, триггеры 31 и 36 устанавливаются в нулевое состояние. Сигнал Начальная установка, задержанный элементом 35 задержки на время тг , необходимое для записи начальной информации

5 (двоичный код числа N) в счетчик 34, поступает на вход -1 последнего, В результате содержимое счетчика 34 получает отрицательное приращение на единицу. Выходы счетчика 34 в совокупности с незадейство0 ванным т-м разрядом входной шины 6 образуют на выходной шине 14 блока управления 7 двоичный код числа (N-2). Выходы 17 и 18 элементов И 27 и 29 заблокированы нулевыми сигналами с выходов

5 триггеров 31 и 36.

Сигнал Пуск, поступающий на вход 9 блока 7 управления с пульта оператора, устанавливает в единичное состояние триггеры 31 и 36. Единичный сигнал с выхода

0 триггера 36 открывает элемент И 27, разрешая прохождение импульсов первой синхросерии с выхода 26 генератора.

Импульс, поступивший на вход 16 блока 7 управления, пройдя через элемент ИЛИ

5 33, сбрасывает триггер 31 в нуль В результате выход 17 элемента И 27 блокируется. Очередной импульс с выхода 28 генератора 25 тактовых импульсов через элемент ИЛИ 30 устанавливает триггер 31 в единичное

0 состояние, элемент И 27 открывается. Сигнал Останов, поступающий на вход 10 блока 7 управления, сбрасывает триггер 36 в нулевое состояние, в результате чего выходы 17 и 18 элементов И 27 и 29 блокируют5 ся.

Рассмотрим работу генератора псевдослучайных чисел на конкретном примере.

На фиг. 3 приведена схема шестиразрядного (N 6) задающего генератора псев0 дослучайных последовательностей, который состоит из одного D-триггера 37 и пяти Т-триггеров 38, соединенных последовательно.

Единичный выход последнего Т-тригге5 ра 38 подключен к информационному входу первого Ь-триггера 37. Единичные выходы триггеров являются выходами задающего генератора. Вход 8 генератора псевдослучайных чисел подсоединен к S-входам всех

триггеров, а вход 17 - к синхровходам триггеров.

Пусть количество информационных аь- ходов генератора равно 3, h 21(2.).

В таблице приведен пример работы генератора псевдослучайных чисел в течение 65 тактов.

Ф.ормула изобретения 1. Генератор псевдослучайных чисел по авт. св. № 1280619, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем формирования заданных последовательностей внутри генерируемой последовательности кодов и управления длиной этих подпоследоЕ атепь ностей, в него введены два дополнительных элемента И, дополнительный элемент задержки, элемент ИЛИ, блок управлении, счетчик, п регистров сдвига (где ,N- разрядность исходных последовательностей генератора; п - число формируемых подпоследовательностей) и п мультиплексоров, причем вход задания числа выходных разрядов генератора соединен с адресным входом блока памяти и входом задания чма- ла выходных разрядов генератора блока управления, входы начальной установки, пуска и останова которого являются соответственно одноименными входами генератора, выход сигналов первой синхросерми блока управления подключен к тактовым входам D-триггеров, выход сигналов второй синхросерии блокь управления соединен с тактовыми входами регистров сдвига и с первыми входами первого и второго дополнительных элементов И, выходj-ro элемента задержки (j 1, N - количество выходов генератора) подключен к входу сдвига первого регистра сдвига и вторым входам первого и второго дополнительных элементоа И, выходы которых подключены соответственно к вычитающему входу счетчика и первому входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с установочным входом счетчика, выход заема которого соединен с входом сброса блока управления, вы ход длительности цикла которого соединен с информационным входом счетчика, вход начальной установки генератора соединен с установочными входами D-триггеров, с входами записи регистров сдвига и через дополнительный элемент задержки с вторым входом элемента ИЛИ, выход q-ro регистра сдвига

(q ТГп) подключен к информационному 1зходу q-ro мультиплексора, выход 1-го мультиплексора (1 1, п-1 соединен с входом сдвига (i+1)-ro регистра сдвига, информационные входы регистров сдвига являются «ходом задания выходной последовательности на предпоследнем такте цикла формирования генерируемого кода генератора, адресные входы мультиплексоров - входами задания количества последовательностей генератора, выходы мультиплексоров - выходами подпоследовательностей генератора.

2. Генератор по п. 1,отличающийся

гем, что блок управления содержит два триггера, три элемента ИЛИ, два элемента И, элемент задержки, счетчик и генератор непересекающихся последовательностей, вход пуска блока соединен с установочным

входом первого триггера и с первым входом первого элемента ИЛИ, вход останова - с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу сброса первого триггера, выход которого соединен с

первыми входами первого и второго элементов И, вхсд начальной установки блока соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, с вторым входом второго элемента ИЛИ, с установочным входом счетчика и через элемент задержки с вычитающим входом счетчика, вход сброса блока подключен к второму входу третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу сброса второго триггера, выход которого соединен

с вторым входом первого элемента И, третий вход которого подключен к первому выходу генератора непересекающихся последовательностей, второй выход которого соединен с вторыми входами второго элемента И и. первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к установочному входу второго тритера, (т-1) старшие разряды (т - разрядность числа N) задания числа выходных разрядов генератора блока соединены с информационным входом счетчика, разрядные выходы которого являются выходами т-1 старших разрядов выхода длительности цикла блока, m-й разрядный вход задания числа выходных разрядов блока соединен с т-м разрядным выходом длительности цикла блока, выходы первого и второго элементов И являются выходами соответственно сигналов первой м второй син- хросерий блока.

AT

2

A3

м

A5

6

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматизированного контроля цифровых блоков в качестве источника последовательностей испытательных двоичных кодов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет формирования заданных последовательностей внутри генерируемой последовательности кодов и управления длиной этих подпоследовательностей. Генератор содержит N D-триггеров 1 (N - число выходов генератора), N элементов 2 задержки, N эпементов И У, N сумматоров 4 по модулю два, блок 5 памяти, блок 7 управления, счетчик 15, дополнительный элемент задержки 12, элемент ИЛИ 13, два дополнительных элемента И 19 и 20, п регистров сдвига 11 (п - число дополнительных выходов генератора), п мультиплексоров. 1 з.п. ф-лы. 3 ил. (Л Vf

37

38

rS

35

30

38

Фие.З