Многоканальный генератор случайных чисел Советский патент 1976 года по МПК G07C15/00 G06F1/02 

(54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может ;быть использовано при исследовании устройств и систем автоматического )Т1равле ния на физических моделях и аналоговьщ вычислительных машинах с учетом случа4И иых возмущений.ч Известны многоканальные генераторы случайных чисел, использующие временный метод формирования некоррелированных сигналов. Один из известных многоканальных гене раторов случайных чисел 1 содержит ис точник шума, квантователь, генератор тактовых импульсов и коммутатор, Основным недостатком этого генератору является то, что, он не может полностыо устранить корреляцию сигналов в каналах, а также то, что выходные сигналы имеют тот же, что и исходный сигнал, закон распределения. Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является генератор .случайных чисел С2, содержащий последо 1вательно соединеннью первичный источник случайных импульсов, блок формирования Iимпульсов, фильтр низких частот, ключ, амрлитудный селектор, а также блоки памятИ| выходы которых присоединены ко входам матричного переключателя, многофазный ждущий мультивибратор, блок управления, йыход которого соединен со входом многофазного ждущего мультивибратора, первый и |второй выходы которого соединены соответр ственно с другими входами ключа и ампли:тудного селектора. Основным недостатком существующего |устройства является зависимость между последовательностями случайных чисел, выфадаюшими в разных каналах генератора. Эта объясняется тем, что случайные числа в .каждом последующем канале образуются пу:тбм сдвига во времени на один такт случайного, числа, -вьтавшего в предыдущем конале. Таким образом, во всех каналах со сдьигом во времени на одкн такт работы гене- ipaTopa повторяется одна и та же последовательность случайных чисел, поэтому ген« ратор не может быть использован в случаях, когда моделируемые возмущения неаа|висимы. Целью изобретения является получение во всех каналах независимых одно от другого последовательностей случайных шсел с любыми наперед заданныгуи законами распре- деления, т. е. расширение функциональных возможностей , генератора. 1 Это достигается тем, что в предложен- ный генератор введены регистры сдвига импульсов и делитель частоты, выход ко-: торого соединен с первым входом регистр, 1сдвига импульсов, второй вход котор.ого, .и вход делителя частоты подключены к вь ходу блока управления, а выходы амшштуДного селектора соединены со считывающими; .входами блоков памяти всех каналов. Вхо4 ды сброса блоков памяти присоединены к i соответствующим одноименным выходам регистра сдвига импульсов. На фиг. 1 изображена структурная cxe-f ма многоканального генератора случайных: чисел; на фиг. 2 ,- временная диаграмма. Генератор включает в себя последовательно соединенные первичный источник случайных импульсов 1, блок формирования импульсов 2, фильтр низких частот 3, клюЧ; 4, амплитудный селектор 5, выходы которого соед1гШены со считывающими входами блоков памяти 6, выходы которых хюдкгаоЦ чены ко входам матричного переключателя 7. Вторые входы ключа 4 и амплитудного селектора 5 соединены соответственно с первым и вторым выходом многофазного ждущего мультивибратора 8, вход которогй а также второй вход регистра сдвига им- i пульсов 9 и вход делителя частоты 1О присоединены к выходу блока управления 11. j Выход делителя честоты 10 соединен входом регистра сдвига импульсов 9, перН вый, второй и последующие выходы кото- рого подключены к щинам сброса блоков памяти 6 одноименных каналов, (т. е, nepf вого, второго и последующих). Пр1шдип действия предлагаемого многоканального генератора случайных чисел ос нован на получении на выходе амплитуш о-; го селектора случайных чисел с нормироваЬ,,ными вероятностями появления и дальней- щего периодического считывания и запоми нания случайных чисел блоками памяти 6. .При этом каждый блок памяти 6 образует .свой канал. Считывание по каналам проиэ-/ водится со сдвигом во времени, равным дф тельности такта блока управления 11. Работа генератора поясняется на времен ной диаграмме (см. фиг, 2), где обозначен ны; LI последовател1 ность импульсов на выходе блока управления 11; регулярая последовательность случайных чисел импульсов со случайными дискретными значениями амплитуды) на выходе амплитудoro селектора 5; лоследовательноо- и импульсов на выходе делителя частоты iQ, 1/4; последовательность импульсов на первом выходе регистра : -Ьдвига импульсов; 9 и/- последовательность импульсов на втором выходе регистра сдвига импульсов; 9, lUe последовательность случайных чи-, сел на выходе блока, пам.яти 6 первого Kajfала, последовательность случайных чисел на выходе блока ламяти 6 второго канала Т - период импульсов блока управления ; , т.е. период взятия проб амплитудным селектором 5, Т - период тактовых импульсов делителя частоты (для примера Т принят равным ЗТГ, b общем случае Т гпТ , где ;П 1,2,3,..., K-i, К, где К .число каналов генератора). Для упрощения на диаграмме (фиг. 2) изображены выходные сигналы блоков памя- , ти лищь первого и второго каналов генера тора. Аналогично можно изобразить последовательность случайных чисел на выходе блоков памяти 3,4,,.., К-1, К каналов. , : Генератор работает следующим образом Блок управления 11 вырабатывает импульсы и i , запускающие мультивибратор 8, с первого выхода которого периодичес-:, ки (с периодом Т ) подаются управляющие; импульсы на второй вход ключа 4, В момент прихода этого имп:ульса ключ 4 открывает7 ся, и на первый вход амплитудного селек-; тора 5 поступает импульс случайной амплитуды, равной напряжению на выходе фильтра низких. частот 3 в момент взятия про-4 6bii В зависимости от амплитуды этого импульса на одном из входов амплйтудно- ; го селектора 5 появляется сигнал, что экЦ вивалентно выпаданию того или иного числа. Обнуление амплитудного селектора 5 осуществляется импульсом, поступающим периодически со второго выхода мультивиб -; .ратора 8. Таким образом, на выходе амплитудного селектора 5 имеет место pery-j лярная (с периодом t ) последовательностТ}. случайных чисел (импульсов U-j,случайной величины) с нормированными вероятностями появления. Управляющие импульсы U., с выхода блЬ-. ка управления 11 поступают также на вто рой вход регистра сдвига импульсов 9 и на вход делителя частоты 10, На выходе делителя частоты образуется регулярная (с периодом Т, в f1 раз больщим, чем пвг риод Т управляющих импульсов блока уп|равленпя 11) последовательность импуяьсо|а U - , поступающая на первый вход регистр - сдвига импульсов 9. Импульс U-/ обнуляет регистр сдвига импульсов 9, и при приходе на его второй вход управляющего импул са и образуется импульс U f на первом вы} ходе регистра сдвига импульсов 9. При приходе последующего импульса U выходно импульс сдвигается с первого выхода на второй Uj и т. д, Выходные импульймК..,,,. ylj: и т. д. регистру сдвига импульсов 9, поступают на шины сброса соответствующих блоков памяти 6. При этом блоки памй:ти 6 сбрасывают записанное ранее случайно число и записывают новое ( |и т. д.), соответствующее числу, выпавше му на выходе амплитудного селектора 5 :В момент поступления импульсов Ul,, и т. д. При поступлении следующего импульса , U 5 с делителя частоты 10 на первый вход регистра сдвига импулЪсов 9 последний обнуляется и при поступлении сигнала iifif на его второй вход вновь появляется импульс на его первом выходе. С этого момента начинается следующий такт работы первого канала. Таким образом, во всех каналах генератора реализуются абсолютно независимые ;последовательности импульсов со случа4 - . ной амплитудой (чисел) и с нормированны4 ми (известными) вероятностями появления,, Эти последовательности импульсов посту- i пают на вход матричного переключателя 71 где набираются любые (в общем случае nnfi всех каналов разные) законы распределения. Степень корреляции случайных чисел одного канала регулируется длительностью периода Т. Если Т больше времени корреляции t ., 1шфранизкочастотного случайного 5 75 напряжения на выходе фильтра низких частот 3, то случайные числа некоррелированны. Если i, меньше ТГ , то следует счи тать некоррелированными и последователь- щости случайных чисел в разных каналах генератора, Формула изобретения Многоканальный генератор случайных (Чисел, содержащий последовательно соедин ниые первишый источник случайных импуль4 icoB, блок формирования импульсов, фильтр частот, ключ, амплитудный селектор, gj также блоки памяти, выходы которых присоединены ко входам матричного переклк4чателя, многофазный ждущий мультивибратор, блок управления, выход которого соединен со входом многофазного ждущего мультивибратора, первый и второй выходы iOToporo соединены соответственно с входами ключа и амплитудного селек-; гора, отличающийся .тем, что, ь целые расширения функциональных возмомюстей генератора, в него введены регистр здвига. импульсов и делитель частоты, вы. ioR которого соединен с первым входом р4гистра сдвига импульсов, второй вход кото рого Тй вход делителя частоты подключены к выходу блока управления, а выходы амплитудного селектора соед1шены со ичитывающими входами блоков памяти всех каналов; входы сброса блоков памяти канало11 присоединены к соответствующим одноименным выходам регистра сдвига импульсов г Источники информащш, принятые во BHJ мание при экспертизе: 1.Бобнев М. П., Генерирование случайных сигналов. Энергия, 1971, стр. 84.; 2,Авторское свидетельство СССР ; № 466500, кл.. G 06 Р 1/02, от 1973;г.

If.

и.

If,

.1