Генератор случайных чисел Советский патент 1981 года по МПК G06F1/02 G06F15/00 

1

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при моделировании случайных процессов.

Известен генератjp случайных чи сел, принцип действия которого основан на пересчете по модулю два шумовых импульсов через зафиксированные интервалы времени 1.

Однако в этом генераторе осуществляется стробирование исходной шумовой последовательности тактовыми импульсами непосредственно на усилителе-ограничителе. В результате стробирования первые и последние импульсы серий с большой вероятностью рассекаются и на входе счетного триггера появляются сколь угодно короткие импульсы. Длительность и амплитуда их недостаточна для уверенного ср.аОдтывания счетного триггера, что приводит к проявлению несимметрии триггера, а в итоге - к отклонению вероятностей появления единиц и нулей на выходе ГСЧ от О,5. Поэтому необходимо расширить импульсы по длительности до величины достаточной для уверенного срабатывания счетного триггера. Но расширение импульсов, поступающих на вход

триггера, приводит к соответствующему сокращению интервалов между ними. Чтобы сохранить при этом достаточные интервалы между импульсами необходимо дополнительное сокращение полосы частот спектра исходного шумового сигнала. Однако это может привести к пропорциональному сокращению средней частоты следования шумовых им10пульсов и, следовательно к такому же уменьшению частоты генерирования последовательности случайных чисел (при фиксированных требованиях и ее качеству).

15

Наиболее близким по тонической сущности к предлагаемому изобретению является генератор случайных чисел, содержащий источник широкополосного шумового напряжения, усилитель-огра20ничитель, преобразователь, электронный KJD04, пороговый элемент, расширитель, счетный триггер и элемент

И 2.

Недостатками этого генератора яв25ляются малое быстродействие, низкое качество последовательности случайных чисел и недостаточная надежность.

Известно, что быстродействие генератора (при заданном качестве генерируемой последовательности) прямо про30порционально количеству случайных импульсов, приходящихся на тактовый интервал. Стробирование же исходной шумовой последовательности исключает из нее импульсы, попавшие в интервал стробирования, тем самым уменьшая быстродействие. Например,в случае использования шумящего диода )2Г401Л с Верхней траничной частотой равномерного спектра 2,5 мГц при длительности.стробирующих импульсов, равной 1,2 МКС, в каждом тактовом ин тервале находится в среднем на 3 случайных импульса меньше. Для качественного получения равномерно распределенных чисел счетный триггер между опросами должен переброситься 8-10 раз. с учетом этого, максимальное быстродействие может быть достиг нуто 250-310 кГц,но Стробирование шу мовой последовательности уменьшает его до 190-230 кГц. С другой стороны, при фиксированном быстродействии, например равном 200 кГц, Стробирование шумовой после довательности увеличивает методичес кую погрешность Р, равной величине отклонения бинарной последовательнос ти случайных чисел от равновероятной в 400 раз. Недостатком генератора является появление в результате строби рования дополнительной погрешности за счет увеличения степени коррелируемости случайных чисел на выходе. Это объясняется теМ) что в спектре случайной последовательности групп импульсов с детерминированными инте валами следования групп и с случайными длительностями импульсов в гру пах появляются составляющие спектра функционально зависимые от частоты следования групп, т.е. частоты стро бирования . Качество генерирования случайных чисел снижает и возможность рассогласования во времени стробирующего и считывающего импульсов из-за разл чия трактов их прохождения и в результате флуктуации задержек этих трактов в зависимости от экземпляро применяемых микросхем. Наличие же формирователей строби рующего и считывающего импульсов ве дет к громоздкости схемы, и, как следствие этого, - к снижению.надеж ности. Цель изобретения - увеличение быстродействия генератора. Цель достигается тем, что считывание состояния счетного триггера осуществляется привязанными к такто вой частоте фронтами умпульсов из случайной последовательности, проти воположными фронтам срабатывания счетного триггера. Для этого в известный генератор случайных чисел, содержащий последо вательно соединенные источник широк полосного шумового напряжения, усилитель-ограничитель , преобразователь временного интервала в монотонно возрастающее напряжение, пороговый элемент, расширитель импульсов и счетный триггер, выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого является выходом генератора,введены элемент НЕ и триггер, выход которого соединен свторым входом элемента И, нулевой вход триггера подключен к источнику тактовых импульсов, а единичный вход триггера подключен через элемент НЕ к выходу расширителя импульсов. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, на фиг. 2 - эпюры напряжений в отдельных точках генератора. Генератор содержит последовательно соединенные источник 1 широкополосного шумового напряжения, усилительограничитель 2, преобразователь 3 временного интервала в монотонно возрастающее напряжение, порогов&й элемент 4, расширитель 5 импульсов,счетный триггер б и элемент И 7. выход расширителя 5 соединен с входом элемента НЕ 8. Источник 9 тактовых импульсов подключен к нулевому входу триггера 10, единичный вход которого соединен с выходом элемента НЕ 8, а выход - с вторым входом элемента И 7. Генератор работает следующим образом. Сигнал, генерируемый источником широкополосного шумового напряжения, поступает на вход усилителя-ограничителя 2. Усиленная последовательность импульсов случайной длительности, следующих через случайные интервалы времени, подается на преобразователь временного интервала в монотонно возрастающее напряжение, с выхода преобразователя треугольные импульсы с амплитудами, пропорциональными их длительности, поступают на вход порогового устройства 4, с помощью которюго производится выборка и нормализация по амплитуде импульсов, превьВ11ающих по напряжению некоторый уровень. Последовательность нормализованных по амплитуде и случайных по длительности импульсов с выхода порогового устройства подается на расширитель 5 импульсов, который увеличивает их длительность до величины, минимально, необходимой для уверенного запуска применяемого счетного триггера 6 (фиг. 2а). Триггер б пересчитывает эту импульсную последовательность по модулю два (фиг. 2в) и выдает ее на элемент И 7. Одновременно с этим триггер 10 каждый такт обнуляется импульсами тактовой частоты (фиг. 2г),а первый, пришедший с инвертора 8, случайный

импульс (фиг, 26) переводит триггер 10 в единичное состояние. В результате этого, с триггера 10 (фиг. 2д) на элемент И 7 поступает следующая с тактовой .частотой последовательность импульсов, передние фронты которых фиксируют состояние счетного триггера 6. Следует заметить,что фикса-ция случайных состояний счетного триггера всегда достоверна, так как моменты считывания определяются самой гаммой и всегда находятся в интервале считываемых импульсов.

Формула изобретения

Генератор случайных чисел, содержащий последовательно соединённые источник широкополосного шумового напряжения, усилитель-ограничитель,преобразователь временного интервала в

монотонно воэрастанщее напряжение,пороговый элемент, расширитель импульсов и сч -тный триггер, выход которого соединен с первьм входом элемента И, выход которого является выходом с генератора, отлич-ающийся тем, что, с целью повышения быстродействия генератора, он содержит элемент НЕ и триггер, выход которого соединен с вторым входом элемента И, нулевой вход триггера подключен к ис0точнику тактовых импульсов, а единичный вход триггера подключен через элемент НЕ к выходу расширителя импульсов .

Источники информации, 5 принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 514424, кл. Н 03 К 3/84, 1973.

2.Авторское свидетельство СССР

№ 385295, кл. G 06 G 7/52, 1971 (прототип).