Генератор псевдослучайных чисел Советский патент 1982 года по МПК G06F7/58 

(5) ГЕНЕРАТОР ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ

I

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь зовано в стохастических счетно-решающих устройствах.

Известен генератор псевдослучайных чисел с равномерным распределением, содержащий регистр сдвига и сумматор по модулю два в цепи обратной связи.

Однако этот генератор не позволяет выявлять неисправности в процессе его работы l.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является генератор псевдослучайных чисел, содержащий регистр сдвига с сумматором по модулю два в цепи обратной связи, дешифратор, делитель, элемент задержки, элемент НЕ, первый и второй элементы И и реверсивный счетчик, суммирующий и вычитающий входы которого соединены с выходами первого и второго элементов И соответственно, первые входы которых через элемент

задержки и делитель подключены ко входу генератора, а вторые входы к прямому и инверсному выходам 1-го разряда регистра сдвига, выходы регистра сдвига соединены со входами дешифратора, выход которого через элемент НЕ соединен с третьим входом первого элемента И L2.

Недостатком является большое чис ло тактов, необходимое для определения наличия неисправности в генераторе псевдослучайных чисел, большие аппаратурные затраты на реализацию схемы контроля, неработоспособность схемы контроля при неисправ ности, приводящей к появлению О на прямом и инверсном выходе i-горазряда регистра сдвига.

Цель изобретения - упрощение схе20мы генератора, а также повышение быстродействия при контроле неисправности и повышение достоверности контроля . Поставленная цель достигается тем, что в известный генератор псев дослучайных чисел, содержащий регис сдвига с сумматором по модулю два в цепи обратной связи, счетчик, элемент НЕ, элемент И, введены элемент ИЛИ, элемент задержки, сумматор по модулю два и триггер, выход которог соединен с первым входом сумматора по модулю два, выход которого соеди нен с первым входом элемента И, выход которого через элемент задержки соединен со счетным входом триггера выход рекурентного регистра сдвига соединен GO вторым входом сумматора по модулю два, выход которого соеди нен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен со входом Сброс счетчика, счетный вход которого объединен с тактовым входом рекурентного регистра cдвигa вход Установка которого соединен со вторым входом элемента ИЛИ и через элемент НЕ - со вторым входом элемента И. На чертеже представлена блок-схе ма генератора. Генератор состоит из п-разрядног рекурентного регистра 1 сдвига, к которому от генератора тактовых импульсов по шине 2 подают тактовые сигналы, которые также заведены на тактовый вход 3 счетчика 4. Сигнал установки генератора в исходное состояние подают на установочный вход регистра 1 сдвига и через элемент на вход Сброс 6 счетчика ИЛИ 5 от входа Установка 7 через элемент НЕ 8, элемент И9, элемент 10 задержки - на счетный вход триггера 11. Выход 12 последнего разряда регистра 1 сдвига соединен со входом сумматора 13 по модулю два, выход которого заведен на входы эле ментов И9 и ИЛИ 5. Выход триггера 11 подкл чен ко входу сумматора 13. Генератор работает следующим образом. Принцип контроля работы генерато основан на том свойстве псевдослучайной последовательности, что числ следующих подряд сигналов одного значения (О или 1.) в серии, котррая снимается с последнего разряда регистра 1.не должно превышать п. В исходное положение регистр 1 сдви га приводят в режиме параллельного занесения информации, при котором 4 в регистр записывают исходное число, постоянно заведенное на входы параллельной записи (не показаны, запрещенным является только одно состояние регистра 00...0). Для выполнения этой операции на и/ину 7 установки подают сигнал единичного уровня. Этим же сигналом, проходящим через элемент ИЛИ 5 на шину сброса 6, устанавливают в О все разряды счетчика k. Контур А,состоящий из сумматора 13 по модулю два, элемента И 9, элемента 10 задержки, триггера 11. предназначен для сброса счетчика 4 в О при каждом изменении значения информации на шине 12. Для подсчета числа следующих подряд О или 1 на шине 12, выход сумматора 13 по модулю два должен быть в состоянии О. которое позволяет счетчику вести подсчет числа тактов в серии сигналов одного значения (допустим 0 на шине 12. Условия работы счетчика k обеспечиваются при равенстве сигналов на обоих входах сумматора 13 по модулю два. При изменении значения сигнала на шине 12 (допустим с О на 1), на выходе сумматора 13 по модулю два возникает единичный сигнал и сбрасывает все разряды счетчика Ц в О. Этот же единичный сигнал проходит через элемент И 9, задержку 10 на счетный вход триггера 11 и положительным фронтом перебрасывает три1- гер 11 в противоположное состояние. Изменившийся на выходе триггера 11 сигнал, заведенный на вход сумматора 13. вновь восстанавливает на выходе сумматора 13 по модулю два нал , позволяющий начать счетчику k подсчет числа следующих подряд сигналов другого значения (допустим 19 в серии сигналов, снимаемых с шины 12. Работа счетчика продолжается до момента очередной смены сигнала на шине 12. Величина задержки 10 выбирается такой, чтобы суммарная задержка в элементах контура А была достаточна для сброса в О счетчика . При подключении питания триггер 11 устанавливается в произвольное состояние. Если это состояние обеспечивает сигнал О на выходе сумматора 13 позволяющее счетчику вести подсчет, то элемент И 9 блокирует сигнал установки в исходное состояние и не позволяет перебросить сигналу установки триггер 11. Если же на выходе сумматора 13 установится значение 1, то элемент И 9 пропустит сигнал установки в исходное состояние, который положительным фронтом перебрасывает триггер 11 и приводит схему в состояние готовности.

Появление неисправности в регистре 1 приводит к тому, что один или несколько триггеров этого регистра постоянно находятся в одних и тех же (нулевых или единичных состояниях. Последоватеяьно сдвигаясь, это состояние ме позже, чем через п-1 такт проявит себя на виходе последнего разряда регистра . Еще через п+1 такт схема контроля выдаст си1- нал наличия неисправности. Таким образом, предлагаемый ГПСЧ обеспечивает выявление константных неисправностей через L тактов после ее возникновения, 2п L, п+1. Величина L зависит от номера разряда регистра 1, в котором произошла неисправность. Максимальное значение h-2n имеет место при неисправности в первом разряде регистра 1. Дли известного устройства время обнаружения неисправности составляет #, где k - количество триггеров со счетным входом, Е - предельное откло нение числа единиц в последовательности . tУпрощение схемы генератора видно из следующего. Известное устройство требует построения дешифратора на п входов, затраты на который возрастают пропорционально п. Построение п - входового дешифратора представляе

собой определенную трудность.

При реализации устройства целесообразно использовать сдвиговые регистры в интегральном исполнении, однако эти регистры не имеют инверсных выходов, использование которых предусмотрено в известном изобретен Поэтому для реализации генератора потребуется еще определенное число инверторов, которое не требуется в предлагаемом решении. Так как велична п+1 (модуль счетчика 4 в предлагаемом решении) меньше предельного отклонения числа появления единиц

(или нулей) в известном устройстве, то счетчик в предлагаемом решении имеет меньшее число разрядов, чем реверсивный счетчик известного изобретения. Размеры схемы генератора практически не зависят от числа разрядов генерируемых чисел (увеличивается только числоразрядов счетчика, равное , округленного до большого целого числа), увеличение же п в известном устройстве влечет за собой возрастание аппаратурных затрат на реализацию дешифратора и увеличивает число монтажных csj| зей, что приводит к превышению стоимости производства известного генератора по сравнению с предлагаемым.

Формула изобретения

Генератор псевдослучайных чисел, содержащий рекурентный регистр сдвига счетчик, элемент НЕ, элемент И, о т личающийся тем, что, с целью упрощения генератора, он содержит элемент ИЛИ, элемент задержки, сумматор по модулю два и триггер, выход которого соединен с первым входом сумматора по модулю два, выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого через элемент задержки соединен со счетным входом триггера, выход рекурентного регистра сдвига соединен с вторым входом сумматора по модулю два, вы- . ход которого соединен с первь м входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом Сброс счетчика, счетный вход которого объединен с тактовым входом рекурентного регистра сдвига, вход Установка которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ и через элемент НЕ - с вторым входом элемента И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР № , кл. G 06 F 1/02, 1977 (прототип).