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

1

Изобретение относится к вычислитепьной технике и может быть использовано в цифровых вычислительных устройствах для получения случайных чисел при решении задач методами статистического моделирования, в стохастических вычислительных машинах для имитации случайных воздействий, в системах связи, испол1 зующих случайные или псевдослучайные последовательности для формирования шумоподобных сигналов и т. п.

Известен генератор случайных чисел, , содержащий источник шума и счетный триггер, в котором напряжение от источника шума поступает на вход счетноготриггера через ограничитель амплитуды сигнала l .

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущноста является генератор, в котором напряжение от источника шума через усилит-ель поступает на два пороговых элемента с неравными порогами срабатьгоания, выходыкоторых подключены к первому и

второму входам суммируюшего элемента,- Порогсжые элементы преобр)азуют шумовой сигнал в потоки импульсов, случайных по моментам появления и длнтелЕ ностям. С выхода пороговых элементов через.сум1«4ирукш1ий элемент и эмиттерный повторитель потоки импульсе поступают на вход счетного триггера и пересчитываются последним по модулю два. Два пороговых элемента, входы котор)ьвс подключены к выходу усилителя, а выходы - к первому и втсфрму входам суммирующего элемента, позволяют увеличить частоту появления случайных импульсов и в потоках импульсов, поступающих на счетный триггер.

Счетный триггер имеет два устойчивых состояния: логический нуль и . ческая единица. Считается, что под деА ствиек« потока импульсов, поступающих на вход счетного триггера, вероятность нахождения его в состоянии логического нуля с очень высокой точностью будет равна вероятности нахождения его в состоянии логической единицы Г 2 . Однако для известных схем генераторов случайных чисел наблюдаются зна чительные закономерные отклонения от равных значений вероятностей нахождения счетного триггера в состояниях логического нуля и логической единицы. Это обусловлено отсутствием схемотехнических решений, исключающих на входе триггера импульсы с амплитудами и длительностями, недостаточными для ег нормальной работы (назовем их ненормированными импульсами) и неидентичностью физических параметров элементов, участвующих в процессе переключения реального счетного триггера из состояния логического нуля в состояние логической едницы и обратно. В извест ных генераторах случайных чисел требуемые высокие статические параметры достигаются путем случайного подбора элементов, составляющих генератор. Случайный подбор элементов требует проведения большого объема эксперимен тальной работы как при разработке схемы генератора, так и изготовлении каждого его образца, а в ряде случаев приходится проводить периодический контроль статистических параметров гене- раторов, находящихся в эксплуатации. Вместе с тем, Надежность генераторов случайных чисел не может быть гарантирована, так как элементы счетного триггера работают в режимах, которые не соответствуют требованиям их технических условий ( присутствия на его входе ненормированных импульсов) Цель изобретения - повьпиение точности генератора. Для достижения поставленной цели в известный генератор случайных чисел, содержащий источник шума, выход которого соединен со входом усилителя, два пороговых элемента, первые входы которых являются соответственно первым и вторым регулировочными входами генератора, первый триггер, выход которого является выходом генератора, введены второй триггер, селектор минималЕ ной длительности сигнала и ограничител амплитуды, вход которого соединен с выходом усилителя, а выход огранич№теля амплитуды через селектор минимал ной длительности сигнала соединен со вторыми входами пороговых элементов, выходы которых соединены с установочными входами второго триггера соот- ветственно, выход которого соединен с счетным входом первого триггера. На чертеже приведена блок-схема генератора. Генератор содержит источник 1 шума, выход которого через усилитель 2, ограничитель 3 амплитуды и селектор 4 минимальной длительности сигнала соединен со входами пороговых элементов 5 к 6, выходы которых соединены с установочными входами триггера 7, выход котсрого соединен с счетным входом триггера 8, выход которого является выхо-. дом генератора, входами которого являются входы пороговых элементов 5 и 6, пороги срабатывания которых не равны между собой. Введение в схему генератора ограничителей 3 и 4 ограничивает максимальную скорость изменения напряжения на входах пороговых элементов 5 и 6. Выбирая определенным образом величины напряжений срабатывания пороговых элементов 5 и 6, можно получить на выходе триггера с раздельным запуском 7 импульсы, длительности которых будут не менее заданного значения. Если обеспечить соответствующий выбор по быстродействию пороговых элементов 5 и 6и триггера с раздельным запуском 7, то на вход счетного триггера 8 будут поступать импульсы с амплитудами и длительностями, достаточными для его нормальной работы, и, следовательно, будет исключена причина закономерньыс отклонений вероятностей нахождения счетного триггера в состояниях логического нуля и логической единицы от равных значений. Два пороговых элемента 5 и 6 с неравными порогами срабатывания и триггер с раздельным запуском 7 в совокупности реализуют функцию релейного элемента с петлей гистерезиса. Вместо перечисленных выше элементов в схеме могут быть использованы любые пороговые элементы с петлей гистерезиса, например, туннельные диоды. Для согласования характеристик между отдельными элементами схемы могут быть при необходимости включены усилители. На практике при реализаши предлагаемой схемы функции отдельных элементов могут быть совмещены, например, усиление и ограничение амплитуды или максимал1 ной частоты шумового сигнала. Однако, для достижения требуемого эффекта функции, реализуемые элементами схемы генератора и их взаимная последовательность 5 выполнений, должны строго соответствовать схемэ, приведенной на чертеже. Предлагаемая схема генератора слу- . чайных чисел выгодно отличается от известного, так как в ней целенаправленными схемотехническими решениями исключаются закономерные отклонения вероятностей нахождения счетного триггер в состояниях логического нуля и логической единицы от равного значения. В результате применения этой схемы отпадает необходимость в проведении большого объема экспериментальных исследо ваний по подбору элементов и появляетс возможность на практике получать генераторы случайных чисел с высокими статистическими параметрами, соответствук щими расчетными значениями. В ряде случаев, для достижения высоких статистических параметров исключается не- обходимость применения несколгжих париллельно работающих генераторов случайных чисел, построенных по схеме прототипа. Соответствие режимов работы всех элементов схемы требованиям технических условий гарантирует получение статистических параметре высокого качества, что исключает необходимость проведения испытаний каждого изготовленного образца схемы и перкодического контроля статистических параметров в процессе эксплуатации, а также обес156печивает высокую надежность генерато-. ра случайных чисел. Формула изобретения Генератор случайных чисел, содержащий источник шума, выход которого соединен с входом усилителя, два пороговых элемента, первые входы которых являются соответственно первым и вторым регулировочными входами генератора, первый триггер, выход которого является выходом генератора, о т л и - чаюшийся тем, что, с повышения точности генератора, он содержит второй триггер, селектор минимальной длительности сигнала и ограничитель амплитуды, вход которого соединен с выходом усилителя, а выход ограничителя амплитуды через селектор минимальной длительности- сигнала соединен с вторыми пороговых элементов, выходы KOTOjHiix соединены с устан(ж6чк-. ными входами второго триггера соответс венно, шдход которого соединен со счетным входом первого триггера. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 279168, ЕЛ. Q06F 1/02, 1969. 2.Авторское свидетельство СССР №273536, кл. GO6F 1/О2, 1969 (прототип).

-

Вмо9