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

(54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в цифровых вычислительных устройствах для получения случайных чисел при реше нии задач методами статического моделирования, в стохастических вычислительных машинах для имитагош случайных воздействий, в системах связи, иопользукяцих случайные jcm псовдослучайиые последовательности, для формирования шумоподобных сигналов, в различных управляющих системах для получения случайных траекттзрий двтжения, а также в различных игральных автсж атах. Известен генератор случайных чисел, в котором напряжение от источника шума хфеобразуется в потоки случайных импульсов, пересчитываемых счетным трш гером в течение периодических интервалов времени С1Д Его недостаткс 4 является сложность. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является генератор, в котором напряжение от источника шума, усиленное усилителгад, по ступает на первый вход п лвого ключевого элемента, второй вход KOTqporo через фqpмиpoвaтeль импульсов Я элвмеш задержки соедан Ш{ с ген)атором тактовых импульсов. Шумовой сигнал по является на выходе первого ключевого элемента только в том случае, есля iaa втором его входе сформирсшан сз1гяал. Выход первого ключевого элемента соедаибн с входом порсгсвого элемента, который преобразует шумовой сигвал в поток случайных импульсов по моментам появления и длительностям. С вы хода порогового элемента потсж импу71Ь« сов поступает на вход счетного триггера и «Пересчитываете а последним по модулю Два. По окончании действия сигнала ва втсфом входе первого ключевого элемента счет импульсов триггером прекращается и на выходе последнего |вксяруется логяческвй нуль нпи лошчесзсая едшшца Выход счетного тряг гера соедЕШен с первым входом втсрся о ключевого эпемеятв, а второй его вход с генератс хзм тажтовьпс импульсов. Вызоод второго ключевого эпемеята jronflerся выходом генератора ряучаЯных чисел С2 .. Считается, что под действием потока ЯМпуйьсов, поступающих на вхрд счетного т{яггфа, вероятность нахождения его В состсйпши попического нуля с очень высокой точностью будет равна вероятностн нахождения его в состоянии лопгческрй единицы. При правшсьной реагаь аашш преяхесса считывахщя выходн9го состояния счетного триггера под действ вкем тактового импульса внвпогкчяая то ность будет достигаться, и на выходе генератора случайных чисел наблюдаются значительные законсмерные отклонения от равных значений вероятностей нахождения счетного тригг а в состояниях логическрно нуля и логической единицы. Это обусловлено отсутстви л схематическихранений, исключающих на вхо де счетного триггера мпульсы с амплитудами и длительностями, недостаточнйми для его нормальной работы {назовем их ненормированными импульсами), а также неядентичностью якэзяческих тгара- метров элементов, участвукших в про.цессе переключения реального счетного триггеру из состояния лсгического нуля в cocTOSDBHe лопаческой единицы и об-. ратно. Значительные отклонещи указан1ЯЫХ вёроятлостей от равных значений могут вызваны ненормированными импульсами появляющимися та входе счетного триггера Ез-за прерывания шумовогчэ сигнала первым ключевым элементом. Необходимость прерывать работу счетного триггера во время действия тактового импульса, в конечном счете, приводит к ухудшеншо статистических параметров Генератора. Это обусловлено тем, что первый ключевой эл емент BKJBO чея перед счетным триггером. Кроме того, щзазаакп. действия генерат ш с прекращением работы счетного тригтера во время дейстшя /Рактового н шульса требует изменения ветичины Длительности импульса на втором входе первотю ключевого элемента в тех случаях, когда необходимо ХБзменить длительность тактовых импульсов. Этот недостаток не позволяет использовать одно и то же устройство в широком диапазоне дтштель иостей тактовых импульсов,- В известных генераторах случайных чисел высокие ста-гастяческие параметры достигаются путем случайного подбора элементов. составляющих генератор. Случайный подбор элементов требует проведения большого объга а экспериментальной работы, как при разработке схемы генератора, так и при изготовлении каждого его образца. В ряде случаев приходится проводить периояическяй контроль ста-гастических парамет в генераторов,. находя- . ищхся в эксплуатации. Целью изобретения является повыше;Ние точности генератора. . i Поставленная цетпь достигается тем, что в Теяфатор случайных, чисел, содержащий источник шума, выход соторого через усяпитель соед1шен с входом поporoBofo элемента, триггер, генератор TaiCTOBbix импульсов, выход которсяго соединен с первым входом элемента И, выход которого является эЫходом генератсра, введены два блока согласования двух импульсных последовагельностей, эдемент задержки к. генератор опорных импуяьоов, выход которого соединен с . первыми вход1амя 6hoKOB. согласования двух импульсных последовательностей, выход порогового элемента соединен с вторым входом первого сжа согласования двух последоватепшостей, выход которого соединён со счетным входом триггера, выход которого соединен с первым входом зяич1ента задержки, выход которого соединён с вторым входом элемента И, первый вход которого объе- .ДЕМен с вторым входом второго блока согласования двух импульсных последо-ватеяьностей, выход которого соединен с вторьтм входом элемента задержки. А также тем, что каждый блок согласования двух импульсных посяедсжатешностей содержит два D-триггера, выход первого D -триггера соединен с D -входом D- -тригг а, синхронизирующий вход которого является первым входом блока, вторым -входом которого является хжнхрсмаизируюцшй вход первого D - -триггера, D-вход которого оюдключен к шине Логическая единица, ныхРд второго D -триггера является выходом блока и соединен с R -входом первого D -триггера. На фиг. 1 лдяюедена структурная схема гейератрра; на 4шг. 2 - схема бпока согласованияj5Byx импульсных последовательнрсте на фиг. 3 - диаграмма работы &1рка согласования. Генератор содержит последовательно соединенною источник 1 шума, усилитель 2, пороговый элемент 3, первый блок 4 согласования двух импульсных последоватеяьностей, первый вход которого подключен к выходу генератора 5 опорных импульсов, второй вход соединен с выходом порогового элемента, а выход через т жггер 6 - с первым входом элемента 7 задержки, второй вход котороро подключен к выходу второго блока 8 согласования двух импульсных последсжательностей, первый вход которого соединен с выходом генератора 5 импульсов, а второй - с выходом генератора 9 тактовых импульсов и первым входом элемента И 1О, второй вход подключен к выходу эле мента 7 задержки, а выход является выходсал генератора. Блоки 4 и 8 ссяг71асовання два последовательно соединенных тригг а 11 и 12. В схеме генератора стгучайных чисел формирование импульсов с амплитудами и длительностями, достаточными для но{ лальноЙ работы триггера 6, достигается за счет включения между усилнтелем 2 и триггером 6 порогового элемента 3 и первого блока 4. Первый бло 4 обеспечивает формирование импульсов с длит епьностягми, равными периоду частоты генератора опорных импуттьссяэ 5. Импульсы, формируемые первым блоком 4, сянфазны импульсам оперного генератора Если длительность периода опорных импульсов мещзще минимально возмсокиой дпнтельйостя между двумя сосед ними случайными импульсами, поступающими на второй вход первого блока 4, то на его выходе будет сформировано такое же количество импульсов, которое поступило на его вход. Изменени состояний триггера 6 щюисходит синфаа- но с .импульсами опорного генератора, п этсму, если тактовые импульсы синфазны импульсам опорногчэ генератор, то случайные числа могут считываться непосредственно с выхода триггера 6. В общем случае, когда тактсявые нмпуттьсы не сагафааны импульсам опорного генератора, считывание выходного состояния трааггера 6 производится с помощью эле мента задержки 7, управляемого сигнало от второго блока 8 согласования. Второ блок 8 согласования обеспечивает формирование импульсов с длительностями, равными пфиоду частоты генератора 5 опорных импульсов. Импульсы, получаем яа выходе второго блока 8, сиифазяы вмпуттьсам опорного генератора, при э-еом необходимо, чтобы длительность периода опорных импутпзсов была меньше длитель ностя периода тактовых импульсов. Второй блок 8 обеспечивает смену состояний в элементе задержки 7 после окончания тактового импульса. Выходное состояние элемевпга задерхоси 7 считывае ся с помощью элемента И 10, управляемого тактовыми импульсами. При этом, на выходе элемента И Ю формируются случайнь1е сигналы, длительность icorpoрых равна дгштельности тактового им пульса. , . Предлагаемая сх.&ла генератора спу-, чайных чисел выгодно отличается от нэ.вестного устройства, так как в ней пе- . ленаправленными схемотехническими решениями исключаются закся1омё1 - ые отклонен вероятностей появл шя лотяческЬго нуля и логи5е.ской единицы на выходе устройства от равного значения, В предлагаемой схеме генератора случайных чисел отсутствует прерывание работы счетного триггера при формировании случайного числа, что прввозоат к улучшению его статических характернотик, а также исключается влияние дли- тельноопя тактового импульса на работу устройства. В результате щшменения этой схемь отпадает необходимость в проведении большого объема экспериментальных исследований по подбору элементов, появляется возможность на 1фак- тике получать генераторы случайных чнсеп с статистическими параметршии и соответствукядими расчетными евиными. Формула изобретения Генератор случайных чисел, содержащий источник шума, выход которсях) 4«v. рез усилитель соединен с входом исфо гового элемента, триггер, генерат ч теистовых импульсов, выход соединен с первым входом элемента И, выход . которого является выходом генератора, отличающийся тем, чгго, с целью повышения точности генератора, он содержит два блока согласования двух импульсных последовательностей, элемент задержки и генератор опорных импульсов, выход которсяч) соединен с первыми входами блоков согласоваввя двух импульсных последовательностей, порогового элемента соедняен с вторым входом первого блока согласования даух импульсных последовательностей, выход которсяго соедииеи со счетным входом тровггера, выход которого соединен с первым входом элемента задержки, выход KOTopoix соединен с входом элемента И, первый вход которого объеданен с входом блока сотасхюаввя двух вмлульяых последовательностей, выход которо го соединен с вторым входсям элемента задероккЕЕ,

Источники информации, прОЕЕнятые во внимание прБС экспе1Пизе 1. свидетельство СССР № 348991, кл. Q06P 1/02, 197О. 2, Божев М, П. Генер(ирования случайных сигналов. М,, Энергия, 1971. с. 142 (прототип).

ftmf

/9 4 I ВлоВ I I

и

Вымв

ь

а

-

Фм.2

Фи1.3 II . П I 1