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

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для получения случайных чисел с заданным законом распределения .

Известен датчик случайных чисел, содержащий времязадакидае блоки, элемент И, триггеры, генератор случайных импульсов Cll.

Недостатком данного датчика является невысокое быстродействие.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является датчик случайных чисел, содержащий генератор случайных импульсов, время3адаквдие блоки, выполненные в виде ждущих мультивибраторов, схемы И, триггеры. Выход каждого предыдущего времязадающего блока известного устройства подключен ко входу последующего времязадающего блока и к первому входу соответствующего элемента И. Ко вторым входам всех элементов И подключен генератор случайных импульсов, а выходы элементов И подключены к единичным входам соответствующих триггеров. Нулевые входы всех триггеров под- ключены к клемме Сброс, а выходы к выходным клеммам

Недостатком известного техничес; кого решения является то, что время формирования одного случайного числа равно сумме полных времен работ всех времязадающих -блоков, что ограничи-. вает скорость работы устройства.

Цель изобрютения - повышение быстродействия датчика.

Поставленная цель достигается тем,

10 что в датчик введены формирователь Импульсов, группа генераторов случайных импульсов, группа переключателей, элемент ИЛИ, триггер, элемент импликации, выход которого подключен

15 к входам элементов задержки группы, управляющие входы каждого из которых подсоединены к прямым выходам соответствующих триггеров группы, нулевые входы которых соединены с прямым

20 входом элемента импликации, нулевым входом триггера и с выходом формирователя импульсов, вход которого подключен к выходу Считывание датчика И к выходу триггера, единичный вход

25 которого подключен к выходу элемента ИЛИ, каждый вход которого подсоединен к выходу соответствующего элемента задержки группы, а инверсный вход элемента импликации подключен ко входу Запуск датчика, причем информацион30ные выходы датчика-подключены через соответствующие переключатели группы к прямым и инверсным выходам соответствующих триггеров группы, а выходы генераторов случайных импульсов соединены с вторыми входами соотЬетствующих элементов И группы. На чертеже представлена структурная схема датчика случайных чисел. Датчик содержит генераторы случайных импульсов 1, , (гдеп число разрядов случайного числа), элементы задержки 2, 2....2,, элементы И 3 группу триггеров 4, 4-1.... 4у,, элемент, импликации 5, триггер 6, фррмирователь импульсов 7, клемму запуска В, выходную клемму Считывание 9, элемент ИЛИ 10, переключатели 11 , И.. .. 11ц . Выходы всех генераторов случайных импульсов 1| , Ij.. . . 1 соединены с вторыми входами соответствующих эле3,... 3, ментов И 3 Первые входы .всех элементов И 3 , 3.,... Зу, подключены к выходам соответствующих элементов задержки 2, 2.,. ..2,, а выхо ды этих элементов И соединены с еди ничными входами соответствующих триг геров 4 Нулевые входы этих триггеров подсоединены к.прямом входу элемента импликации 5, к нулев му входу триггера б и к выходу форми рователя 7, вход которого соединен с клеммой Считывание 9 и выходом триггера б, единичный вход которого соединен с вьлходом элемента ИЛИ 10, каждый вход которого подсоединен к выходу соответствующего элемента задержки. Выходы всех триггеров , 42,...., 4у, соединены с входами Сброс соответствующих элементов задержки 2/), 2з,,...2у,. Knetvovia запуск 8 соединена С инверсным входом элемента импликации 5, а его выход подключен к входам запуска всех элемен тов задержки 2 , 2.. . 2у,. Выходные информационные клеммы подключаются через соответствующие переключатели 11, 11... Ни к прямым (в одном положении) или инверсным (в другом положении) выходам соответствующих триггеров 4у(, 4 2.... 4vi. В качестве элементов задержки , 2. .. 2t,MoryT быть использованы схемы, позволяющие регулировать дли тельность генерируемого импульса и допускающие прекращение формирования этого импульса по сигналу на входе Сброс. Например, элементы задержки 2, 2...,2у могут быть реализованы на основе ждущих мультивибраторов с ключом разряда времязадающего конденсатора. Под элементом импликации 5 понимается двух входовая комбинационная схема, выполняющая булевую функцию | х Хг : л Х В этом качестве может быть применен f элемент микросхемы К1ЛП381. Вход Ху элемента импликации 5подсоединен к клемме 8 з апуска, а выход Y - к входам Запуск элементов задержки Я f 2, , , 2ц . Работа датчи.ка основана на формировании цифр, в разрядах многоразрядного двоичного числа с помощью генераторов случайных импульсов. Количество импульсов, появившихся на выходе генератора случайных импульсов за интервал времени f г распределено по закону Пуассона е (хг) К где К - количество импульсов, X constинтенсивность потока. По известным из заданного закона распределения веростностям появления единиц P-f, Pj. .. ,,, где n - число разрядов числа, в соответствии с формулой P uvi;--f-e где Р,-( )Pi,,M определяются - временные интервалы настройки соответствующих времязадающих блоков. При этом (1-р,-) ААЯ P,-so,5 -fen PV, для Pi 70,5 в первом случае (P -sOjS) переключатель в соответствующем рязряде И подключается к прямому выходу соответствующего триггера . Во втором случае () переключатель в соответствующем разряде 11 подключается к инверсному выходу соответствующего триггера 4,}. . Датчик работает следующим образом. После подачи разрешающего потенциального уровня на клеммы Запуск 8 происходит запуск всех элементов задержки 2, 2, ...,2, котоЕиае формируют импульсы требуемой в каждом разряде длительности. При поступлении от генератора случайных импульсов 14первого импульса на вход элемента И 3jf триггер 4 установится в единичное состояние и остановит процесс формирования импульса на выходе элемента задержки до ис- , течения времени tr. Если за времяТЬ от генератора случайных импульсов не поступит ни одного импульса,, то элемент 2 , проработав время t; , закончит формирование импульса полностью, и триггер 4 останется в нулевом состоянии (перед началом рабочего цикла все триггеры устанавливгиотся в нулевое состояние). Остгшьные 2,и разряды датчика работают аналогично,

Факт окончания формирования импульсов всеми элементами задержки 2,f, 2if..., 2 и фиксируется элементом ИЦИ 10, и на выходной клемме Считывание 9 появится импульс, разрешающий считывание информа ции с трйггерного регистра 4 4,,..4. Этот же импульс поступает на вход формирователя 7, который формирует на выходе импульс сброса, задержанны относительно входного импульса на время, необходимое для считывания информации с трйггерного регистра 4i. ..4у,. В качестве формирователя 7 может быть применен, например ждущий мультивибратор. Импульс, сфор мированный в фо мирователе 7, установит в о триггеры 4;|, 4,... 4 и триггер 6, а если при этом на клемме Запуск 8. выставлен разрешающий потенциальный уровень, то вновь запустит элементы задержки 2,

2.

начнется новый цикл фор-и

мирования очередного случайного числа.

Таким образом, процесс повторяется до тех пор, пока на клемме Запуск Ic 8 поддерживается разрешающий потенциальный уровень.

Для однократного запуска устройства на клемму 8 должен подаваться короткий импульс. Так как временной интервал настройки to,- элемента задержки 2 увеличивается с возрастанием значения Р,, то его настройка 2 при Р 0,5 на временной интервал, соответствующий значению 1 - Р,,5, и снятие информации с инверсного выхо- 35 да триггера. 4; с помощью переключателя 11 обеспечивают сокращение времени формирования цифры в данном 1-ом разряде, а следовательно и всего п - разрядного числа. Выигрыш в быстг40 родействии только от этого усовершенствования увеличивается в среднем в 2 раза..

Как следует из описания работы предлагаемого датчика случайных чи- 45 сел, время Т и формирование числа сокращается по сравнению с прототипом, формирующим разряды числа последовательно, имеющим постоянный временной цикл и предусматривающим толь-5о ко однозначную настройку элементов задержки. Полученный при этом эффект тем значительнее,- чем ближе значения Ру .к единице. При этом время Т всегда не больше, чем время где max(tr,ra, . . .Ти ) Очевидно, что время . носит вероятностный характер.

Формула изобретения

Датчик случайных чисел, содержащий генератор случайных импульсов, группу элементов задержки, выходы которых подключены к первым входам соответствующих элементов И группы, выходы которых соединены с единичным вxoдa ш соответствующих триггеров, группы, отличающийся тем, что,, с целью повышения быстродействия датчика, в него введены формирователь импульсов, группа генераторов случайных импульсов, групп переключателей, элемент ИЛИ, триггер элемент импликации, выход которого подключен к входам элементов задержки группы, управлякядие входы каждого из которых подсоединены к прямым выходам соответствующих триггеров группы,нулевые входал которых соеди нены с прямым входом элемента имплиКсщии, нулевым входом триггера и с выходом формирователя импульсов , вход которого подключен к выходу Считывание датчика и к выходу триггера, единичный вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, каждый вход которого подсоединен к выходу соответствующего элемента задержки группы, а инверсный вход элемента импликации подключен к входу Запуск датчика, причем информационные выходы датчика подключены через соответсвующие переключатели группы к ,и инверсным выходам соответствукнцих триггеров группы, а выходы генераторов случайных импульсов соединены с вторыми входами соответствующих элементов И группы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР по заявке 2850476/18-24,

кл. G 06 F 7/58, 1980.

2.Авторское свидетельство СССР 351209, КЛ.С Об F 1/02, 1972

(прототип).