Управляемый генератор случайных чисел

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик нн 960812(23) ПриоритетОпубликовано 230982, Бюллетень Мо 35Дата опубликования описания 23. 09. 82 51 М. Кл.з 6 06 Г 7/58 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявитель Казанский ордена Трудового Красного Знамени авиационный институт им.А.Н.Туполева(54) УПРАВЛЯЕМЫЙ ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ И обретение относится к вычислительной технике и может найти применение при статистическом моделировании в циФровых вычислительныхмашинах.Известен Управляемый генераторслучайных чисел, содержащий датчикравномерно распределенных случайных чисел, запоминающее устройство, 0схемы пграллельного сравнения чисел, триггеры, схемы совпадения,выходное устройство и позволяющийполучать случайные числа с заданным законом распределения за одинтакт работы датчика.) 1).15Однако устройство имеет высоую сложно".тьвИзвестен также генератор, содержащий генератор равномерно распределенных случайных чисел, схему срав 20,-.ения, запоминающее устройство, блоклогариФмического перебора генератор тахтовьх импульсов 2.Недостатком устройства является низкое быстродействие, так как25щ-разрядное случайное число форми-.руется за (в+1) такт,Наиболее близким техническим решением к изобретению является генератор случайных чисел, сЬдержащий генератор тактовых импульсов,генератор равномерно распределенных случайных чисел, вход которогосоединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, запоминающее устройство, схему сравнения,первая и вторая группы входов которой подключены к выходам запоминающего устройства и генератора равномерно распределенных случайныхчисел соответственно, первую и вторую группы элементов И, дешифратор,регистр, выходы которого через дешифратор соединены с первой группойвходов запоминающего устройства,второй вход запоминающего устройстваподключен к первому выходу генератора тактовых импульсов, входы регистра соединены с выходами первой группы элементов И, .первая и втораягруппы входов которой подключены квыходам схемы сравнения и генератора тактовых импульсов соответственно, выходы регистра через вторуюгруппу элементов И соединены с выходом устройства, выход генераторатактовых импульсов подключен к второй группе входов второй группы элементов И. В генераторе для полученияпоследовательности случайных чиселтретьей и четвертой групп, третий вход блока соединен с третьими входами элементов И второй и третьей Групп и с входом элемента НЕ, выход которого соединен с третьим входом элементов И четвертой группы.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1Я// У/ ФьР Карасо ПО,ЦПКСЯ 0ГС 1 Р 4/ УЖГОРОД 3( л 1( ктОР А.ШинкинВ 3 7283/59 ВН КИПИ Г Д 113035, ЛЛИа.л ГПП СОстяВит Техред М ТиРсж 73ударственном изобретенскВ;ьр Ж,кажите га С и сткРытийдумская наб,КОРРВктОРс заданным законом распределенияприменяется функциональное преобразование, основанное на кусочно-линейной аппроксимации заданного распре- ДЕЛЕНИЯ с(Х) ) 1 1Однако известный генератор имеет низкую точность, 1 оскольку область Возможных значений аргумента х разбивается на и равных интервалов,Целью изобретенкя является говышение точности всспрО 1 знеденкя рас пределения Р(х) за счет разбиения области знас ений аргуме;1 та х ча неравных интервалов.Поставле 1:ная цель дост:.и ается тем,; ЧТО В УПРаВЛЯЕМЫЙ ГЕНЕРЗТОР СЛУайНЫХ чисел, содержащий генератор тактовых импульсов, блок памяти, герный дешифратор первый регистр памяти, выход которого через первый дешифратор соединен с первым 1 ходом блоЯ ка памяти, блок сравнения, первый и второй блоки элементов И, генератор равномерно расгределенных чисел, группа выходов которого соединена с соответствующим 1 входами первой группы блока сравнения, выход второ- ГО блока элементов И является выходом генер;тора, введены второй и третий регистры памяти, блок анализ, в . Кодов, счетчик, второй дешифратор и элемент ИЛИ, причем первый и второй входы Пуск, а.также первый и второй входы задания режима генератора тактовых импульсов соединены с первым и вторым входами 35 ге 1.ератора. и-ым (п - число выхо,цов Вто-с.о,цешифратора) выходом второго дешкфратора к первым выходом бл".;.а анализа кодов соответственно, пер:.:1 й выход генератора тактовых 4 О кмпульсон подключен к первому входус,етчика и к первому входу второго блока элементов И, второй и третий входы которо 1 о соединены с выходом трет 1,его регкстр; памяти и выходом генер;.тора ра;номерно распределенных случайных чисе:т соотнетстВенно второй Выход гянератоза такто- ВЫХ КМПУЛЬСС;Э ССЕД 1 Н 1 сН . ПЕРВЫМИ НХО- дами первого к второго регистров па- МЯ Гк блс.ксз , амзтк 1.1 б 1 о(а а", 1 л 113 а колон, первый выход блока памяти подключен к второму входу втооогс регистра Памяти выходы которого соединены Ф соотнетстнующкми з:сдамк второй группы блока сравнения, вход которо- ГО подключен к третьему выходу Гене - ратсра тактзвых кмпульгов, втсрой выход блока памяти г;одклс,чен к нтооому нгоду Г 1 ерэОГО реГис .ра 1 амятн треткй вхоц которого соединен с вто Рым ныхстом б ло 1 а анализа КОДОВ с второй к трет",й входы кс,тс,.ого подь лю 1 энь 1 к тетьему ВЫХОДУ блОка памя ти и выходу блока сраэн;.ния соотэет- СТНЕНЧО ЧЕТВЕРТЫЙ ".ЫХОД ГЕНЕРатОРс,таКтОВЫХ К,1 уп 1,Сс Ь СОЕДИНЕН С ВХОДОМ ГЕНс 1 РаТОРа РаВНОМЕРНО Распон - деленных случайн 1:1 х чисел, группа выходов котс рого подключена к соотнетстьующим входам первой группы первого блока элементов И, входы второй гругпь; которого соединены с соответствующкми выходамк ьторого дешифратсраа Вь 1 хоцы 1 тесоноО блока -,лэмес 1 тон И соединены с групгой входов элемента ИЛИ соответственно вод которого соединен с выходом блока сравнения, а выход эссмента ИЛИ соединен с перзым входом третьего регистра 11 амятк,второй вход которого сс тцинен с пя- тЫМ НЫХОДС 1 М ГЕНЕ:атОРа таКТСНЫХ КМ- пульсов, шестсй и седьмой В-.1 ходы которого подключены к второму входу счетчика и нходу второго де 1 И+ратора соотнетстненн четвртый вход первого регистра памяти сосдкнен И-ЫМ ВЫХОДОМ ВТОРОГО ДЕШИФРатОРас груп 11 а ВходОВ котОроГО пОдключена к Выходам счетчика соответственно,Кроме того, блок аналкза кодовсодержит четыре Группы элем;.нтон И,элемсант ИЛИ элемен: )Е ". Два ре -ГИСтРа ПаМЯТИ, ПЕРВЫЕ ВХСсДЬ 1 КОТОРЫХобразуют первый вход бл,кас :торойВхОд котсрого созциенэт,".:".1 входами регкст.,:Ов памяти, зь:хо," эле:ентов И первой гр.ппь соед:,; с перВым Входом э. э 1. -ста )(Л з:1 ход ,"еВЫМ ВЫХОДОМ б 1 сОКП, ВЫХОДа ЭЛЕ1 нтовИ третьей и четв,р-с , -.,": -ипены соответственно;. с тс, . т рачьимнходами элемента И .И. Выход ксторсГО яНЛяЕтСя ВТОрЬГс 1 ВЫХОДОМ бОКа,первый выход перзогс рег .стра гаге:".;соединен с пернымк входамк :-лэментов И первой и третьей груп н:оРОЙ ВЫХОД ПЕРВОГО РЕГЯСТРа ПаМЯТИсоединен с первыми вхсдамк элем:нтов И второй и четвертой Групп, перВый ВыхОд ВторОГО р 1 Гистрв 1.амятксоединен с втсры 1 к нхода 1 И эл .ечтов И первой и в;орой гсупп втсрсй ВЫХОД В ОрС,ГС рЕГИСТОа :.а 1.-1 тиСОЕДИНа 1 С НтОРЫМК Н;ОЦа 11, Э, в ,ЕМЕ -тов И трет.сьей и ".етвертсй групп,тр т"и Вход блока соединен с третьи.м 1:. Вхсдамк элеме 1 тон И н;эрой к третьей ; р.п:= к " зхоц 01 к элемента и:.,выход которого соединен с треть 1 мэхолом эле 11 ента И четвертой Группы.На Фиг.) приведена структурнаяСхэма УГРаВЛРЕМОГО ГЕНЕРатОРЛ СЛУЧай"ных чкселр на фкг.2 - фучкцкональ -ная схема блока ана.-1 кз .; На ,"г,функцкон;1 льн;я схема генератора ,-,."тОНЫХ ИМПуЛЬССЗ;, На ФКГ.4 - в .С1ные ДиагРаммы Рааботы УГРанлЯемоОГСНЕРатОРа СЛУЧайНЫХ КСЕс 1 "На ФКГ. 5 -Управляемый генератор содержитпервый регистр 1 памяти, первый дешифратор 2, блок 3 памяти, генератор 4тактовых импульсов, второй регистр5 памяти, блок б сравнения, блок 7анализа кодов, генератор 8 равномерно распределенных случайных чисел,первый блок 9 элементов И, элементИЛИ 10, счетчик 11, второй дешифратор 12, третий регистр 13, второйблок 14 элементов И, входы 15 и 16генератора и .выход 1.7 генератора.Выход первого регистра 1 черезпервый дешифратор 2 соединен с первым входом блока 3 памяти, первый,второй и третий выходы которого подключены к первым входам регистров 5и 1 блока 7 анализа соответственно.Первый, второй, третий и четвертыйвходы генератора 4 тактовых импульсов подключены к первому 15 и второму 16 входам устройства, последнему выходу второго дешифратора 12 ик второму выходу блока 7 анализасоответственно. Первый выход генератора 4 тактовых импульсов соединен 25с первым входом счетчика 11 и с тре- .тьим входом второго блока 14 элементов И, первый и второй входыблока 14 подключены к выходу регистра 1.3 и к второму выходу генератора ЗО8 равномерно распределенных случайных чисел соответственно, а выходблока 14 соединен,с выходом 17 устРойства,Второй выход генератора 4 тактовых импульсов соединен с вторымивходами регистров 1 и 5, блока 3 памяти и блока 7 анализа, первый выходблока 7 анализа подключен к четвертому входу регистра 1. Третий выход генератора 4 подключен к третьему входу блока б сравнения, первая ивторая группы входов которого соединены соответственно с первой группойвыходов генератора 8, с выходами регистра 5, а выход блока б оравненияподключен к третьему входу блока 7анализа и к первому входу элементаИЛИ 10. Четвертый выход генератора4 тактовых импульсов подключен к 50входу генератора 8 равномерно распределенных случайных чисел, перваягруппа выходов которого соединена сс первой группой входов блока 9 элементов И, вторая группа входов блока 9 подключена к выходам дешифратора 12, а выходы блока 9 соединены свторой группой входов элемента ИЛИ 10.Выход элемента ИЛИ 10 соединен с первым входом регистра 13, второй входкоторого подключен к седьмому выходугенератора 4 тактовых импульсов, апятый и шестой выходы генератора 4соединены с вторыми входами счетчика 11 и дешифратора 12 соответственноТретий вход регистра 1 подключен к последнему выходу дешифратора 12, входы которого соединены с выходами счетчика 11.Блок 7 анализа (фиг.2) содержит двухзарядный регистр 18 памяти, блок 19 элементов И, элемент НЕ 20, элемент ИЛИ 21, входы 22-24 и выходы 26 и 25, причем первая и вторая группы входов регистра 18 соединены соответственно с входами 22 и 23 бло ка 7 анализа, а выход 24 блока 7. подключен к третьему входу элементов И 19 и 19 и к входу элемента НЕ 20, выход которого соединен с третьим входом элемента И 194, первый выход первого разряда регистра 18 подключен к первым входам элементов И 19 и 199, а второй выход первого разряда регистра 18 соединен с первыми входами элементов И 19 и 194, первый выход второго разряда регистра 18 соединен с вторыми входами элементов И 19 и 194, а второй выход второго разряда регистра 18 подключен к вторым входам элементов И 19. и 19 выход элемента И 1 соединен с первым выходом 25 блока 7 анализа, а выходы элементов И 19 19 и 19 через элемент ИЛИ21 подключены к второму выходу 26блока 7 анализа.Генератор 4 тактовых импульсов(фиг.З) содержит элементы И 27и ИЛИ 28, триггеры 29, генератор 30 импульсов, триггер 31, элемент НЕ32, блок 3.3 элементов И, входы 15- 16, 34 и 35 и группу выходов 36, причем первый и второй входы генератора 30 импульсов соединены с первым 15 и вторым 16 входами устройства соответственно, а первый выход генератора 30 импульсов подключен к вто.рым входам элементов И 33 , 33,334 и 33, вторые входы элементов И ЗЬ и 336, седьмой выход 36 генератора 4 тактовых импульсов, второй и третий входы триггера 29 и второй вход триггера 31 соединены с вторым выходом генератора 30 импульсов, третий 34 и четвертый 35 входы генератора 4 соединены соответственно с первым и третьим входами триггера 31, а также с первыми входами элементов ИЛИ 28 и И 27 соответственно, первый выход триггера 31 подключен к третьему входу элемента И 33 к первым входамэлементов И 33 и 333 и к второму входу элемента И 27, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ 28, а выход элемента ИЛИ 28 подключен к первому входу триггера 29, второй выход триггера 31 подключен к первому входу элемента И 33, , а первые входы элементов И 33 и 33 соединены с выходом триггера 29, выход элемента И 33 через эле 9( 0812мент НЕ 32 подключен к первому нходу элемента, И 33., выходы блока 33элементов И соединены с соответствующими выходами 36 генератора 4 тактовых импульсов.Управляемый генератор случайныхчисел работает следующим образом,Получение случайных чисел х (1=1,и) с заданным законом распределенияГ(х) основано на сравнении равномерно распределенных случайных чисел )Оснимаемых с выхода генератора о,со значениями функции Е(х,) и отыс -кании интервала, где выполняется условиеЕ(х ) У(х ) .При попадании числав интервалГ(х;); Г(х,1 ) управляемый генератор выдает число х., подчиненноезакону Е(х),Будем считать, что в запоминаю- у 0щем устройстве 3 записаны значенияфункции Г(х,), а н регистре 1 находится адрес ячейки памяти, в которойхранится значение Функции Е(х) прих = 0,5.25При поступлении сигнала Пускпо входу 15 происходит запуск генератора 4 тактовых импульсов, которыйнырабатынает серии импульсов, упранляющ":е работой устройства (фиг,4), 30По сигналу с первого выхода генератора 4 счетчик 11 устанавливаетсян начэ .нное состояние, а по сигналусо втсрого выхода генератора тактовых импульсон происходит чтение перного слова из блока 3 памяти и прием этого слова в регистры 1 и 5 и вблок 7 анализа, По сигналу с четверо"о выхода генератора 4 производится запуск генератора 8 равномерно 40расг.ределеиньх случайных чисел.)(аждое слово,. х аиящееся в запоминаю-";ем устройстве ,. ,.Остоит из трех частей: н гтарших разрядах слова записано значение Функции распределения Е(х:) а в младших разрядах адрес ячейки памяти,. и которой хранится следующее слово и двухразрядиый код Е . При чтении очередного слова из памяти н адресный регистр 1 поступает адвес следующего слона н регистр 5 - значение Функции Гх,),н блок 7 анализа - код Еэи чтении из памяти первого слс 5 на й ре 1 и тр 5 поступает значение Функции Г (х:.-0,5), которое в момент времени, задаваемый сигналом с третьего выхода генератора 4 тактовых импульсов, сравнивается в блоке б сравнения с числом , снимаемым с ныхода генератора 8 равномерно распределенных случайных чисел. Если ЬЪЕ(х;,),. на нь)ходе схемы сравнения")Формируется единичный сигнал (Ь=1), н противном случае - нулевой (Ь=-О). 65 Сигнал Ь с выхода схемы сравненияпоступает н блок 7 анализа, а черезэлемент ИЛИ 10 записывается и младший разряд регистра 13, Иа этом формирование старшего разряда случайного числа х заканчинается,Дальнейшая работа генератора зависит от значения кода 2,;, пос:упиншсго в предыдушем такте в регистр 8блска 7 анализа, схема:гторогоприведена на Фиг,2. Б этой схеме первая группа входов 22 блока 7 соединена с третьей группой выводов блока 3памяти, Поэтому код 2, из запомииающего устройства 3 записывается в регистр 18 в момеить) времени, задаваемые управляющим сигналом, пост, -пившим на второй вход 23 блока 7анализа, Сигнал Ь с выхода схемы бсравнения поступает на третий вход24 блока 7 анализа, Первый выход 25блока 7 соединен с входом установкив единичное состояние младшего р.-;.зояда регистра 1. Поэтому если на перном выходе 25 блока 7 анализа формируется единичиый сигнал, в младшем разряде оегистоа 1 записывает нединица, в противном случае и этомразряде сохраняется ранее за.:)исанное значение,Рассмотрим работу управлязмогогенератора ст:учайиых ,чсел при 7.=00иа примере Формирования итсгго разряда числа х . Иа нь;ходе элем;:ь-.И 19(т.е. на парном гыходе 5 блока 7) единичный сигнал моя,-.т повн,". в .и -ся только при Г =00 . Ь=. та каквыходы элемента И ) соединены с вто-.рыми (инверсными) выходами р"-" ра 18и с третьим входом блока , П;,этомупри Ь=1 иа выходе 25 блока 7 э,элизаФормируется единичный сигнал и в ,:,падший разряд регистра 1 запкс:)нас;сяединица. По сформированному таким образом ь регистре 1 адресу АЛ 1 изпамяти считывается слово, н 1.аршхразрядах которого записано значение функции Г(х=0,75). Здесь Л.код, хранящийся н (Р) старши.; рэз -рядах регистра 1)г, - разрядис .тьгистра 1; А - исполнительный адрес .,Если Ь=О, на выходе 25 блока 7 Формируется нулевой сигнал и в младшемразряде регистоа 1 сохраняется про:кнее нулевое значение,. т.е, А=А,0,При Формирования второго разрядачисла х по адресу А=А С в памяти 1хранится слово, н старших разр=дахкоторого записано зна ение функцииГ(х=-0,.25), Таким образом получаетя,что н зависимости ст зиаче:.ия Ь.:.зпамяти считывается либо значениеФункции Е(х=0,25), либо Г(х в -О, 5Поскольку пр)1Е ,х - О,. 5) Ь - ., тон этом случае э памяти считывае.сязначение Ех=-0,25), т.е зиачеиФункции Е(х) иа середин: и:т в ,нала 0 хО, 5Если жеГ (х=О, 5),. тоЬ=1 и из памяти считынается значение функции Г(х) при х=0,75, т,е.при значении аргумента на серединеинтервала 0,5 х 1. Аналогичным образом происходит формирование адресов и выбор срединных значений функции Г(х) и при формировании остальных разрядов случайного числа х;,если Е =00. Случайное число х формируется в регистре 13 сдвига, в10младший. разряд которого по сигналу с выхода блока б сравнения записывается единица, если ЪГ(х ), иноль - в противном случае. Сдвигв сторону старших разрядов ранее 15сформированных разрядов числа х;осуществляется в регистре 13 посигналу с седьмого выхода генератора 4 тактовых импульсов.Рассмотрим работу управляемого 20генератора случайных чисел приЕ; 00, В этом случае работа генератора зависит от значения сигнала Ч,формируемого на втором выходе 26блока 7 анализа. Если с 1=1, формирование старших разрядов числа хзаканчинается, а в младшие разрядычисла х ,.начиная со следующеготакта с вероятностью 0,5, записываются единицы. Сигнал ц формируетсяна выходе элемента ИЛИ 21, входы которого соединены с выходами элементон И 19 , 19 3 и 194, Поэтому сигнал 1 ранен единице, если Е =10,или Е = 11, а Ь = 1, или Е= 01, а 35Ь=О, В остальных случаях с 1=0 (см.схему блока 7, приведенную на фиг,2)Сигнал а поступает на четвертый.вход 35 генератора 4 тактовых импульсов, схема которого приведена Юна фиг.З, В этой схеме генератор 30нмпульсон формирует на первом и втором выходах непрерывные последовательности тактовых импульсов, следующие с одинаковой частотой и сдви- ф 5нутые друг относительно друга на по- .лонину периода. Поэтому такт работы предлагаемого генератора состоит из двух микротактов. До поступления на вход 35 генератора 4 сигнала 50(=1, генератор 4 н каждом такте (кроме первого) в первом микротактеФормирует сигналы на втором 36 ипятом 36 выходах, а во втором микротакте - сигналы на выходах Збь и 36, 55В первом такте каждого цикла формируются все названные сигналы за исключением сигнала на пятом выходе.Впервом такте также формируютсясигналы на первом Збл и четвертом364 выходах генератора 4 (см.временную диаграмму, изображенную нафиг.4). По сигналам с второго выхода генератора 4 осуществляетсячтение инФормации из блока 3 памятии ее прием в регистры 1 и 5 и н блок 7 анализа.По сигналам с третьего и четвертого выходов генератора 4 осуществляется срабатывание блока б сравнения и генератора 8 случай ных чисел соответственно. Для увеличения содержимого счетчика 11 на единицу и сдвига содержимого регистра 13 используются управляющие сигналы, формируемые на пятом и седьмом выходах генератора 4 тактовых импульсов соответственно. Сигнал с первого выхода генератора 4 необходим для установки счетчика 11 в исходное состояние и выдачи сформированного в предыдущем цикле случайного числа х на выход 17 генерато 4ра. Все названные сигналы формируются генератором 4 как в случае Е =00, так и вслучае Е) 00 при с 1=0. Заметим, что в случае Е, 00 сигнал на первом выходе блока 7 анализа всегда равен нулю и следовательно исполнительный адрес А равен адресу, поступающему в регистр 1 из запоминающего устройства 3, Поэтому в этом случае возможен переход к чтению из памяти только одной узловой точки Г(х), а не выбор одной точки иэ двух, как в случае Е=ОО.При поступлении сигнала Ч=1 на четвертый вход генератора 4 тактовых импульсов триггер 29 переходит н единичное состояние, а триггер 31 в нулевое, СчиТаем, что в схеме используются двухступенчатые синхронные 1 К-триггеры, на второй вход (вход синхронизации) которых поступает сигнал с второго выхода генератора 30 (фигЗ), Поэтому триггеры 29 и 31 сменяют свои состояния по заднему фронту импульса, снимаемого со второго выхода генератора 30, и разрешают тем самым появление импульсов на четвертом 36 и шестом 36 выходах генератора 4. При этом прохождение сигналов на первый Збл, второй 36 и третий 36 выходы блока 4 запрещено. В следующем такте по сигналу с второго выхода генератора 30 триггер 29 возвращается в нулевое состояние, запрещая тем самым дальнейшее прохождение импульсов на четвертый выход блока 4, Поэтому после поступления сигнала с 1=1 на четвертом 364 выходе блока 4 может появиться только один импульс, который запустит генератор 8 равномерно распределенных случайных чисел. Опрос разрядов генератора 8 происходит по сигналам с выходов дешифратора 12 в моменты времени, задаваемые сигналами с шестого выхода генератора 4. Сформированный таким образом поток импульсов с выходов генератора 8 через элемент ИЛИ 10 по 960812 12ступает на вход младшего разряда регистра 13 сдвига, Таким образом, после завершения формирования очередного случайного числа х; в младших разрядах регистра 13 находится код, вероятность появления единицы в разрядах которого равна 0,5.Формирование очередного случайного числа х заканчивается в тот1момент времени, когда счетчик 11 переходит в,(и)-ое состояние и на последнем выходе дешифратора 12 появляется импульс, который устанавливает в регистре 1 начальный адрес - адрес ячейки памяти, в которой хранится значение Г(х=0,5), 15 Здесь щ-разрядность случайного числа х . Импульс с последнего выхода дешифратора 12 поступает также на третий вход 34 блока 4 и переводит триггеры 29 и 31 в единичное сос О тояние, запрещая тем самым прохождение сигнала на шестой выход 366 генератора 4, так как первый вход элемента И 33 соединен с вторым (инверсным) выходом триггера 31, и раз решая прохождение сигналов с выхода генератора 30 на первый 36(, второй 36, третий Збз и четвертый 36,1 выходы блока 4. Поскольку в следующем такте по сигналу с второго ЗО выхода генератора 30 импульсов триггер 29 возвращается в нулевое состояние, а выход триггера 29 соединен с первыми входами элементов И 33( и 334, то на первый 36,( и четвертый 36 35 выходы блока 4 проходит только один импульс, По импульсу с первого выхода блока 4 происходит установка в начальное (нулевое) состояние счетчика 11, считывается сформированО ноев предыдущем цикле случайное число х с регистра 13 и начинается цикл формирования следующего случайного числаПри необходимости разрядность Формируемых случайных 45 чисел может быть увеличена эа счет добавления к числу х: равномерно распределенного числа с генератора 8 (выходы генератора 8 через элементы И 14 соединены с выходами 50 17 устройства). Поскольку первый вход. элемента И 33 через элемент НЕ 32 соединен с первым выходом блок(а 4, то на пятом выходе 36 сигнал может появиться только в те мо менты времени, когда отсутствует сигнал на выходе элемента И 33 . Седьмой выход блока 4 соединен непосредственно с вторым выходом генератора 30, поэтому сигналы на выходе 36 генератора 4 появляются в каждом такте.Вся описанная выше последовательность рабочих циклов по формированию случайных чисел х; продолжается до ф 5 тех пор, пока не поступает сигналСтоп на вход 16 генератора 4,При поступлении этого сигнала генератор 30 импульсов прекращает фонмироватьь импульсные последовательности и работа управляемого генератора случайных чисел на этом заканчивается,Способом повышения точности воспроизведения распределения Г(х) является увеличение количества и интервалов аппроксимации за счетуменьшениядлин Ь этих интервалов.Получаемая при этом по;.решность Оаппроксимации функции Г(х) в случае кусочно-линейной интерполяцииопределяется по известной ФормулеНьютона гдедлина 1-гс участка аппроксимации;(,1 Г 3 Ч)мокс - значение модулявторой прсизноднойФункции Г(х) в точке Т, где погреш.- ность аппроксимациимаксимальна:В известном устройстве Областьзначений аргумента х разбивается на и равных интервалов, длина которых в случае Формирсв-ния д си ныхчисел х, равна й=2,. гд.=. щ - разг:днОсть чисел, При этом колк" Рствс участков аппроксимации сире,=,:з;.яется по формуле и = 1/):=2 , Так.и Образом при увеличении разрядности в Формируемых чисел уменьшается Огрешнссть воспроизведения распределения Г(х) за счет уменьшения длиныу:астков аппроксимации, т,е. за счет увеличения количества узлов аппроксимации Г(х).Поскольку Для хранения узловых ТО чек Г(х ) необходимо использовать запоминающее устройство емкостью ичисел, то такой способ повышения точности воспроизведения сопряжен со значительными аппаратурн,дми затратами. Действительно, увеличение разрядности Формируемых чисел х всегда на один разряд требует уве личения в два раза объема запоминающего устройства, "гак как количество и участков аппроксимации возрастает в два раза.Предлагаемое устройство реализует способ получения случайных чисел х 1 основанный на кусочно-линейной аппроксимации функции распределения Г(х) при разбиении области значений аргумента х на и неравных интервалов. Длина И каждого интервала выбирается при этом таким Образом, чтобы погрешность ; апирсксим.:,ции не1.превышала заданной величины. Поэтомуна тех участках, на которых модульвторой производнойГ" воз-,растает, следует уменьшить длинуинтервала, а при уменьшении) Г "(л,с длину Ь можно увеличить.График на фиг.5 иллюстрирует принятййпри построении генератора метод аппроксимации заданного распределенияГ (х),При формировании первого разряда 0числа х равномерно распределенноеслучайное числосравнивается созначением Г(х=0,5) . ЕслиГ(х= 0,5),то формируемое число х может принять значение из интервала 0,5 х 1. 15Если ьГ(х=0,5), то число хоказывается в йнтервале 0 х0,5, При формировании второго разряда в зависимости от результата первого испытаниячислосравнивается либо со значе- Щнием Г(х=0,25) если х С(0,0,5), либо со значением Г(х=0,75) еслих (0,5,1)Процесс сравнениясосрединными значениями Функции Р(х)продолжается до тех пор, покане 5попадает ц интервалГ (х ) Г (х,), (2)Однако в силу разбиения областиизменения х на и неравных интерваловчисло Ф может попасть в интервал 30(2) не эа п шагов (как в известномустройстве), а раньше, Здесь щ каки прежде разрядность формируемыхчисел хеП р и м е р 1, Пусть)Г(х=0,75),Тогда в силу монотонности функцииГ (х) имеем 1 Г (х=О, 5) и следовательно в результате первого испытанияполучаем, что хб(0,5;1) . На второмшаге (такте) числосравнивается с 40Г(х=0,75), в результате чегЬ получаем хб(0,75;1). Поскольку дальнейшееразбиение интервала (0,75;1) пополам в данном случае не предусмотрено (фиг.5), то выдачей числа х изнайденного интервала и заканчивается цикл Формирования очередногочисла (недостающие вразряда числа х снимаются с генератора равномерно распределенных случайных чисел). Таким образом в рассматриваемом примере за два такта формируются два старших разряда числа ха в младшие разряды, начиная с третьего, с вероятностью 0,5 заносятсяединицы (в предлагаемом устройстведва старших разряда формируются спомощью схемы сравнения, а мла,цшиеразряды - путем опроса значенийразрядов генератора 8 дешифратором 6012 с последующим занесением результата в младший разряд регистра 13сдвига, содержимое которого в каждом такте сдвигается на один разряд) . 65 П р и м е р 2. Пусть Г(х=3/16)- Г (х=1/4) . Тогда интервал (3/16;1/4), которому должно принадлежать формируемое число х , будет найден за четыре шага (в первом такте)сравнивается с Г(х=0,5), во второмс Г(х=1/4), в третьем - с Г(х=1/8), в четвертом - с Г(х=3/16). Таким образом в зависимости от значенияпоиск интервала (2) происходит за К шагов (тактов), где К - случайная величина, меньшая или равная ш, Поэтому устройство, реализующее рассматриваемый способ генерирования случайных чисел х, должно функционировать таким образом, чтобы в процессе работы на каждом шаге определялось попало ли числов интервал (2) или нет. С этой целью предлагаемое устройство содержит блок 7 анализа, который определяет .момент попадания числав интервал (2)При попаданиив.интервал (2) блок 7 анализа формирует сигнал с 1=1 и предлагаемый генератор переходит в режим занесения в младшие разряды выходного регистра 13 с вероятностью 0,5 единичных сигналов. После завершения формирования щ-разрядного случайного числа х, по сигналу с последнего выхода дешифратора 12 генератор переходит к формированию следующего случайного числа, а число х;, сформированное в предыдущем цикле, с выходов регистра 13 и генератора 8 через блок 14 элементов И подается. на выход 17 устройства.С целью определения момента попадания числа ( в интервал (2) в запоминающее устройство 3 в период настройки генератора на реализацию заданного закона распрецеления записываются не только значения функции Г(х) и адреса следующих узловых точек, но и двухразрядный код 2 . Этот код в каждом такте поступает в блок анализа,.который в зависимости от значения 2 и значения сигнала Ь с выхода схемы 6 сравнения формирует сигнал с 1.В предлагаемом устройстве принято, что при 2,=-00 генератор Формирует следующий разряд числа х обычным образом, т.е, после деления пополам очередного интервала и сравненияс Г(х) в следующем такте делятся пополам оба полученных полуинтервала, а выбор узловой точки происходит в зависимости от значения сигнала Ь: при Ь=О иэ памяти считывается значение функции, подсчитанное на середине левого полуинтервала, а при Ь=1 - на середине правого полуинтервала.Поступление в блок 7 анализа ко-, да 2, =10 означает, что искомый ин15 16 960812 тернал (2) найден и генератор начи-ная со следующего такта по сигналуц=1, сформированному и блоке 7,формирует оставшиеся младшие разряды числа х, занося в регистр 13равновероятные дноичные сигналы,Очевидно возможен и такой случай,когда все щ разрядов числа х формируются с помощью схемы сравнения.В этом случае определение моментапопаданиян искомый интервал происходит по сиГналу с последнего выходадешифратора 12, а формирование сигналао=1 блокируется путем поступления иэ памяти в блок 7 анализакода Е =00, исключая тем самьм воз- (5можность занесения в младшие разряды регистра 13 равновероятных двоичных сигналов.При работе генератора возможнаситуация, когда после деления пополам очередного интервала в следующем такте необходимо делить пополамтолько один из двух полученных полуинтервалов. С целью определения полуинтервала, подлежащего делению, 25вводятся следующие значения управляющего сигнала: 2=01 и Е; =11. Если2. =01, в следующем такте делится пополам только правый полуинтервал, апри попаданиив левый не подлежа- З 0щий делению полуинтервал (т,е. приЬ=О) н блоке 7 формируется сигнало=1 и генератор переходит к формированию младших равнонероятних разрядов числа х . Если 2 =11, в следующем такте делится пополам левыйполуинтернал, а при попадании . нправый полуинтервал (т,е. при Ь=1) Таблица 1 0,000122 0,125 0,0313 0,0078 0,00195 0,00049 255 31 63 127 Таблица 2 ю 3 4 5 6 7 8 О,125 О,О 313 О,ОО 78 О,ОО 195 О,ООО 49 О,ООО 122 7 12 23 46 89 рядности регистра 1 и количества ны 60 ходов дешифратора 2,Предлагаемое устройс во позноляс".уменьшить погрешность б аппроксимациизаданного распределения, сохраняя при.мерно одинаковые с известным устройЯ ством аппаратурные затраты, Например,Из сраннения таблиц видно, что предлагаемое устройство в зависимости от разрядности формируемых чисел позволяет сократить объем памяти в 2,1-2,9 раза при сохранении точности аппроксимации. Сокращение объема памяти ведет также к уменьшению раэ в блоке 7 формируется сигнал с 1=1,Поэтому блок 7 анализа формируетсигнал с 1=1 не только при Е =10, нои при 2 =01, если Ь=О, и при 2 =11,если Ь=1,Таким образом, предлагаемый генератор позволяет воспроизводитьзаданное распределение Г(х) при разбиении области х на п неравных интервалов, определяя в каждом тактевыполняется ли условие (2) или нет.Поскольку в известном устройстве определение момента попаданияв интервал (2) происходит только в ю-омтакте, то известное устройство непозволяет делить область значенийх на и неравных интервалов, и следовательно, требует дополнительногообъема памяти для достижения тех жеточностных характеристик,которыеимеет предлагаемое устройство. С целью сравнения точностных характеристик предлагаемого устройства и известного был проведен по формуле (1) расчет погрешностиаппроксимации показательного распределения Р(х)=1 -ехр(-Х"х) при Р. =8. В табл,1 и 2 приведены полученные при этом значения погрешности 8 аппроксимации и объема памяти И в зависимости от разрядности ю формируемых ;-исел х. Объем памяти определя;тся по формуле И = п, где и - количество интерналов аппроксимации, обеспечивающих точность 6 В табл.1 привел -ны характеристики известного устройства, а в табл.2 - характер.:;"тики предлагаемого устройства.при формировании случайных чисел, закон распределения которых отличаетсяот показательного распределения не,)более чем на Е =0,00195, в известномустройстве требуется объем памятиИ=63 а в предлагаемом устройстве погрешность б= 0,00049 достигается прйИ = 46 (см. табл.1 и 2). Таким образом предлагаемое устройство несмотря даже на некоторое уменьшение объема памяти (с 63 до 46) позволяет поч- оти в четыре раза повысить точностьвоспроизведения показательного распределения. Аналогичные характеристики предлагаемое устройство имеет ипри воспроизведении других законов 15распределения,Использование новых элементоврегистров, счетчика, дешифратора,блока анализа, элемента ИЛИ выгодноотличает предлагаемый генератор от 20,известного, так как позволяет повысить точность воспроизведения заданного распределения,25Формула изобретения1. Управляемый генератор случайных чисел, содержащий генератор тактовых импульсов, блок памяти, первый дешифратор, первый регистр памяти, вы од которого через первый дешифратор соединен с первым входом блока памяти, ";:оп сравнения, первый и второй блоки элементов И, генератор равно. ерьо распределенных случайных вели чин, группа выходов которого соединена с соответствующими входами первой группы блока сравнения, выход второго блока элементов И является выходом генератора, о т л и ч а ю щ и йтем, что, с целью повышенияточности, он содержит второй и третий регистры памяти, блок анализа .:.одоз, счетчик, второй дешифратор и элемент ИЛИ, причем первый ивторой входы Пуск, а такжепервый и второй входы задания режима генератора тактовых импульсов соединены с первым и вторым входамл генератора, и-ым (и - число выходов второго дешифратора) выходом второго дешифратора и первым выходом Сло.;а анализа кодов соответственно, первый выход генератора тактовых импульсов подключен к первому входу счетчика и к первому входу второго блока элементов И, второй и третий входы которого соединены с выходом третьего регистра памяти и выходом генератора равномерно распределенных случайных чисел соответственно, вто рой выход генератора тактовых импульсов соединен с первыми входами первого и второго регистров памяти, блока памяти и блока анализа кодов, первый выход блока памяти подключен 65 к второму входу второго регистрапамяти, выходы которого соединены ссоответствующими входами второй группы блока сравнения, вход которогоподключен к третьему выходу генератора импульсов, второй выход блокапамяти подключен к второму входупервого регистра памяти, третий входкоторого соединен с вторым выходомблока анализа кодов, второй и третий входы которого подключены к третьему выходу блока памяти и выходублока сравнения соответственно, четвертый выход генератора тактовыхимпульсов соединен с входом генератора равномерно распределенных случайных чисел, группа выходов которого подключена к соответствующимвходам первой группы первого блокаэлементов И, входы второй группыкоторого соединены с соответствующими выходами второго дешифратора,а выходы первого блока элементов Исоединены с группой входов элемента ИЛИ соответственно, вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выход элемента ИЛИ соединен спервым входом третьего регистра памяти, второй вход которого соединенс пятым выходом генератора тактовыхимпульсов, шестой и седьмой выходыкоторого подключены к второму входусчетчика и входу второго дешифраторасоответственно, четвертый вход первого регистра памяти соединен си-ым выходом второго дешифратора,группа входов которого подключена квыходам счетчика соответственно,2. Генератор по п,1, о .т л и ч аю щ и й с я тем, что блок анализа кодов содержит четыре группы элементов И, элемент ИЛИ, элемент НЕ и два регистра памяти, первые входы которых образуют первый вход блока, второй вход которого соединен с вторыми входами регистров памяти, выход элементов И первой группы соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход элементов И второй группы является первым выходом блока, выходы элементов И третьей и четвертой групп соединены соответственно с вторьщ и третьим входами элемента ИЛИ, выход которого является вторым выходом блока, первый выход первого регистра памяти соединен с первыми входами элементов И первой и третьей групп, второй выход первого регистра памяти соедийен с первыми входами элементов И второй и четвертой групп, первый выход второго регистра памяти соединен с вторыми входами элементов И первой и второй групп, второй выход второго регистра памяти соединен с вторыми входами элементов И