Генератор случайных чисел

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Соиаз СоветскикСоциалистическинРеспублик(22) Заявлено 13,10.80 (2 ) 3215680/18-24с присоединением заявки рйОпУбликовано 23 05.82, Бюллетень йй 19 ню делам нзабретеннй н открытнйДата опубликования описания 26,05,82 72) Авторы изобретения Г. Скиба и Ю. Е. Лян(54 ЕРАТО четный триг состояния: л в ческая единица, ствием потока и на вход счетног нахождения е нуля с очень всо Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использованов цифровых вычислительных устройствахдля получения случайных чисел при решении задач методами статистического моделирования, в стохастических вычисли 3тельных машинах для имитации случайныхвоздействий, в системах связи, используюших случайные или псевдослучайныепоследовательности для формирования шу 10моподобных сигналов и т. и,Известен генератор случайных чисел,содержащий источник шума и счетныйтриггер, в котором напряжение от источника шума поступает на вход счетного5триггера через ограничитель амплитудысигнала 1Наиболее близким к предлагаемомуизобретению по технической сущностиявляется генератор, в котором напряжениеот источника шума через усилигель поступает на два пороговых элемента снеравными порогами срабатывания, выходыкоторых подключены к первому и второму входам суммярующего элемента, Пороговые элементы преобразуют шумовой сигнал в потоки импульсов, случайных по моментам появления и длительностям. С выхода пороговых элементовчерез .суммирующий элемент и эмиттерный повторитель потоки импульсов поступают на вход счетного триггера и пересчитываются последним по модулю два.Два пороговых элемента, входы которькподключены к выходу усилиТеля, а выходы - к первому и второму входам суммирующего элемента, позволяют увеличить частоту появления случайных импульсов и в потоках импульсов, постулающих на счетный триггер. гер имеет два устойчиогический нуль и ло 1 и-, Считается, что под деймпульсов, поступающих триггера, вероятность состоянии логического кой точностью будет3 93 равна вероятности нахождения его в состоянии логической единицы 2Однако для известных схем генераторов, случайных чисел наблюдаются зна. чительные закономерные отклонения от равных значений вероятностей нахождения счетного триггера в состояниях логического нуля и логической единишь. Это обусловлено отсутствием схемотехнических решений, исключающих на входе триггера импульсы с амплитудами и длительностями, недостаточными для его 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 известных генераторах случайных чисел требуемые высокие статические параметры достигаются путем случайного подбора элементов, составляющих генератор.Случайный подбор элементов требует проведения большого объема экспериментальной работы как при разработке схемы генератора, так и изготовлении каждого его образца, а в ряде случаев приходится проводить периодический контроль статистических параметров генераторов, 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 (из-за присутствия на его входе ненормированных импульсов). 11 ель изобретения - повышение точности генератора,Для достижения поставленной цели визвестный генератор случайных чисел,содержащий источник шума, выход которого соединен со входом усилителя, двапороговых элемента, первые входы которых являются соответственно первыми вторым регулировочными входами генератора, первый триггер, выход которого является выходом генератора, введены второй триггер, селектор минимальной длительности сигнала и ограничительамплитуды, вход которого соединен свыходом усилителя, а выход ограничителя амплитуды через селектор минимальной длительности сигнала соединен совторыми входами пороговых элементов,выходы которых соединены с установочными входами второго триггера соот 03 15 4ветственно, выход которого соединен ссчетным входом первого триггэра.На чертеже приведена блок-схемагенератора.Генератор содержит, источник 1 шума,выход которого через усилитель 2, ограничитель 3 амплитуды и селектор 4минимальной длительности сигнала соединен со входами пороговых элементов 51 ф и 6, выходы которых соединены с установочными входами триггера 7, выход которого соединен с счетным входом триггера 8, выход которого является выхо-.дом генератора, входами которого15 являются входы пороговых элементов 5и 6, пороги срабатывания которых не равны между собой,Введение в схему генератора ограничителей 3 и 4 ограничивает максимальную скорость изменения напряжения навходах пороговых элементов 5 и 6. Выбирая определенным образом величинынапряжений срабатывания пороговых элементов 5 и 6, можно получить на выходе триггера с раздельным запуском 7импульсы, длительности которых будутне менее заданного значения. 36 35 45 50 55 Если обеспечить соответствующий выбор по быстродействию пороговых элементов 5 и 6 и 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 закономерных 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 гистереэиса, например, туннельные диоды. Для согласования характеристик между отдельными элементами схемы могут быть при необходимости включены усилители, На практике при реализации предлагаемой схемы функции отдельных элементов могут быть совмещены, например, усиление и ограничение амплитуды или максималь ной частоты шумового сигнала. Однако, для достижения требуемого эффекта функции, реализуемые элементами схемы генератора и их взаимная последовательностьИИПИ Заказ 3473/65 Тираж 732 Псдписн Проектная, 4 Патент, и. Ужгород лиап 5 9303 выполнений, должяь строго соответство вать схеме, чриведенной на чертеже.Предлагаемая схема генератора слу.чайных чисел выгодно отличается ст известногс, так как в неЕ целенаправлен- З ными схемотехническими решениями исключаются закономерные отклонения ве- роятностеЕ нахождения счетного триггера в состояниях логического нуля и логи- ческоЕ единицы от равного значения. В 16 результате применения этой схемы отпадает необходимость в проведении большого объема экспериментальных исследо- ваниЕ по подбору элементов и появляется возможность на практике получать гене- И раторы случайных чисел с высокими статистическими параметрами, соответствукь шими расчетными значениями. В раде случаев, для достижения высоких статистических параметров исключается не обходимость применения нескольких параллельно работающих генераторов случайных чисел, построенных по схеме прототипа. Соответствие режимов работы всех элементов схемы требованиям 2. технических усяовиЕ гарантирует получение статистических параметров высокого качества, что исключает необходимость проведения испытаний каждого изготовленного образца схемы и периодическо- за го контроля статистических параметров в процессе эксплуатации, а также обес печивает высокую надежность генератора случайных чисел. формула изобретенияГенератор случаЕных чисел, содержвшиЕ источник шума, выход которогосоединен с входом усилителя, два пороговых элемента, первые входы которыхявляются соответственно первым и вторым регулировочными входами генератора, первый триггер, выход которогоявляется выходом генератора, о т л и -ч а ю ш и Е с я тем, что, с цельюповышения точности генератора, он содержит второй триггер, селектор минимальной длительности сигнала и ограничитель амплитуды, вход которого соеди-нен с выходом усилителя, а выход ограничителя амплитуды через селектор минимальиоЕ длительности сигнала соединенс вторыми .Юходами пороговых элементов,выходы которых соединены с установоч-ными входами второго триггера соответспвенно, выход которого соединен со счетным входом первого триггера.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 279168 ф кл.061102 ф 1969.2. Авторское свидетельство СССРМ 273536, кл. 3 06 Р 1/02, 1969