Генератор случайных двоичных чисел

.1 п 4 б 06 Г 7/5 НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ М А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ДВОИЧНЫХ ЧИСЕЛ(57) Изобретение относится к вычислительной технике и позволяет расширить областьприменения генератора случайных двоичныхчисел путем получения распределения Пойа.Сущность изобретения основана на аппаратурном моделировании независимых случайных испытаний, состоящих в выборе наугадотдельного шара из урны, содержащей в начале испытаний Ьо белых и со черных шаров,возврате этого шара в урну вместе с 8 дополнительными шарами того же цвета, чтои выбранный шар, и подсчете числа Ц успехов, связанных с извлечением белого шарав серии из и испытаний. Генератор содержит первый счетчик 12 числа"успехов, второй 13 и третий 14 счетчики текущего числасоответственно белых Ь и черных с шаров вурне, двоичные коды которых управляют блоком 15 Формирования случайного двоичного ЯО 1325472 сигнала с непрерывным временем, коэффициент заполнения Кз которого равен относительной доле кэ= Ь / (Ь+с) белых шаров в урне, два элемента И 5, 6 и элемент ЗАПРЕТ 7, управляемые выходным сигналом блока 15 и предназначенные для реализации случайных испытаний путем подачи на второй вход первого элемента И 5 импульсов генератора 1, которые также запускают блок 4 формирования пачки из з импульсов с целью увеличения на з единиц со держимого второго 13 либо третьего 4 счетчиков в зависимости от уровня 1 или О выходного сигнала блока 15, фиксируемого (уровня) на время прохождения пачки из з импульсов сигналом запрета с первого выхода блока 4. Делитель 8 частоты определяет размер и серии испытаний. Каждый импульс с выхода делителя 8 записывает двоичное число с" в регистр 9 памяти и подготавливает генератор к новому циклу работы путем сброса в О первого счетчика 12 и записи во второй 13 и третий 14 счетчики соответственно значений Ьо и со, находящихся во втором 10 и третьем 11 регистрах памяти. Первый 2 и второй 3 элементы задержки обеспечивают требуемую последовательность срабатывания соответствующих элементов генератора случайных двоичных чисел. 4 ил.1Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении датчиков случайных двоичных чисел с распределением Пойа.Цель изобретения - расширение области применения генератора путем получения распределения Пойа.Сущность изобретения основана на аппаратурном моделировании случайных испытаний, заключающихся в выборе наугад шара из урны, содержащей в начале испытаний Ью и св шаров белого и черного цветов соответственно, возврате этого шара в урну вместе с з шарами того цвета, что и выбранный шар, и подсчете числа извлеченных шаров белого цвета в серии из и испытаний. В результате появляется новое свойство дискретной вероятностной системы с четырьмя степенями свободы: Ь, с, п, з, Известный генератор имеет три степени свободы. Благодаря этому свойству область применения предлагаемого генератора случайных двоичных чисел расширяется за счет получения распределения Пойа.На фиг. 1 приведена структурная схема генератора случайных двоичных чисел, на фиг. 2 - схема блока формирования пачки из з импульсов; на фиг. 3 - схема блока формирования случайного двоичного сигнала; на фиг. 4 - схема линейного преобразователя код - интенсивность случайного потока импульсов.Генератор случайных двоичных чисел содержит генератор 1 импульсов, первый 2 и второй 3 элементы задержки, блок 4 формирования пачки импульсов, первый 5 и второй 6 элементы И, элемент 7 запрет, делитель 8 частоты, первый 9, второй 10 и третий 11 регистры памяти, первый 12, второй 13 и третий 14 счетчики, блок 15 формирования случайного двоичного сигнала.Блок 4 формирования пачки импульсов (фиг, 2) содержит триггер 16, единичный вход которого является входом запуска блока, а прямой выход - первым выходом блока 4, делитель 17 частоты, выход которого соединен с входом Сброс триггера 16, и последовательно соединенные генератор 18 импульсов и элемент И 19, второй вход которого соединен с прямым выходом триггера 16, а выход - с входом делителя 17 частоты и является вторым выходом блока 4.Блок 15 формирования случайного двоичного сигнала с непрерывным временем (фиг. 3) содержит генератор 20 случайного потока импульсов, элемент ЗАПРЕТ 21, равновероятностный двухполюсник 22, два преобразователя 23 и 24 код - интенсивность случайного потока импульсов, триггер 25, прямой выход которого является выходом блока 15, входом запрет которого является инверсный вход элемента ЗАПРЕТ 21. Выход генератора 20 соединен с прямым входом элемента ЗАПРЕТ 21, выход которого соединен с входом двухполюсника 22, выходы которого соединены с первыми входами соответственно первого и второго и вторымивходами второго и первого преобразователей 23 и 24. Выходы последних соединенысоответственно с единичным и нулевым входами триггера 25, установочные входы преобразователей 23 и 24 являются соответственно первым и вторым входами задания интен.сивности блока 15.Преобразователи 23 и 24 код - интенсивность случайного потока импульсов со 10 держат элемент 26 задержки, счетчик 27,стробированный дешифратор 28, группу 29элементов И и элемент ИЛИ 30.Генератор работает следующим образом,Предварительно во второй 10 и третий11 регистры заносят числа Ъю и св, определя 1 ющие численность белых и черных шаров соответственно в моделируемой урне на начальный момент времени. Коэффициенты п деления делителя 8 частоты устанавливаютразмер серии из и случайных испытаний, за20 ключающихся в выборе наугад одиночных шаров из урны. Параметром з блока 4 формирования пачки из в импульсов устанавливают число дополняемых в урну шаров тогоже цвета, что и цвет выбранного шара,после каждого испытания,25 Импульсы генератора 1 частотой Е - ,фГюгде т - длительность пачки из з импульсов,через первый элемент 2 задержки поступает на вход делителя 8 частоты. На выходе последнего появляется каждый п-й импульс, который определяет начало рабочего30 цикла генератора путем записи содержимого первого О и второго 11 регистровпамяти о второй 13 и третий 14 счетчики соответственно, а также записи содержимогопервого счетчика 12 в первый регистр 9 памяти и сброса спустя время, определяемоеЗ 5 вторым элементом 3 задержки, первого счетчика 12 в нуль. Г 1 ервый элемент 2 задержкислужит для разделения моментов проведения последнего из серии п испытаний и начала нового цикла генератора.С учетом двоичных кодов, действующихна первом и втором входах установки интенсивности блока 15, на выходе последнегоформируется случайный двоичный сигнал снепрерывным временем и параметром Р(1)45 -- , равным относительнои доле белых ша- Ь Ь+сров в моделируемой урне.Рассмотрим работу блока 15. Импульсыгенератора 20 случайного потока импульсов через постоянно открытый в отсутствие им пульсов бланкирования элемент ЗАПРЕТА21 поступают на вход равновероятностного двухполюсника 22, на выходах которого они разделяк)тся на два независимых друг от друга потока с равной интенсивностью. Первый поток импульсов с помощью первого 55 преобразователя 23 код - интенсивность,управляемого двоичным кодом х= Ь, преобразуется в случайный поток Х. Аналогично второй поток с помощью второго преобра 13254723зователя 24 код - интенсивность, управляемого кодом у= с, преобразуется в поток Я, Потоки А и Х воздействуют соответственно на Ь- и К-входы триггера 25 и формируют на его прямом выходе случайный двоичный сигнал с параметром Р(1) - ЬЬ+с.Таким образом, параметр Р(1) случайного двоичного сигнала на выходе блока 15 является функцией текущих состояний второго 13 и третьего 14 счетчиков.Случайный двоичный сигнал присутствует на первых входах первого 5 и второго 6 элементов И и инверсном входе элемента ЗАПРЕТ 7, на информационные входы которых поступают соответственно импульс генератора 1 и пачки из з импульсов с второго выхода блока 4. На время тп действия пачки из з импульсов блок 15 бланкируется сигналом с первого выхода блока 4, в результате этого в течение времени , логический уровень сигнала на выходе блока 15 остается без изменения. 51015 выполнении условия ( -1 Ри 1 состояния (логиче Д е уровни) лучаиного двоичного сигнала роведения испытаний независим моменты С вероятостью Р (О) = - на выходе блока 15 присЬ+с 30 35 ет нулевой уровень. Это событ о выбору из урны черногос тем, что содержимое т а 14 увеличивается на з един е содержимого счетчика 14 тр случайного двоичного сиг блока 15. сутству валент связан счетчи ие эквишара и ретьего иц. Изменяет нала на менепара выхо ероятностью Р(1) - Ь на вых Ь Ь+сблока 15 присутствует единичный уровень.Это событие эквивалентно выбору из урныбелого шара. Поэтому содержимое второго 40счетчика 13 увеличивается на з единиц.Одновременно содержимое первого счетчика12 возрастает на единицу,К моменту появления последнего из серии п импульса генератора 1 в первом счетчике 12 находится случайное число ф, означающее итоговое число извлечений шаровбелого цвета.Распределение Р Дф) в соответствии сизвестной вероятностной моделью, суть которой состоит в выборе наугад шара из урны,содержащей в начале испытаний Ьо и сшаров белого и черного цвета соответственно, возврате этого шара в урну вместе с зшарами того же цвета, что и выбранный шар,и подсчете числа " извлечений шаров бе лого цвета в серии из и независимых испытаний, является распределением Пойа. с+ (п - 1 с1=0, п,где М=Ь++1) Я).к МЦ-( - )1- общее число шаров (белых ичерных) в моделируемой урне в начале рабочего цикла генератора. ормула изобретени Генератор случайных двоичных чисел, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов, первый элемент задержки и делитель частоты, выход которого соединен с входом Запись первого регистра памяти и входом второго элемента задержки, выход которого соединен с входом Сброс первого счетчика, второй и третий регистры памяти, блок формирования случайного двоичного сигнала, выход которого соединен с инверсным входом элемента ЗАПРЕТ и первым входом первого элемента И, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а выход первого элемента И соединен со счетным входом первого счетчика, информационный выход которого соединен с информационным входом первого регистра памяти, выход которого является выходом генератора, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения генератора путем получения распределения Пойа, он содержит блок формирования пачки импульсов, второй элемент И, второй и третий счетчики, информационные выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами задания интенси вности блока формирования случайного двоичного сигнала, вход ЗАПРЕТ которого подключен к первому выходу блока формирования пачки импульсов, второй выход которого соединен с первым входом второго элемента И и, прямым входом элемента ЗАПРЕТ, выходы которых соединены со счетными входами соответственно второго и третьего счетчиков, выходы второго и третьего регистров памяти соединены с информационными входами соответственно второго и третьего счетчиков, входы Запись, которых подключены к выходу делителя частоты вход Запуск блока формирования пачки импульсов подключен к выходу генератора импульсов, а второй вход второго элемента И соединен с инверсным входом элемента ЗАПРЕТ.,ак п 3 1,4Г)11 11 И Г )с. (ар(13(,1 ( 1 (((( ) (( ) ( ректор Е Рошкпи снос тений и открь(т)(й д. 415од чл. Проектна)