Генератор случайных чисел

Сова Советскнк Соцнапнстнческни Респубпнк(22) Заявлено 160479 (21) 2753001/18-24 (51) М с присоединением заявки Йо(23) Приоритет С 06 Г 1/02С 07 С 15/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при моделировании случайных процессов,5Известен генерат эр случайных чисел, принцип деиствия которого основан на пересчете по модулю два шумовых импульсов через заФиксированныеинтервалы времени 1,1 ООднако в этом генераторе осуществляется стробирование исходной шумовой последовательности тактовыми импульсами непосредственно на усилителе-ограничителе, В результате стробирования первые и последние импульсысерий с большой вероятностью рассекаются и на входе счетного триггера появляются сколь угодно короткие импульсы. Длительность и амплитуда ихнедостаточна для уверенного срабатывания счетного триггера, чтоприводит к проявлению несимметрии триггера, а в итоге - котклонению вероятностей появленияиединиц" и "нулей" на выходе ГСЧ от 250,5. поэтому необходимо расширитьимпульсы по длительности до величиныдостаточной для уверенного срабатывания счетного триггера. Но расширение импульсов, поступающих на вход ЗО триггера, приводит к соответствующему сокращению интервалов между ними,Чтобы сохранить при этом достаточныеинтервалы между импульсами необходимо дополнительное сокращение полосычастот спектра исходного шумовогосигнала. Однако это может привестик пропорциональному сокращенио средней частоты следования шумовых импульсов и, следовательно к такомуже уменьшению частоты генерированияпоследовательности случайных чисел(при Фиксированных требованиях и еекачеству),Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому изобретениюявляется генератор случайных чисел,содержащий источник широкополосногошумового напряжения, усилитель-ограничитель, преобразователь, электронный ключ, пороговый элемент, расширитель, счетный триггер и элементИ 2.Недостатками этого генератора являются малое быстродействие, низкоекачество последовательности случайныхчисел и недостаточная надежность.Известно, что быстродействие генератора (при заданном качестве генерируемой последовательности) прямо про 857960порционально количеству случайныхимпульсов, приходящихся на тактовыйинтервал. Стробирование же исходнойшумовой последовательности исключает из нее импульсы, попавшие в интервал стробирования, тем самым5уменьшая быстродействие, Например,вслучае использования шумящего диода12 Г 401 Л с верхней граничной частотойравномерного спектра 2,5 мГц придлительности стробирующих импульсов,равной 1,2 мкс, в каждом тактовом интервале находится в среднем на 3случайных импульса меньше, Для качественного получения равномерно распределенных чисел счетный триггермежду опросами должен переброситься 158-10 раз. С учетом этого, максимальное быстродействие может быть достигнуто 250-310 кГц,но стробирование шумовой последовательности уменьшаетего до 190-230 кГц. 20С другой стороны, при фиксированном быстродействии, например равном200 кГц, стробирование шумовой последовательности увеличивает методическую погрешность Р, Равной величине д 5отклонения бинарной последовательности случайных чисел от равновероятнойв 400 раз.Недостатком генератора являетсяотакже появление в результате стробироэания дополнительной погрешностиза счет увеличения степени коррелируемости случайяых чисел на выходе.Это объясняется тем что в спектреслучайной последовательности группимпульсов с детерминированными интервалами следования групп и с случайными длительностями импульсов в группах появляются составляющие спектра,функционально зависимые от частотыследования групп, т.е, частоты стро Обирования,Качество генерирования случайныхчисел снижает и возможность рассогласования во времени стробирующегои считывающего импульсов из-за различия трактов их прохождения и в результате Флуктуаций задержек этихтрактов в зависимости от экземпляровприменяемых микросхем.Наличие же формирователей стробирующего и считывающего импульсов ве- одет к громоздкости схемы, и, какследствие этого, - к снижению.надежности.Цель изобретения - увеличениебыстродействия генератора. 55Цель достигается тем, что считывание состояния счетного триггераосуществляется привязанными к тактовой частоте фронтами мпульсоэ изслучайной последовательности, проти- щвоположными фронтам срабатываниясчетного триггера.Для этого в известный генераторслучайных чисел, содержащий последовательно соединенные источник широко полосного шумового напряжения, усилитель-ограничитель, преобразователь временного интервала в монотонно возрастающее напряжение, пороговый элемент, расширитель импульсов и счетныйтриггер, выход которого соединен спервым входом элемента И, выход которого является выходом генератора,введены элемент НЕ и триггер, выход которого соединен с вторым входом элемента И, нулевой вход триггера подключен к источнику тактовых импульсов, а единичный вход триггера подключен через элемент НЕ к выходу расширителя импульсов,На Фиг. 1 приведена блок-схема устройства, на фиг, 2 - эпюры напряжений в отдельных точках генератора.Генератор содержит последовательно соединенные источник 1 широкополос.ного шумовогб напряжения, усилительограничитель 2, преобразователь 3временного интервала в монотонно возрастающее напряжение, пороговйй элемент 4, расширитель 5 импульсов, счетный триггер 6 и элемент И 7. Выход расширителя 5 соединен с входом элемента НЕ 8. Источник 9 тактовых импульсов подключен к нулевому входутриггера 10, единичный вход которогосоединен с выходом элемента НЕ 8, авыход - с вторым входом элементаИ 7.Генератор работает следующим образом,Сигнал, генерируемый источникомширокополосного шумового напряжения,поступает на вход усилителя-ограничителя 2. усиленная последовательность импульсов случайной длительности, следующих через случайные интервалы времени, подается на преобразователь временного интервала в монотонно возрастающее напряжение. С выхода преобразователя треугольные импульсы с амплитудами, пропорциональными их длительности, поступают на вход порогового устройства 4, с помощью которого производится выборка и нормализация по амплитуде импульсов, превьноающих по напряжению некоторый уровень.Последовательность нормализованных по амплитуде и случайных по длительности импульсов с выхода порогового устройства подается на расширитель 5 импульсов, который увеличиваетих длительность до величины, минимально. необходимой для уверенного запуска применяемого счетного триггера6 (Фиг. 2 а). Триггер 6 пересчитываетэту импульсную последовательность помодулю два (Фиг. 2 в) и выдает ее наэлемент И 7,Одновременно с этим триггер 10каждыи такт обнуляется импульсамитактовой частоты (фиг, 2 г),а первый,пришедший с инвертора 8, случайныйимпульс (фиг. 26) переводит триггер10 в единичное состояние. В результа-те этого, с триггера 10 (фиг. 2 д) наэлемент И 7 поступает следующая стактовой .частотой последовательностьимпульсов, передние фронты которыхфиксируют состояние счетного триггера б. Следует заметить,что фиксация случайных состояний счетноготриггера всегда достоверна, так какмоменты считывания определяются самой гаммой и всегда находятся в интервале считываемых импульсов. 0 формула изобретения15Генератор случайных чисел, содержащий последовательно соединенныеисточник широкополосного шумового напряжения, усилитель-ограничитель,преобразователь временного интервала в ,Я монотонно возрастающее напряжение,пороговый элемент, расширитель импульсов и сч тный триггер, выход которого соединен с первым входом элементаИ, выход которого является выходомгенератора, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения быстродействия генератора, он содержитэлемент НЕ и триггер, выход которогосоединен с вторым входом элемента И,нулевой вход триггера подключен к источнику тктовых импульсов, а единичный вход триггера подключен черезэлемент НЕ к выходу расширителя импульсов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 514424, кл. Н 03 К 3/84, 1973.2. Авторское свидетельство СССРМ 385295, кл. С 06 6 7/52, 1971 (прототип).8579 бО Составитель А. Карасоврышева Техред А. Ач Корректо иницк Редактор одписное Заказ 7244 4/5 атент", г, ужг ород, ул. Проектная илиап ППП Тираж 745 ИПИ Государственного к по делам изобретений и 035, Москва, Ж, Рау митета ССС открытийшская иаб.,