Генератор случайных чисел

ОП ИСАИ ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к. авт. свид-ву(22) Заявлено 28. 09, 81 (2 ) 3342985/18-24 (51 М. КП. с присоединением заявки МО(23) Приоритет 6 06 Р 7/58 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 2 30 18 3, Бюллетень Йо 3 Дата опубликования описания 23.01,83(71) Заявитель 54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано автоматических системах с переменными параметрами, изменяющимисяпо случайному закону,Известно устройство, содержащеегенератор шума, ключ, блок дифференцирования, анализатор э нака и ВЯ-триг-гер с установочными В и Б входами.В генераторе напряжение шума черезключ и блок дифференцирования поступает на вход анализатора знака, по-очередно формирукщего сигналы на двухвыходах. Выходные сигналы анализатора подаются на установочные входытриггера, переключая егослучайнымобразом в состояния логической "1"или "0".Таким образом, генератор формирует кодовые комбинации из 1 и 0 случай.ных двоичных чисел только с равномерным законом распределения, прикотором числа смежных, т.е, следующих непосредственно друг за другом,кодовых комбинаций могут повторяться13.Недостатком генератора являетсяневс,эможность формирования равновероятных случайных чисел беэ ихповторения в смежных комбинациях,что не позволяет испольэовать генератор в системах с обязательной сменой случайного параметра от.периода к периоду их работы, т.е. в системах, в которых повторение одного и того же режима работы не допускается.Известен также генератор, содержащий датчик случайных чисел, распределенных по случайному закону, блок параллельного сравнения чисел, блок триггеров, блок ввода заданной функции распределения, блок совпадения, блок вычисления функции распределения, блок памяти, блок оценки дисперсии, блок сравнения и выходной блок2.В этом устройстве случайные числа, вырабатываемые датчиком случайных чисел, распределенных по равномерному закону, сравниваются с числами узловых точек заданной функции распределения, определяется граница между возбужденными и невозбужденными частями выходов блока сравнения и затем возбуждаются соответствующие выходные элементы выходного блока, определяющие в результате участок функции распределения, в пределах которого оказалось в данный момент времени случайное число, расгпределенное по равномерному закону. На выходе выходного блока получаются, случайные числа; соответствующие заданной функции распределения.Однако числа, вырабатываемые датчиком случайных чисел, могут повто ряться в некоторых смежных комбинациях, при этом также будут повторяться случайные числа на выходе устройст ва.Наиболее близким техническим реше нием к изобретению является генератор случайногопроцесса,содержащий управляемые датчики потоков случайных импульсов, количество которых равно числу состояний выходной цепи, груп: пу элементов И, шифратор, регистр памяти, элемент, ИЛИ, блок задания длительности испытания, блок управления, регистр адреса и блоки памяти, причем каждый датчик потоков включает соединенные последовательно генератор случайных импульсов, вероятностный многополюсник с импульсами выходов, группу элементов И и элемент ИЛИ.Работа генератора основана на проведении исследовательских случайных испытаний одновременного отпирания элементов И группы с последующей фиксацией номера элемента И группы, через который прошел первый ЗО с момента началаиспытания импульс датчиков потоков. Содержащаяся в генераторе обратная связь о выхода генератора на управляющие входы датчиков потоков через блок управления, 353 регистр адреса и блоки памяти обеспечивает управление вероятностными характеристиками выходных случайных чисел и исключает повторение чисел в смежных циклах. Таким образом,для 4 О устранения повторения смежных чисел используется принцип, заключающийся в определении номера управляемого датчика случайных импульсов, сработавшего первым в данном цикле испытаний, и в выключении этого датчика в последующем цикле Формирования случайных чисел.,Для реализации такого принципа требуются управляемые датчйки случайных импульсов и блоки памяти в количестве, равном числу допустимых выходных кодовых комбинаций, а также такие составляющие, как шифратор, блок управления и регистр адреса 3.Недостатком генератора является сложность и невысокая надежность вследствие применения большого числа управляемых датчиков случайных импульсов и блоков памяти, а. также наличия таких составляющих, содержащих боль шое количество электроэлементов, как шифратор, блок управления и регистр адреса.Цель изобретения в . упрощение и повышение надежности генератора. 65 Цель дооТирается теМ, что в генератор случайных чисел, содержащий генератор тактовых импульсов,генератор случайных импульсов, блокэлементов И, введены два элементаИ-НЕ, элемент ИЛИ-НЕ, два счетчика,дешифратор и ВЯ-триггер, В-вход которого является входом генератора,выход генератора тактовых импульсовсоединен с первым входом первогоэлемента И-НЕ и с синхронизирующимвходом дешифратора, выход которогосоединен с Б-входом ВБ-триггера,Явыход которого соединен с вторымвходом первого элемента И-НЕ, выходкоторого соединен с первым входомэлемента ИЛИ-НЕ и со счетным входомпервого счетчика, кодовыйвыход которого соединен с информационнымвходом блока элементов И, выходкоторого является выходом генератора,д, 1выход генератора случайных импульсовсоединен с первым входом второгоэлемента И-НЕ, выход которого соединен со вторым входом элемента ИЛИ-НЕ,выход. которого соединен со счетным,входом второго .счетчика, кодовыйвыход которого соединен с информационным входом дешифратора, Ц -выходВЯ-триггера соединенсо вторым входомвторого элемента И-НЕ и с управляющим входом блока элементов И.Сущность работы генератора заключается в том., что в каждый периодработы генератора сначала формируют вспомогательное случайное равновероятное число, которое может принимать все значения, например от Одо А, а затем суммируют его, прибавляя при этом единицу, по модулюА+1, с выходным числом генератора,.сформированным в предшествующийпериод его работы, и результат суммирования выдают на выход, для чегов генератор введены два счетчикаимпульсов, дешифратор и ВБ-триггерс их связями.В результате генерируются случайно равновероятные числа, которые могут принимать все значения от О доА без повторения в смежных периодах.На чертеже представлена функциональная схема устройства,Генератор, случайных чисел содержит генератор 1 случайных импульсов,элементы 2 И-НЕ, 3 ИЛИ-НЕ, счетчик4, дешифратор 5, ВБ-триггер б, генератор 7 тактовых импульсов, элемент 8 И-НЕ, счетчик 9, блок 10 элементов И. Счетчик 4 осуществляетсчет по модулю А, счетчик 9 по модулю А+1.Работа генератора случайных чиселзаключается в следующем.В исходном состоянии до поступления на вход генератора .импульса эаПуска ВЯ-триггер б находится в первом состоянии, при котором элемент8 И-НЕ выключен, а элемент 2 И-ИЕ и выходной коммутатор 10 включены. Импульсы генератора 7 на входы счетчиков 4 и 9.не поступают, счетчик 9 находится в статическом состоянии, и сигнал с выходов всех его разрядов в виде комбинации логических "0" и "1 ф, кодирующий двоичные числа от 0 до определенного значения А, поступает через блок 10 элементов И на выход генератора.Генератор 1 случайных импульсов непрерывно выдает последовательность импульсов со случайным периодом сле;дования. Элемент 2 И-НЕ сигналом, поступакщим с ВЗ-триггера б, включен, и импульсы с выхода генератора 1 че,рез элементы 3 ИЛИ-НЕ и 2 И-НЕ поступают на счетный вход счетчика4 импульсов, с помощью которого осуществляется подсчет числа случайных импульсов по модулю А. За достаточно большой интервал времени в счетчике 4 формируются коды случай ных равновероятных чисел, которые могут принимать все значения от 0 до АПри поступлении импульса запуска триггер б переключается во второе состояние, при котором элемент 2 И-НЕ выключен, а элемент 8 И-НЕ включен, и счетные входы счетчиков 4 и 9 импульсов подключаются к выходу генератора 7 тактовых импульсов. Кроме того, при переключении триггера б на время формирования в счетчике 9 очередной выходной кодовой комбинации выключается блок 10 элементов И. В счетчике 4 будет записан код двоичного случайного равновероятного числа в пределах от 0 до А.Счетчики 4 и 9 импульсов могут изменять свои состояния при одинаковых, например отрицательных, перепадах их входных сигналов, причем на вход счетчика 9 тактовыеимпульсы поступают с выхода элемента 8 И-НЕ непосредственно, а на вход счетчика 4 - через элемент 3 ИЛИ-НЕ, поэто. му счетчики срабатывают в разные полупериоды тактовых импульсов. В счетчик 9 записывается логическая 1 каждый раз при переключении триггера б после поступления запускающего импульса в первый полупериод тактовых импульсов.Кроме того, на вход этого счетчика поступят счетные импульсы с генератора 7 тактовых импульсов, количество которых равно числу, записанному в счетчике 4 в момент прихода запускающего импульса, которое может быть в пределах от 0 до А. Для этого при установке в процессе счета тактовых импульсов нулевого кода в счетчике 4 в следующем полу- такте с помощью дешифратора 5 нулевого кода, синхронизированного так товыми импульсами генератора 7, вырабатывается сигнал во втором полутакте тактовых импульсов, переключаю.щий ВЗ-триггер б в первое состояниеи прекращающий поступление счетных5 импульсов на вход счетчика 9 импульсов,Устройство переходит в исходноесостояние.. Блок 10 включается, и новая кодо 10 вая комбинация со счетчика 9 выдается на выход генератора. Таким образом, новое число устанавливается навыходе генератора через некотороевремя Ь = 0,5 + а И) Т после за 15 пускающего импульса, где а - число,устанавливающееся в счетчике 4 припоступлении запускающего импульса врассматриваеьый и-период работы генератора п = О, 1, 2, , Т-пери 2 од тактовых импульсов, Это новое,число равно сумме по модулю А+1 числа, сформированного в предшествую 25 30 60 Ырмула изббретения Генератор случайных чисел, содер 65 жащий генератор тактовых импульсов,35 40 45 50 55 щий и - 1 период, которое может принимать все значения от О до А,числа ан, которое может приниматьвсе значения от О до А, и 1Поэ"тому вновь сформированное число неможет быть равно предшествующемучислу.Действительно, эти смежные числамогут повториться, если к первомуиз них по модулю А+1 прибавить 0 или А+1, а так как в генераторе каждЫй раз добавляются случайные числа, принимающие значения только от 1 до А, то повторение смежных чисел исключается.ФПредлагаемый генератор случайных чисел является по сравнению с известным более простым и надежным,так как содержит гораздо меньшее количество электроэлементов, которые при этом имеют более узкую номенклатуру и серийно выпускаются промышленностью, например ИМС серии 133, причем указанный эффект достигнут не за счет известных инженерных методов проектирования схем, а в результате реали зации нового принципа Формирования равновероятных случайных чисел без повторения в смежных периодах.Экспериментальная проверка генератора случайных чисел подтвердила правильность найденного технического решения. Расчеты, проведенные сов местно с отделом надежности предприятия - заявителя для случая формирования б различных двоичных комбинаций, дали следукщий результат: надежность повьыается не менее чем в5 раз, причем это повышение возрастает с увеличением числа выходных комбинаций.991422 Составитель А. КарасовРедактор С. Патрушева ТехредТ.фантаКорректорА. Дзятко Тираж 704 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Эаказ 135/67 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 генератор случайных импульсов, блокэлементов И, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью упрощения генератора, он содержит два элементаИ-НЕ, элемент ИЛИ-НЕ, два счетчика,дешифратор и ВЯ-триггер,. В-вход которого является входом генератора,выход генератора тактовых импульсовсоединен с первым входом первогоэлемента И-НЕ с синхронизирующимвходом дешифратора, выход которогосоединен с Я-входом ВБ-триггера,ф-выход. которого соединен с вторымвходом первого элемента И-НЕ, выходкоторого соединен с первым входомэлемента ИЛИ-НЕ и со счетным входомпервого счетчика, кодовый выход которого соединен с информационнымвходом блока элементов И, выходкоторого является выходом генератора, выход генератора случайных им,пульсов соединен с первым входом второго элемента И-НЕ, выход которо. го соединен с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен со счетным входом второго счетчика, кодовый выход которого соединен с информационным входом дешифратора, 6-выход ВЗ-триггера соединен с вторым входом второго элемента И-НЕ и с управляющим входом бло 10 ка элементов И. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР 15 9 697990, кл. 6 06 Р 7/58, 1978,2. Авторское свидетельство СССР Р 744533, кл, 6 06 Р 7/58, 1978. 3, Авторское свидетельство СССР 0744532,кл.С 06 Г 7/58, 1978 (прото 2 О тип)