Генератор случайных чисел

(57) Изобретение отнлительной технике ипользовано для получданным законом распрве реализации методав сочетании с однимторных рядов (ряды Сретения - расширениевозможностей за счетслучайных чисел с за корми онами Ьвай ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(21) 4149087/24-24 (22) 17. 1 1.86 (46) 23.05.88. Вюл. Р 19 (72) Л.А.Мартьпценко, Ю,В.Осипов, А.Н.Степанов, А.И.Лысенков, А.И,Воловик и В.В.Пономарев (53) 681.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР Мф 401985, кл, С 06 Р 7/58, 1971.Авторское свидетельство СССР В 1099319, кл. С 06 Р 7/58, 1984.И НИХ ЧИСЕЛ сится к вычисожет быть исния чисел с эаделения на осно обратных йункций з классов опера Ли). 1 ель иэобЬункциональныхрованияраспреде1397907 ления, содержащими нормировочныем .ожители, и повышение быстродействия и надежности. Генератор случайныхчисел содержит генератор 1 тактовыхимпульсов, датчик равномерно распределенных случайных чисел, регистр 2памяти, вычитатель 4, квадратор 5,умножители 7-9, блок 6 возведенияв куб, сумматор 10, регистр 11 памяти, триггеры 12, 13, формирователи Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для получения случайных чиселс заданным законом распределения наоснове реализации метода обратных 5функций в сочетании с одним из классов операторных рядов (ряды С.Ли).Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей за счетформирования случайных чисел с зако"10нами распределения, содержащими нормировочные множители, и повышениебыстродействия и надежности,На чертеже приведена функциональ 15ная схема генератора.Генератор случайных чисел содержитгенератор 1 тактовых импульсов, регистр 2 памяти, датчик 3 равномернораспределенных случайных чисел,вычитатель 4, квадратор 5, блок 6возведения в куб, умножители 7-9,сумматор 10, регистр 11 памяти, триггеры 12 и 13, формирователи 14 и 15импульсов, элементы И 16-18, элементИЛИ 19, ключи 20-33, регистры 34-36памяти, линию 37 задержки, вход 38"Опрос" и выход 39.Работа генератора происходит вдва этапа: первый этап - подготови 30тельный, второй этап - основной. Приподготовительном этапе генератор рассчитывает нормировочные множители,перемножает их на коэффициенты операторного ряда Р П , Р, и записывает результаты в регистры 34-36. При 35основном этапе схема генератора настраивается на реализацию случайныхчисел с заданным законом распределения.Работу генератора рассмотрим на 40примере реализации случайных чисел с 14, 5 импульсов, элементы И 16-18,регис:ры 34-36 памяти, элемент ИЛИ19, линию 37 задержки, ключи 20-33.Новым является введение дополнительных блоков, органиэация связей междуэлементами, исключение электромеханических устройств, применение параллельного структурного способа вычисления на основном этапе работы генератора, 1 ил. 2законом гамма-распределения. На подготовительном этапе в начальном состоянии триггеры 12 и 13 обнулены, С инверсных выходов этих триггеров сигналы поступают на элемент ИЛИ 19, с выхода которого снимается сигнал на управляющий вход ключа 20. При включении генератора 1 тактовых импульсов происходит подача первого управляющего импульса через ключ 20 на счетный вход триггера 12, под воздействием которого триггер 12 переходит в единичное состояние. Сигналы с прямого выхода триггера 12 и инверсного выхода триггера 13 поступают на входы элемента И 18, с выхода которого формируется сигнал управления, посту. пающий на третий вход регистра 2 памяти. Под действием этого сигнала с второго, четвертого, шестого, седьмого и девятого выходов регистра 2 памяти постоянные коэффициенты (заранее расчитанные и введенные в регистр 2 в соответствии с требуемым законом распределения) поступают в определенные блоки: К, - в умножитель 7, К - в умножитель 8, Кз - в умножитель 9, а -в умножитель 7, квадратор 5 иблок 6 возведения в куб, К- в сумматор 10. Одновременно с этим с прямого выхода триггера 12 поступает сигнал на управляющие входы ключей 27-29. Тем самым готовится схема генераторалдля расчета гамма-функции Г (а). Ре 21эультаты а и а с выходов квадратора 5 и блока 6 возведения в куб соответственно поступают в умножители 8 и 9. Результаты К,а, К а и К а с выходов умножителей 7, 8 и 9 соответственно через ключи 27, 28 и 29 поступают в сумматор 10, где проис074Исчезает сигнал с выхода элементаИЛИ 19, тем самым отключается цепьподачи управляющих сигналов с генератора 1 через ключ 20 на счетный входтриггера 12, Одновременно с этим исчезает сигнал с выхода элемента И 16и формируется сигнал на выходе элемента И 17, который поступает на управляющие входы ключей 21, 22 и 33.Подготовительный этап окончен,В дальнейшем схема генератора работает следующим образом. При формировании генератором 1 тактовых импульсов четвертого управляющего импульса происходит его подача черезключ 21 на датчик 3 случайных чисел,который выдает первое равномерноераспределение в интервале 0, 11 число Ы на вычитатель 4.Одновременно этот управляющий импульс воздействует на управляющиевходы ключей 24-26 и на первый входрегистра 2 памяти, с первого и десятого выходов которого постоянные коэффициенты Р(х,) и х, поступают соответственно в вычитатель 4 и сумматор 10,В квадраторе 5 и блоке 6 возведения в куб происходит возведение соответственно в степени два и три разности Ы -Р(х ), снимаемой с вычитателя 4 через ключ 22. Кроме того,разность 1 -Г(х О) с выхода вычитателя 4 через ключ 22 поступают в умножитель 7В умножителях 7-9 происходит перемножение результатов вычитателя 4,квадратора 5 и блока 6 возведения вкуб на результаты соответственно регистров 36, 35 и 34, которые поступают на входы умножителей 7-9 черезключи 24-26 с регистров 3635 и 34.Результаты с блоков 7-9 поступаютчерез ключи 27-29, управляющие входыкоторых находятся под воздействиемсигнала, снимаемого с прямого выходатриггера 12, на сумматор 10, гдепроисходит суммирование четырех чисел.1 БОСумма х,+ГЫ-Г (х,)Г(а) Р,+ ,(-.-Р(х 0)1 Г(а) 3 Р +И-Р(х )31 Г(а)3 Рпоступает через ключ 33 в регистр 11памяти. После регистрации первогоббслучайного числа по закону гаммараспределения с управляющего выходарегистра 11 памяти поступает сигналчерез линию 37 задержки на вход"Сброс" сумматора 10. Под действием 3 13979 ходит их суммирование между собой и с коэффициентом К 0. Сумма четырех слагаемьм записывается в выходном регистре сумматора 10.5При поступлении с генератора 1 тактовых импульсов второго управляющего импульса на счетный вход триггера 12 происходит перевод триггера 12 в нулевое состояние, а триггера 10 13 - в единичное состояние, При таком состоянии триггеров 12 и 13 исчезает сигнал с выхода элемента И 18, остается сигнал на выходе элемента ИЛИ 19 и формируется сигнал на выходе 15 элемента И 16, который поступает на второй вход регистра 2 памяти, на управляющие входы ключей 23, 30-32 и на вход Формирователя 15 импульсов (последний формирует импульсы по пе реднему фронту управляющих сигналов, а формирователь 14 импульсов - по заднему фронту сигнала, снимаемого с прямого выхода триггера 12). Схема генератора настраивается на перемно жение нормировочного коэффициента с коэффициентами операторного ряда Р1 Р и Р, В этом состоянии ключей происходит подача результата с выходного регистра сумматора 10 через ключ 30 23 на умножитель 7, квадратор 5 и блок 6 возведения в куб. Результаты Г Г(а)1 и ГГ(аЦ с квадратора 5 и блока 6 возведения в куб соответственно поступают на первые входы умножителей 8 и 9, на вторые входы ко 35 торых под действием управляющего сигнала, поступающего с элемента И 16 на второй вход регистра 2 памяти, поступают коэффициенты Р и Р с пятого и восьмого выходов регистра 2 памяти, а также коэффициент Р, с третьего выхода регистра 2 памяти поступает на умножитель 7. Результаты Г(а)Р 1, ГГ(а)3 Р и Г(а)3 Р с выходов ум 45 ножителей 7, 8 и 9 соответственно через ключи 30, 31 и 32 поступают на регистры 36, 35 и 34, где происходит их запоминание. Одновременно с этим формируется сигнал обнуления сумматора 10 по цепи формирователь 15 импульсов - линия 37 задержки - вход "Сброс" сумматора 10.При поступлении третьего управляющего импульса происходит перевод схемы генератора на реализацию случайных чисел с законом гамма-распределения. В этом случае триггеры 12 и 13 находятся в единичном состоянии.этого сигнала происходит обнулениерегистров сумматора 10,С поступлением пятого управляющегоимпульса процесс повторяется по при 5веде: ной схеме четвертого управляющего импульса. Таким образом, в результате действия последующих управляющих импульсов в регистре 11 памяти формируются случайные числа позакону гамма-распределения, При замене коэффициентов в блоке 2 памятинеобходимо триггеры 12 и 13 привестив нулевое состояние путем подачи управляющего импульса на вход 38. 15При моделировании законов распределения, в которых отсутствуют нораровочные мнохлтели, необходимо врегистр 2 памяти ввести следующие коэффициенты: Г(х,), х , Л 1, Л Лз, 20К,=К =К =а=О и Кр=1. В этом случаена подготовительном этапе в регистрах36, 35 и 34 записываются коэффициенты Л Л;и Л соответственно, В дальнейшем предлагаемьп генератор реализует такие же законы распределения,как и известный,Регистры 34-36 памяти синхронизируцтся сигналом с выхода элементаИ 16, 30Формула изобретенияГенератор случайных чисел, содержащий генератор тактовых импульсов, датчик равномерно распределенных случайных чисел, первый регистр памяти, вычитатель, квадратор, первый умножитель, блок возведения в куб, сумматор, второй регистр памяти, два 40 триггера, формирователь импульсов, гри элемента И, прямой выход первого триггера через первый формирователь импульсов соединен со счетным входом второго триггера, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия, он содержит второй и третий умножители, с третьего по седьмой регистры памяти, элемент ИЛИ, линию задержки, формирователь50 импульсов, четырнадцать ключей, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с информационными входами первого и второго ключей, выход первого ключа соединен со счетным55 входом первого триггера, инверсный выход которого соединен с первыми входами элемента ИЛИ и первого элемента И, прямой выход первого триггера соединен с вторыми входами второго и третьего элементов И и управляющими входами третьего, четвертогои пятого ключей, инверсный выход второго триггера соединен с вторыми входами третьего элемента И и элементаИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, прямой выход второго триггера соединен с вторым входом первого и первым входом второго элемента И, вход сброса генератора случайных чисел соединенс нулевыми входами первого и второготриггеров, выход второго ключа соединен с входом "Опрос датчика равномерно распределенных случайных чисел, а также с первым управляющим входом регистра памяти и управляющими входами шестого, седьмого и врсьмого ключей, выход первого элемента И соединен с вторым управляющим входом первого регистра памяти и управляющими входами девятого, десятого, одиннадцатого и двенадцатого ключей, а также через второй формирователь импульсов и линию задержки - с входом"Сброс" сумматора, выход второгоэлемента И соединен с управляющими входами второго, тринадцатого и четырнадцатого ключей, выход третьего элемента И соединен с третьим управляющим входом первого регистра памяти, выход датчика равномерно распределенных случайных чисел соединен с входом уменьшаемого вычитателя, входвычитаемого которого соединен с первым выходом первого регистра памяти, выход вычитателя соединен с информационным входом тринадцатого ключа,выход которого соединен с выходом девятого ключа, первым входом первогоумножителя, вторым выходом первогорегистра памяти, входами квадратораи блока возведения в куб, третий ичетвертый выходы первого регистра памяти соединены с выходом шестого ключа и вторым входом первого умножителя, выход которого соединен с информационными входами третьего и десято"го ключей, выход квадратора соединенс первым входом второго умножителя,второй вход которого соединен с пятым и шестым выходами первого регистра памяти и с выходом седьмого ключа, выход блока возведения в куб соединен с первым входом третьего умножителя, второй вход которого соединен с седьмым и восьмым выходами первого реги1397907 Составитель А.Карасов Техред Л.Олийнык Корректор Г.Решетник Редактор И.Николайчук Заказ 2271/47 Тираж 704 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб, д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 стра памяти и с выходом восьмого ключа, выход второго умножителя соединенс информационными входами четвертогои одиннадцатого ключей, выход третьего умножителя соединен с информационными входами пятого и двенадцатогоключей, выходы третьего, четвертогои пятого ключей соединены соответственно с первым, вторым и третьим информационными входами сумматора, четвертый информационный вход которогосоединен с девятым и десятым выходами первого регистра памяти, выходыдесятого, одиннадцатого и двенадцатого ключей соединены соответственно через четвертый и пятый регистры памяти с информационными входами шестого, седьмого и восьмого ключей, выход сумматора соединен с информационными входами девятого и четырнадцатого ключей, выход четырнадцатогоключа соединен с информационным входом второго регистра памяти, синхронизирующий вход которого соединенс выходом второго формирователя импульсов, выход четвертого регистрапамяти является выходом генератора,выход первого элемента И соединен суправляющими входами третьего, четвертого и пятого регистров памяти.