Датчик случайных чисел

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскик Социалистических Республик(61) Дополнительное к овт. свид-ву(22) Заявлено 12. 02. 79 (21) 2726511/18-24с присоединением заявки Но -(51)м, кд,С 06 Г 1/026 07 С 15/00 Государственный коинтет СССР но дедам нзобретеннй н открытий(53) УДК 581. .325088.8) Опубликовано 231 а 80. Бюллетень М 39 Дата опубликования описания 25. 10. 80(71) Заявитель Минский радиотехнический институт(54) ДАТЧИК СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ Изобретение относится к вычисли-, тельной технике и может быть использовано при моделировании случайных процессов.Известен датчик случайных чисел, который содержит блок генераторов преобразуемых импульсных потоков, блок задания длительности испытаний, блок схемы совпадения, блок регистрации исходов и прерывания случайных испытаний, блок преобразования распределения. Принцип работы этого устройства основан на выделении импульса одного из преобразуемых потоков, пришедшего первым после пуска 15 датчика 1Этот датчик является весьмасложным по устройству из-за наличия большого числа генераторов преобразуемых импульсных потоков. Кроме 20 того, для реализации высокого быстродействия требуется применять разно- породную элементную базу, что приводит к дополнительному усложнению устройства и сужает его функциональ з ные возможностй.Известен также датчик случайных чисел, содержащий блок генераторов преобразуемых импульсных потоков,.блок памяти в виде сменного.наборногоЗО поля, генератор тактирующих. импульсов, блок адресации на базе циклического регистра сдвига и блоки логических элементов И и ИЛИ 21,Устройство сравнительно сложно из-за наличия большего числа генераторов преобразуемых импульсных потоков.Наиболее близким техническим реше- нием к предлагаемому является датчик, случайных чисел, содержаший генератор импульсов, блок памяти с ад ресным регистром, генератор случайных импульсов и управляемый вероятностный элемент, включающий неперенастраиваемый вероятностный (1,Й)- полюсник, -блок логических элементов И и элемент ИЛИ, при этом генератор случайных импульсов подключен через управляемый вероятностный элемент к выходу датчика и к первому входу адресного регистра, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а выход - ко входу блока памяти, выход которого соединен с вторым входом управляемого вероятностного элемента 31 .Недостатком датчика является зна чительное усложнение устройства и увеличение аппаратурных затрат приЭО 35 40 45 50 55 60 65 использовании блоков памяти большого объема с органиэацией генерирования случайных чисел, распределенных по одному из законов,введенных в блок памятиЭто сужает функциональные воэможностидатчика случайных чисел.Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей датчика случайных чисел эа счет формирования потоков случайных чисел с произвольными законами распределения.Цель достигается тем, что дат"чик случайных чисел, содержащийгенератор импульсов и блок памяти,выходы которых подключены к входамуправляющего вероятностного элемента, для достижения поставленной целиснабжен дополнительным блоком нормали"зации случайных чисел, й блокамивыбора адреса и М равновероятност. ными элементами, входы которых подключены к ныхбду генератора импульсов, а выходы й равновероятностныхэлементов подключены к первым входамсоответствующих блоков выбора адреса,вторые и третьи входы которых соединены соответственно с первой и второй группами нходов датчика случайныхчисел, а выход каждого блока .выбора адреса подключен к соответствующим входам блока памяти и первойгруппе входов блока нормализации случайных чисел, выход которого подключен к выходу датчика случайных чисел,вторая группа входов блока нормализации случайных чисел подключена ко вторым входам соответствующих блоков выбора адреса, вход блока нормализациислучайных чисел подключен к выходууправляемого нероятностного элемента. При этом каждый блок выбора адреса содержит два элемента И,элементИЛИ,. входы которого подключены к выходам элементов И, выход элементаИЛИ является выходом выбора адреса,первый вход которого соединен спрямым входом первого элемента И,.инверсный вход которого подключен кпервому входу второго элемента И ивторому входу блокавыбора адреса,третий вход которого соединен со вторым входом второго элемента И.На чертеже изображена структурнаясхема датчика случайных чиселДатчик содержит генератор 1 импульсов, блок 2 памяти, управляемыйвероятностный элемент 3, блок 4 нормализации случайных 1 исел, блоки 5выбора адреса и равновероятностныеэлементы б.Генератор 1 импульсов и блок 2 памяти подключены к входам управляемого вероятностного элемента 3,выход которого подключен к дополнительному входу блока 4 нормализациислучайных чисел, выход которого подключен к выходу датчика случайныхчисел, первая (от 1 до 1 и) группа входов - к выходам соответствующих блоков 5 и входам блока 2 памяти, а вторая (от 2 до 2) группа входов - к первой (от 1 до 1 м) группе входов датчика случайных чисел и вторым входам соответствующих блоков 5 выбора адреса, третьи входы которых соединены с второй (от 2 до 2) группой входон датчика случайных чисел, а первые входы - с выходами равновероятностных элементов 6 входы которых подключены к выходу генератора импульсов.Блок 5 выбора адреса содержит первый элемент 7 И, второй элемент 8 И и элемент 9 ИЛЙ.Первый вход блока 5 выбора адреса соединен с прямым входом первого элемента 7 И, инверсный вход которогс подключен к первому входу второго элемента 8 И и второму входу. блока 5 выбора адреса, третий вход которого соединен со вторым входом второго элемента 8 И, при этом выходыпервого и второго элементов И 7и 8 подключены к входам элемента 9 ИЛИ, выход которого подключен к выходу блока 5 выбора адреса.Генератор 1 импульсов вырабатывает поток тактирующих импульсов устройства.Блок 2 памяти предназначендля хранения и выдачи пО запросам от блоков 5 информации н виде кодированных сигналов, управляющих вероятностью прохождения импульсов от генератора1 импульсов через управляемый вероягностный элемент 3,Управляемый вероятностный элемент3 с заданной вероятностью пропускаетлибо не пропускает, импульс е выходагенератора 1 импульсов.на дополнительный вход блока 4 нормализациислучайных чисел.Блок 4 нормализации случайныхчисел служит для обеспечения определенного расположения разрядов случайного числа и заданной разряднойсетке и выдачи случайного числа навыход датчика,Блоки 5 предназначены для организации управления выборкой требуемыхадресов блока 2 памяти.Равновероятностные элементы бформируют на выходе с равной вероятностью сигналы "1" либо "О".Первый 7 и второй 8 элементы Ислужат как для органиэации выбораадресов блока 2 памяти, так и дляформирования очередного случайногочисла,Элемейт 9 ИЛИ служит для логического объединения сигналов с выходовэлементов И.Б общем виде процесс функционирования датчика включает два этапа:равноверотную выборку адреса кодавероятности Р 4 в нане памяти,+ Знавыхо ми (-) отмечены разряды, задаваемых случайными сигналамв равновероятностных элементов 6. задаваемой кодом с управляющих входов датчика, и формироэание случайного числа и реализацию случайногоиспытания с помощью управляемоговероятностного элемента 3, положи-тельный исход; которого заключаетсяв прохождении с вероятностью Р (задаваемой кодом вероятности, выбранным с 1-го адреса, импульсного сигнала с выхода генератора 1 черезуправляемый вероятностный элемент 3(при появлении сигналов на выходе.элемента 3 блок 4 нормализации выдает сформированное случайное числона выход устройства).Для реализации первого этапаиспользуются блоки 1, 5, 6. Импульс,вырабатываемый генератором 1 импуль-.сов, поступает на вход управляемоговероятностного элемента 3 и входыравновероятностных элементов 6;на выходе последних случайным образомустанавливаются потенциалы "1" и "0"подаваемые на прямые входы первыхэлементов 7 И.Предположим, что первая и втораягруппы входов датчика содержат потри входа. С помощью входов первойгруппы управляющих входов датчиказадается зона памяти, из которойбудет производиться выборка кодоввероятностей. С помощью входов вто рой группы, при условии блокирования передачи сигналов с выходовравновероятностных элементов 6,можно управлять выборкой требуе.мых адресов из зоны памяти, задаваемой сигналами с управляющих входов датчика. Если на каждый из входов первойгруппы подается "1.", то это приводит к запиранию первых элементов 7 Ии блокированию передачи сигналов свыходов равновероятностных, элементов6 на адресные входы блоков 2 памяти.Тогда с помощью входов второй группы можно задавать знаение сигналовна выходах блоков 5 (т.е. если наодин из входов второй группы подается "1", на выходе соответствующего о блока 5 появляется "1")Если на каждый из входов первойгруппы подается фО", это приводит к.запиранию вторых элементов 8 И иотпиранию первых элементов 7 И. Э 15 этом случае значения выходных сигналов блоков 5 будут определяться значениями случайных выходных сигналовравновероятностных элементов 6. щ Следовательно, после задания эоныпамяти с помощью входов первой группы - управляющих кодов - можно осуществить выборку адресов внутри зоны случайными (с помощью первых элемен .тов И 7) и дерминрованными сиг. налами (с помощью вторых элементов И 8). В блоке 2 памяти хранятся нормированные коды вероятностей появления случайных .чисел на выходе устройства.В зависимости от комбинации вход,ных сигналов датчика количество вос"производимых законов распределения ЗЗ изменяется. Характер этой зависимостиможно уяснить из таблицы,Второй этап процесса функционирования датчика заключается в следую-.щем.При опросе блока 2 памяти на вы- ,ходах его появляется совокупностьсигналов а0,1, которые задаютвероятности Рпрохождения им-.пульса через управляемый вероятностный Элемент 4 и блок 4 нормализации случайных чисел, куда подаетсячерез первую группу входов блоканормализации случайное число с выхо- дов блоков 5.В блоке. 4 нормализации случайных чисел формируемое число нормализуется посредством сдвига на некоторое число разрядов. Количество так- ,15тов сдвига может определяться поколичеству единиц в наборе сигналов,подаваемых на первую группу входов датчика случайных чисел.При условии прохождения импульса Щ через управляемый вероятностный элемент 3 случайное число после нормализации поступает на выход датчика, В случае, когда импульс не прохо- дит через управляемый вероятностный элемент 3, случайное число на выходе устройства не появляется..Технико-экономическая эффективность датчика случайных чисел определяется следующими его характеристикамиь широкими Функциональными возможностями, состоящими в обеспечении воспроизведения по запросу случайного числа, распределенного по одномуиз совокупности заданных законов, каждый из которых может иметь раэлич-з ное число интервалов квантования, кратное степени 2 простотой конструкции,полностьювыполненной на базе . цифровых, элементов с возможностью непосредственного использования 4 О без каких-либо дополнительных изменений типовых блоков памяти высокой точностью и стабильностью работы, благодаря отсутствию аналоговыхгенераторов случайных сигналов 1 поФвыаением среднего быстродействия особенно для сложных нолимодальных законов распределения; простотой программирования и настройки датчика, а также смены отдельных зако" нов распределения ввиду использования модульного принципа размещения кодов.законов распределения в блоке памяти и возможности ввода-вывода любого модуля независимо от.других,55формула изобретения1. Датчик случайных чисел, содер.жащий генератор импульсов и блок памяти, выходы которых подключены к вхс дам управляемого вероятностного эле"- мента, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширеййя Функциональных воэможностей датчИка за счет обесйечения воспроизведения потоков случайных чисел, распределенных по различным законам,он содержит блок нормализации случайных чисел, й блоков выбора адреса и й равновероятностных элементов, входы которых подключены к выходу генератора импульсов, а выходы Н равновероятностных элементов подключены к первым входам соответствующих блоков выбора адреса, вторые и третьи входы которых соединены соответственно с первой и второй группами входов датчика случайных чйсел, а выход каждого блокаадреса подключен к соответствующим входам блока памяти и к пер. вой группе входов блока нормализации случайных чисел, выход которого подключен к выходу датчика случайных чисел, вторая группа входов блока нормализации случайных чисел подключена к вторым входам соответствующих блоков выбора адреса, вход блока нормализации случайных чисел подключен к выходу управляемого вероятност- ного элемента.2. Датчик по п. 1, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что каждый блоквыбора адреса содержит два элементаИ и элемент ИЛИ, входы которого подключены к выходам элементов И, выход элемента ИЛИ является выходомблока выбора адреса, первый входкоторого соединен с .прямйм входомпервого элемента И, инверсный входкоторого подключен к первому входувторого элемента И и второму входублока выбора адреса, третий входкоторого соединен со вторым входомвторого элемента И,Источники информации, .принятые во внимание при экспертизе1. Четвериков В.Н., Ваканович Э.Аи Меньков А,В. Вычислительная техаика для статйстического моделирования,М., "Советское радио", 1978, с. 234,рис. 6.1.2. Авторское свидетельство СССР9 308431, кл. 6 Об Г 1/02, 1969.3. Баканович Э.А., Орлов М.А,и Костюк С.Ф, Программно управляемые вероятностные преобраэователи -. Зака Тираж 751 твенного коми обретений и ЖРауш 4 иал ППП Патент , г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Об 62ВНИИПИ Государспо делам и113035 Москва А. Карасов очка Ко ек Подпис тета СССР открытий кая наб.