Генератор случайных чисел

(22) Закалено 27.11.80 (21) 3243403/18-24с присоединением заявки йа(5М. Кл, б 06 Г 7/58 таауАарстасва 3 кемитат СССР аю делам азюбрвтеей и отхрмтай(53) УД К 681. ,325(088.8) Дата опубликования описания 25.07.82(72) Авторы изобретения Л.Г. С 71) Заявнтел ЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ РАТ в к 1 2Изобретение относится к вычислитель- татка шума, усиленное усздителем, по ной технике и может быть использовано ступает на первый вход первого клточев пифровых вычислительных устройствах вого элемента, второй вход которого для получения случайных чисел прн реше: через формирователь импульсов и элемент нии задач методами статического моде 5задержки соединен с генератором тмлирования, в стохастических вычисли- товых импульсов. Шумовой сигнал потельттых машинах для имитапни случай- является на выходе первого тцпочевого ных воздействий, в системах связи, ио- элемента. только в том случае, если иащщФные последовательности, для формировв- то Выход первого клт 6 чевого элемента соения шумоподобных сигналов, в различных дннен с входом порсасвого элемента, управлятащих системах для получения который преобразует шумовой сигнал в случайных траекторий движения, а также поток случайных импульсов по момен- в различных нгралытьтх автоматах. твм появления и длительностям. С выИзвестен генератор случайных чисел, 15 хода порогового элемента поток импульсоторсм напряжение от источника шума . сов поступает на вход счетного тригпреобразуется в потоки случайных им- гера и аерес щтывается последним по пульсов, пересчитываемых счетным трип- модулто два, По окончании действия сиггером в течение периодических интервв- нала на втором входе первого тцпочеволов времати 13то го элемента счет импульсов триггеромЕго недостатком является сложность. прекращается и на выходе последнегоНаиболее близким к предлагаемому тксируется логический нуль юи логи- по технической сушности является гане- ческая едитпйта, Выход счетного триг ратор, в котором напряжение от источ- гера сообщен с первым входом второгодвух. имнульсных последовательностей 40содержит два В -триггера, выход первого Р -ггриггера соединен с Э вхсьдом второго 3 -триггера, синхронизируккций вход которого является первым входом блока, вторым входом которого .является синхроннзирующий вход первого Р -триггере, Ц -вход которого под.ключен к шине фЛогическая единицами, выход второго Э -триггера являетсявыходом блока и соединен с Я -входом первого Э -фгриггера.5 О На. фиг. 1 приведена структурная схема генератора; на. фиг, 2 - схема блокасогласования рвух импульсных последоватвпьностей; на фиг. 3 - диаграмма рабогы блока согласования.Генератор содержит последовательносоединенные источник 1 шума, усилитель 2, пороговый элемент 3, первый блок 4 согласования двух импульсных после 3 : 04юпочевого элемента, а второй его вход-,с генератором тактовых импульсов. Выжд второго ключевого элемента является ходом генератора случайных чисел 23 .Считается, его под действием потокайюульсов, поступакя щх на вход счетного триггера, вероятность нахождения еговсостоянии логического нуля с оченьвысокой точностью будет равна вероятности нахождения его в состоянии логической единицы. При правипьной реализации процесса считывания выходного состояния счетного трщтера под дейст-: вием тактового Импульса аналогичная точность будет достигаться, и: на выходе генератора случайных чисел. наблюдаются значительные закономерные отклонения от равных значений аероятностей нахождения счетного триггера в состояниях логическоно. нуля и логической единицы. Это обусловлено отсугстиием схематических решекий, исключающих. на вхорде счетного триггера импульсы с амплитудами и длительностями, недостаточнй" ми для его нормальной работы (назовем их ненормированными импульсами), а также неидентичностью фязических параметров элементов, участвувкцих в про.цессе переключения реального счетного триггера из состояния лсгического нуляв состояние логической единицы и об-.ратно. Значительные отклонения указанных вероятностей от равных значений могут б ггь вызваны ненормированными импульсами, цоявляюшимися ка входесчетного триггера из- за прерывания шумового сигнала первым ключевым элементом, Необходимость прерывать работу счетного триггера во время действия тактового импульса, в конечном счете, приводит к ухудшению статистических параметров генератора, Это обусловлено тем, что первый. ключевой элемент вклю чен перед счетным триггером. Кроме того, принцип действия генератора с прекращением работы счегного триггера во время дейстщщ тактового импульса требует изменения величины длительности ивпульса на втором входе первого ипочевто элемента в тех случаях, когда необходимо изменить длительность тактовых импульсов. Этот недостаток не позволяет испольэовать одно и то же устройство в широком диапазоне дпительностей тактовых импульсов, В известных генераторах случайных чисел высокие статистические параметры достигаются путем случайного подбора элементов,БМ 44 составляющих генератор. Случайный подбор элементов требует проведения большого объема экспериментальной работы,. как при разработке схемы генератора, так и при изготовлении каждого его обрезца, В ряде случаев прихоиится проводить периодический контроль статистических переметов генераторов,.находя-щихся в эксплуатации.я Целью изобретения является повьппе,иие точности генератора, .Поставленная цель достигается тем,что в:генератор случайных, чисел, содержащий источник шума, выход 1 которого 15 через усилитель соединен с входом порогового элемента, триггер, генератор тактовых импульсов, выход которого соединн с перным входом элемента И, вы-.ход которого является вьходом генератора, введены два блока согласования.двух импульсных .последоваччщьностей, элемент задержки и, генератор опорных импульсов, выход которого соединен с .первыми входами 6 локов, согласования двух импульсных последоватепьностей, .выход порогового элемента соединен с вторым входом первого блока согласования двух последовательностей, выход которого соединен со счетным входом ЗО триггера, выход которого соединен спервым входом элемента задержки, выход которого соединен с вторым входом элемента И, первый вход которого объединен с вторым входом второго блока согласования двух импульсных последо-.35вательностей, выход кеторого соедннж с вторым входом. элемента задержки, А также тем, что каждый блок согласования. ности периода тактовых импульсов, Второй блок 8 обеспечивает смену состояний в элементе задержки 7 после окончания тактового импульса. Выходное состояние элемента задержки 7 сбгтываегся с помощью элемента И 10, упрввляеР Щ,щна выходе элемента И 10 фармируютсяслучайные сигналы, длительность которых равна длительности тактового. импульса.Предлагаемая схема генератора слу-;чайных чисел вьп"одно отличается от из,вестного устройства, так как в ней целенаправленными схемотехническимиранениями исклгочаются закономерные.отклоненггя вероятностей появления логического нуля и логической единицы навыходе устройства от равного значения.В предлагаемой схеме генератора случайных чисел отсутствует прерываниеработы счетного триггера при формировании случайного числа, что приводит к, улучшению его статических харвктериотик,в также исключается влюпгие длительности тактового импульса на работуустройства. В результате примененияэтой схемы отпадает необходимость впроведении большого объема экспериментальных. исследований по подбору элементов, появляется воэможность на практике получать .генераторы случайных осел с статистическими параметрами исоответствугспгнми расчетными данными,довательностей, первый вход которогоподюпочен к выходу генератора" 5 опорных импульсов, второй вход соединенс выходом порогового элемента, а выход через григгер. 6 - с первым входом элемента 7 задержки, второй вход кото- роро подключен к выходу второго блока 8 согласования двух импульсных последовательностей, первый вход которого соедИнен с выходом генератора 5 опорных импуггьсов, в второй - с выходомгенератора 9 тактовых импульсов ипервым входом элемента И 10, второйвход которого подключен к выходу элемента 7 задержкиа выход является вы з ходом генератора.Бабки 4 и 8 согласования содержатдва последовательно соединенныхтриггера 11 и 12,В схеме генератора случайных чнсепФормирование импульсов с вмллитудвмни длительностями, достаточными длянормальной работы триггера 6, достигается за счет включения между усилителем 2 и триггером 6 порогового элемента 3 и первого блока 4. Первый блок4 обеспечивает формирование импульсовс длительностями, равными периоду частоты генератора опорных импульсов 5.Имцульсы, формируемые первым блоком.4, сннфаэны импульсам опорного генератора. Если длительность периода опорных имщпьсов меньше минимально воэмсцкной дпительности между двумя соседними случайными импульсами, поступаю.щими на второй вход первого блока 4,то на его выходе будет сформированотакое же количество импульсов, которое.поступвго нв его второй вход. Изменениесостояний триггера 6 происходит сннфаэ-40но с,импульсами опорного генератора, поэтому, если тактовые импульсы синфазныимпульсам опорного генератора, то случайные числа могут считываться непосредственно с выхода триггера 6. В общем случае, когда тактовые. импульсы4не синфаэны импульсам опорного генератора, считывание выходного состояниятриггера 6 производится с помощью элемента задержки 7, управляемого сигналомот второго блока 8 согласования. Второйблок 8 согласования обеспечивает формирование импульсов с длительностями,равными периоду частоты генератора 5опорных импульсов. Импульсы, получаемыена выходе второго блока 8, синфазныимпульсам опорного генератора, щиг этомнеобходимо, чтобы дпительность периодаопорных импульсов была меньше дпитепьФормула изобретения Генератор случайных чисм, содержащий источник шума, выход которого через усилитель соединен с входом порою гового элемента, триггер, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, выход . которого является выходом генератора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности гнератора, он содержит два блока согласования двух импульсных последовательностей, элемент задержки и генератор скгорных имггульсов, выход которого соединен с первыми входами блоков согласовании двух импульсных последоватепьностей, выход порогового элемента соединен с вторым входом первого блока согласования двух импульсных последовательностей, выход которого соедИнен со счетным входом трщтера, выход которого соединен с первым входом элемента зв 7 043864 8дерани, выход которого соединен с вто- рым входом которого является синхрсьрым входом элемента И, первый вход ннзируюший вход первого О -триггера, которого объединен с вторым входом Э -вход которого подюпочен к шине Второго бпока согласования двух импульо- фЛогическая единица, выход второго щах последовательностей; выход которо- % ) гра:ггера является выходом блока и го соединен с вторым входом элемента соединен с Р -входом первого 0 -григзадержеиф гера.2. Генератор случайных чисел пои. 1,отличавщийсятем,что Источники информации, каждый блок согласования двух импульс- Ыпринятые во внимание при экспергизе ных посаедоватеп ностей содержит два 1. Авторское свидетельство СССР 0 -триггера, выход первого 0 -бригге- М 348991, кл 6 06 С 1/02, 1970. ра соединен с В -входом второго З - 2. Божев М, Н. Генерирования слутркггера, вход которо- чайных сигналов. М., фЭнергияф, 1971., го является первым входом блока, вто с, 142 (прстотлп)./68 Тираж ВНИИ ПИ Государств по делам из 113035, Москва, 31 Подписноеенного комитета СССР .етений и открытийЖРаушская наб., д. 4 л ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4