Устройство для формирования случайных и псевдослучайных чисел

И) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕК АЗТОРСНСЭ 6 У СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) 1. Авторское свидетельство СС 9 678653, кл. Н 03 К 3/84, 1979.2. Авторское свидетельство СССР 9 622136, кл. С 06 Р 7/58, 1978 (прототип).(4)(57) 1. УСРОИС 1 ВО. ДЛЯ фОРМИРОВ НИЯ СЛУЧАИНЫХ И ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ЧИ СЕЛ., содержащее генератор случайных чисел, группа выходов которого соединена с группой входов блока эле" ментов И соответственно, вход которого является управляющим входом устройства, а группа выходов блока элементов Й соединена с группой вхо дов генератора псевдослучайныхчисел соответственно, группа выходов которого является первой группой выходов устройства,. вход синхрони- зацни генератора псевдослучайных чи сел подключен к выходу генератора тактовых импулвсов о т л и ч а ющ е е ая тем, что, с целью поВыые ния надежности, оно содержит два блока индикации сбоя, два элементаИЛИ, два элемента И, элемент НЕ-Й, два делителя частотй, два элемента задержки и блок анализа кОнтрьля,первый вход которого подключен к выходу первого Элемента И, первый вход которого подключен к выхбду пе вого.делителя частоты, а второй вход первого элемента И подключен к выходу первого элемента ИЛИ, вхо" ды которого подключены к группе выходов первого блока индикации сбоя соответственно, группа вхоДов . которого подключена к группе вы-ходов генератора псевдослучайных чисел и входам элемента НЕ-И соотве ен л и ыйрупяв- выхоподклю ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТО СССР Ю ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬЩ 4 ственно, выход которого,подключ к входу 1 фустановка 1.генератора псевдослучайных чисел и второму а- входу блока анализа контроля, вход уз"Установкаф которого являе ся входом ффУстановкаф устройства, второй группой выходов которого яв- С ляется группа выходов блока анализаконтроля, третий вход которого подключен к выходу второго элемента И, первый вход которого подключен к выходу второго делителя частоты, а А- второй вход второго элемента Й под- Ш ключен к выходу второго элемента ИЛИ, входыф которого подключены к группе выходов второго блока индикации сбоя соответственно, группа 3 входов. которого подключена к группе выходов генератора случайных чисел соответственно, выход генератора тактовых импульсов подключен к входам обоих делителей частоты, выходы которых соответственно через Ф первый и второй элементы задержки подключены к входам. ффустановка.первого и второго блоков индикации сбоя,2. Устройство по п,:1, о т ч а ю щ е е с я тем, что кажд блок индикации сбоя содержит г пу триггеров, группу сумматоров по модулю два .и группу элементов задержки, входы которых подключены х первьак входам соответствующих сумматоров .по модулю два группы и ляются группой вхбдов блока, р- ды элементов задержки группы чены к вторик входам соответствующих сумматоров по модулю два группы, выходы которых подключены к нулевым входам соответствующих триггеров группы, единичные входы которых Объединены и являются. входом фустановка блока, группой выходов которого являются выходы триггеров т- группы,1012252 53015 20 25 3. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок ана" лиза контроля содержит три счетчика и две группы по три в каждой триггеров, нулевые входы которых объединены между собой и с установоЧными входами счетчиков и являются, входом Установка блока, единичные входы триггеров первой группы подхлюизобретениеотносится к области вычислительной техники и может най" ти применение при статическом мо" делиронании в электронных вычислйтельных машинах.Известен генератор псевдослучайных чисел, содержащий регистр сдви" га со схемой линейной обратной связи, тактовый генератор, счетчик с переменным коэффициентом счета, НЯ-триггер, элемент совпадения, Коммутатор режимов, переключатель режимов, формирователь импульсов 1Недостатками такого генератора янляются отсутствие возможносТи генерирования случайного процесса, а также ограниченные функции контроля и невозможность устранения сбойных ситуаций.Наиболее близким техническим решением к предложенному является ге" нератор, содержащий генератор слу" чайных чисел, блок элементов И, генератор псендослучайных чисел, со" стоящий из первого и второго блоков сумматоров по модулю два и регистра сдвига, блок управления, включающий н себя переключатель, и блок сопряжения 2 .Недостатком прототипа является4 недостаточная надежность работы устройства, нозможность невосстановимого сбоя в режиме формиронания псевдослучайных чисел, т.е. обнуление генератора псевдослучайных чй" сел, из состояния которого он самостоятельно выйти не может, отсутствие элементов контроля работоспо" собности генератора случайных чисел и генератора псевдослучайных чисел. Цель изобретения - повышение надежности устройства.поставленная цель достигается тем, что в устройство для формирования случайных ипсевдослучайных чисел, содержащее генератор случайных чисел, группа выходов которого соединена с группой входов блока эле" ментов И соотнетственно, Вход которого является управляющим входом чены ксчетным входам соответствуЮ- щих счетчикон и являются соотнетственно первым, вторым и третьим вхо" дами блока, а выходы счетчиков подключены к единичным входам соответ.сТвующих Триггеров вТорой группы, выходы триггеров обеих групп об.разуют группу выхоДов блока. 2устройства, а группа выходов блока элементов И соадинена с группой входов генератора псендоелучайных чисеЛ соответственно, группа выходов которого является первой группой Выходов устройства, вход синхронизации генератора псевдослучайных чиСел подключен к выходу генератора тактовых импульсов, введены первый и второй блоки индикации сбоя, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элементы И, элемент НЕ-И первый и второй делители частоты, первый и второй элементы задержки и блок анализа контроля, первый вход которого подключен к выходу первого элемента И, первый вход которого подключен к выходу первого делителя частоты, а второй вход перного элеМента И подключен к выходупервого элемента ИЛИ, входы которого подключены к группе выходов пер".ного блока индикации сбоя соответственно, группа входов которого подключена к группе выходов ге"нератора псевдослучайных чисел и вхбдам элемента НЕИ соответственно,выход которого подключен к входуустановка генератора ПсевдосМУ чайных чисел и второму входу блока 30 анализа контроля, вход.Установка которого является входом ус"тановка устройства, второй группой выходов которого является группа выходов блока анализа контроля, третий 35 вход которого подключен к выходу второго элемента И, первый вход Которого подключен к выходу второго делителя частоты, а второй вход второго элемента И подключен к выходу второго элемента ИЛИ, входы которого подключены к группе выходов второго блока индикации сбоя ссответственно, группа входов которого подключена к группе ныходов генератора случайных чисел соответственно, выход генератора тактовых импульсов подключен к входам первого и второго делителей частоты, выходы которых соответственно через первый и второй 50 элементы задержки подключены к входам первого и второго блоков индикации сбояКаждый блок индикации сбоя содерч жит группу триггеров, группу сумматоров по модулю два и группу элементов задержки, входы которыХ под" ключены к первьвч входам соответствующих сумматоров.по модулю два группы и являются группой входов , блока, выходы элементов задержки группй подключены к вторьи входам О соответствукщих сумматоров по модулю два группы, выходы которых подключены к нулевви входам соответствующих триггеров группы, единичные входы которых объединены и являются. 15 входом Установкаф блока, группой выходов которого являются выходы триггеров группы.Кроме того, бЛок анаЛкза контроЛя содержит трк счетчика к две группы .2 О по три Ю каждой триггеров, нулевые входы которых объединены междУ собой к с установочньмк входами счет чиков и являются входоМ Установка блока, единичные входы триггеров 25 первой группы подключены к счетно входам соответствуюцих счетчиков и являются соответственно первьаа, вторыч и третьим входами блока, а выходы счетчиков подключены к еди- у ничник входам соответствуюцих триг" геров второй группы, выходы триггеров обеих групп образуют группу вы, ходов блока.На фиг;1 приведена блок-схемаустройствау на фиг.2 - схема блокаиндикации сбоя; на фиг.З - схемаблока анализа контроля.Устройство содержит генератор 1случайных чисел, блоК 2 элементов И, 40генератор 3 псевдослучайных чисел,генератор 4 тактовых импульсовблок 5 анализа контроля, первый эЛемент 6 И, первый 7 делитель частоты,перВый злеМент 8 ИЛИ, первый блок 9 45индикации сбоя, элемент 10 НЕ-И, второй элемент 11 И, второй делитель 22частоты, второй 13 элемент ИЛИ,второй блок 14 индикации сбоя, первый элеменТ 15 задержки, второй . 5 пэлемент 16 задержки, выходы.17 и 18,вход 19.Каждый блок индикации сбоя содер"жит элементы 20 задержки, сумчато"ры 21 по модулю два, триггерй 22,Юходы 23, 24 и 25, выходы 26, 27и 28, вход 29.Блок анализа контроля содержит.вход 30, триггеры 31-36, счетчики 37"39, входы.-40-42, выходы 43-48Устройство может работать в дйух 60режимах: режиме формирования йсевдослучайных чисел (для этого навход 19 управления СЧ-ПСЧ необходимо подать сигнал 0) и режимеформирования случайныхчисел для 65 этого на вход 19 управления СЧ-ПСЧ необходимо подать сигнал фф 1 ф) .Генератор 1 случайных чксел вырабатывает равномерно распределен., ные случайные числа.Блок 2 элементов И служит для подключения выходов генератора 1 случайных чисел к входам генератора 3 псевдослучайных чисел и содер-. жит набор двухвходовых элементов И, на первые. входы которых подается сигнал с:входа 19 управления СЧ-ПСЧ, а на вторые входы подаются сигналы с выхода;генератора 1 случайных чи;ел.Генератор 3 псевдослучайных чиселвыполнен на основе регистра сдвигас сумматорами по модулю два в цепях обратных связей. При работе устрой-. ства в режиме формирования случай- . ных чисел случайные сигналы, поступакзцке из генератора 1 случайных чк" сел смеюиваются с псевдослучайньии сигналами генератора 3 псевдослучайных чисел, улучшая при этом свои статистические характеристики;Генератор 4 тактовых импульсов предназначен для синхронизации работы устройства.Первый делитель частоты 7, выра- " батывающий управляюцие сигналы для контроля генератора 3 псевдослучайных чисел, настраивается на интервал времени в+1. Так как на выходе генератора 3 псевдослучайных чисел: прн исправной работе не может появиться более в сигналов ф 1 или щсигналов ф 0 ф подряд, то выявление этих ситуаций говорит о неисправности генератора 3 псевдо,случайных чисел.Второй делитель частоты 12, вырабатывакщий управлякщие сигналы для контроля генератора 1 случайных чисел, настраивается на интервал временк п+1. В режиме формирования случайных чисел чрезмерно большие . пачки п саинаковых символов могут привести к значительным погреыностям статистического моделирования. Информация о наличии подобных ситуаций во время работы устройства будет полезна для пользователя.Блоки 9 и 14 индикаторов сбоя предназначены для анализа сигналов с выходов генератора 1 случайных чи;сел и генератора З.псевдослучайных чисел и регистрации сбойной си;туации, эа некоторые заранее заданные делителями частоты 7 и 12 промежутки времени триггер данного разряда генератора 1 случайных чисел игенератора 3 псевдослучайных чиселни разу не переключился.Число элементов в блоке 9 индикаторов сбоя равно числу выходов генератора 1 .случайных чксел.Число элементов в блоке 14 индикаторов сбоя равно числу выходов1 генератора 3 псевдослучайных чисел.Элемент задержки 20 и сумматормодулю два 21 позволяют сформироватьзапускающий сигнал на вход триггера22, переводя его при этом в состояние О, при любом изменении сигнала по входу 23(23-25)Перед началом работы устройствавсе.триггеры 22 устанавливаются в0.(цепи установки в 0 не показаны).первый элемент или 8 и первыйэлемент И б предназнаЧеиы для записи в блок 5 анализа .контроля фактов сбоя, зарегистрированных в первом блоке 9 индикаторов сбоя хотябы по одному из каяалов.Второй элемент ИЛИ 13 И вторОйэлемент И 11 предназначены для записи в .блок 5 анализа контроляфактов сбоя, зарегистрированных вовтором блоке 14 индикаторов сбояхотя бы по одному из каналов.Элемент НЕ-И 10 предназначендля выявления сбойной ситуации,заключающейся в обнулении генератора 3 псевдослучайных чисел (врегистре генератора 3 псевдослучайных чисел появляется комбинация0000, которая является нерабочей ситуацией).Элемент НЕ-И 10 может быть выполнен в виде элемента И, на входы которого проходят сигналы через инверторы (элементы НЕ) .Связь элемента НЕ-И 10 с генератором 3 псевдослучайных чиселпозволяет вывести этот генераториз сбойной ситуации в следующеМ танте работы. Факт сбоя также регистрируется в блоке 5 анализа контроля.Блок 5 анализа контроля предназйачен для записи и обработки сигналов,поступающих из блоков 9 и 14 индикаторов сбоя и с элемента НЕ-И 10.По входу 30 перед началом работывсе триггеры 31-36, счетчики 37-39устанавливаются в 0 (цепи установки в 10 не показаны).На вход 40 подается сигнал с пер.второго элемента И 11,Информация с выходов блоков 9и 14 индикаторов сбоя и с элемента НЕ-И 10 поступает на вход 40-42,заПисывается в. триггерЫ 31, 33 и35 и в счетчики 37-39. .при переполнении счетчиков 37-39триггеры 32, 34 и 36 устаиавлива"ются в 1.Контроль величины пачки одинаковых импульсов с каждого выхода генератора 1 случайных чисел произво"дится при работе устройства в режиме формирования случайных чисел следующим образом.Случайный сигнал с одного разряда генератора 1 случайных чисел поступает на вход 23 (23"25) блока 14индикаторов сбоя (фиг.2), Если сигнал по входу 23 не изменяется, то навыходе сумматора по модулю два 21всегда формируется сигнал 0(так как 0+0=0 и 1+1=0). В момент из"1 О менения 1 логического сигнала по входу23 на время, задаваемое элементомзадержки 20, на выходе сумматорапо модулю два 21 формируется сигнал.ф 1 фф (так как 0+1=1 и 1+0=1)кото.15 рый устанавливает триггер 22 в состояние 0 ф.В начале цикла работы данной схемы контроля все триггеры 22 блока 14индикации. сбоя устанавливаются всостояние 1 сигналом по входу 29,Если в период времени задаваемыйвторым делителем частоты 12 сигнал по входу 23 изменяется хотя быраз (с 1 на ф 01 или с О на1), то триггер 22 к моменту прихода ойрашивающего импульса оказывается в состоянни 0. Эта ситуация считается нормальной. Если же законтрольный период времени сигнал повходу 23 ни разу не изменяется(постоянно 0 или постоянно 1),то триггер 22 так и остается в состоянии 1, и в момент прихода оПрашивающего импульса этот сигнал ф 1поступает через второй элемент ИЛИ 13и второй элемент И 11 на вход 42 блока 5 анализа контроля. Эта 1 свидетельствует о факте. Генерацир чрезмерНо большой пачки одинаковых импульсов"свыхода генератора 1 случайнь 1 х чй 40 сел,Через некоторый момент времени, опРеделяемый вторым элементом задерж- .ки 16, после опрашивающего импульсавсе триггеры 22 .блока .14 индикаторов45 сбоя опять устанавливаются в состояние 1 сигналом, приходящим пОовходу 29.Контроль генератора 3 псевдослу-.чайных чисел, производимый в режиме5 О формирования псевдослучайных чисел,происходит аналогичным образом с помощью первого блока 9 индикаторовсбоя, первого делителя частоты 7,первого элемента ИМИ 8, первого элемента И б и блока 5 анализа контроля,Контроль обнуления генератора 3псевдослучайных чисел происходитследукцим образом.В момент формирования в регистрегенератора 3 псевдослучайных чиселкомбннации 0000 элемент НЕ-И 10срабатывает, формируя на выходесигнал 1, Этот сигнал идет вблок 5 анализа контроля и в гене 65 ратор 3 псевдослучайных чисел, ликвидируя тем самым эту сбойную ситуацию для режима .формирования псев- дослучайных чисел, например, путем занесения фф 1 в первый разряд генератора 3 псевдослучайных чисел (т.е,комбинация 0000 заменяется искусственно на комбинацию 1000).В случае абсолютно безотказной работы генератора 3 псевдослучайных чисел комбинация 000О никогда не возникает,При формировании чисел блок 5 анализа контроля проводит счет ФакТов сбоя по всем блокам контроля (т.е. блокам 9 и 14 индикаторов сбоя и элементу НЕ-И 10)По окончании Формирования масси" ва случайных (псевдослучайных) чисел следует этап контроля.Результаты контроля генератора. 3 псевдослучайных чисел классифицируются следукщим образом:1, Если триггеры 31 и 32 находятся в ф фОф ф, то В=О, где Р - число . Фактов сбоя выявленных первым блоком 9 индикаторов сбоя, т.е., сбои отсутствовали.2. Если триггер 31 находится в ф 1 ф, а триггер 32 в0, то 044 Ь, где Ь - модуль пересчета счетчика 37, т.е. произошли незначительные сбои.3. Если триггеры 31 и 32 находятся в ф 1 ф, то В Ь, что расценивается как отказ генератора 3 псевдо" случайных чисел.Результаты контроля генератора 3 псевдослучайных чисел элементом НЕ-И 10 классифицируются следукщимобразом:1. Если триггеры 33 и 34 находятся в Оф, то К=О, где К - числофактов сбоя выявленных элементомНЕ-И 10, т.е. сбои отсутствовали.2. Если триггер 33 находится в11, а триггер 34 находится в0, то ОСКС, где К - модуль пересчета счетчика ЗВ, т.е. произошО ли незначительные сбои.3. Если триггеры 32 и 34 находятся в ф 1, то ЕЖ, что расценизается как отказ генератора 3 псевдослучайных чисел,15 Результаты контроля генератора 1случайных чисел вторьм блоком 14 .индикаторов сбоя классифицируютсяследукщим образом:1. Если триггеры 35 и 36 нахо"дятся в 0, то Й = О, где Е -число фактов сбоя, вйявленных блоком 14 индикаторов сбоя т.е. сбоиотсутствовали.2. Если триггер 35 находится в1 а триггер 36 находится вО( то 0(ЕЕ, где Г - модульпересчета 39, т.е. произошли незначительные сбои.3. Если триггеры 35 и 36 находятся в 1, то Ю)Г, что расценивается как отказ генератора 1 случайных чисел.Использование прЕдлагаемого изобретения позволяет увеличить надеж-.ность работы путем выявления характерных дляданного устройства сбойных ситуаций,