Генератор псевдослучайных последовательностей

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 3(59 6 06 Г 7/58,ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ в же тре ось ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе(56) 1. Яковлев В.В., федоров Р.ф., Стохастические вычислительные машины. Л., Машиностроение, 1974.2. Авторское свидетельство СССР Р 796834, кл, С 06 Г 7/58, 1979 (прототип).(54) (57) 1, ГЕНЕРАТОР ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕИ, содержащийэлемент задержки, первый элемент НЕ,выход которого соединен с первымвходом первого элемента ИЛИ-НЕ,выход которого соединен с входомпервого элемента НЕ и с информационным входом первого регистра сдвига,вход "Сдвиг" которого является тактовым входом генератора, о т л и -ч а ю ш и й с я тем, что, с цельюрасширения функциональных возможностей генератора путем получения трехуровневых сигналов, он содержитвторой элемент НЕ, второй элементИЛИ-НЕ, второй регнстр сдвига, коммутатор, преобразователь двоичногокода в троичный и сумматора по модулю три, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входами первого и второго элементовНЕ, тактовый вход генератора подключен к входу "Сдвиг" второго регистрасдвига и к входу злелента задержки,выход которого соединен с входол"Считывание" сумматора по модулютри, а такие с вторил входом первого элемента ИЛИ-НЕ и с первым входом второго элемента ИЛИ-НЕ, выходкоторого соединен с входом коммута.801056187 А тора и с входом второго элемента НЕ, выход которого соединен с вторыл входом второго элемента ИЛИ-НЕ, первый и второй выходы коммутатора соединены соответственно с первым и вторым входами преобразователя двоичного кода в троичный, выход которого является выходом генератора, прямые и инверсные выходы всех разрядов первого регистра сдвига соединены с первой группой входов коммутатора соответственно, третий выход которого соединен с информационным входом второго регистра сдвига, прямые и инверсные выходы всех разрядов которого соединены с второй группой входов коммутатора соответст- Е венно, группа выходов которого соединена с группой информационных входов сумматора по модулю три соответственно.2. Генератор по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что сумматор по Я модулю три содержит восемь элементо И-НЕ, выход первого элемента И-НЕ является первым выхОдом сумматора, выходы второго, третьего и четвертого элементов И-НЕ соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами первого элемента И-НЕ, выход пятого элемента И-НЕ является вторым выходом сумматора, выходы шестого, седьмого и восьмого элементов И-НЕ соединены соответственно с первым, вторым и треть-. им входами пятого элемента И-НЕ, четвертый вход которого объединен с четвертым входом первого элемента И-НЕ и является входом "Считывание" сумматоров, информационную группу входов которого образуют первые и вторые входы второго и шестого элементов И-НЕ, а так первые, вторые и третьи входы тьего, четвертого, седьмого и в мого элементов Й-НЕ.510 Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при моделировании случайных процессов,Известен генератор псевдослучайных двоичных последовательностей максимальной длины, содержащий регистр сдвига с сумматором по модулю два в цепи обратной связи 11.Недостатки этого устройства- низкое быстродействие и узкие функциональные возможности, Последнее обусловлено его способностью генерировать только двоичные последовательности.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является генератор псевдослучайных двоичных последовательностей, содержащий регистр сдвига с сумматором по модулю два в цепи обратной связи, элементНЕ, элемент задержки и элеглент ИЛИНЕ, выход которого соединен с входом регистра сдвига и через элемент НЕсоединен со своим первым входом,второй вход элемента ИЛИ-НЕ соединен с прямым выходом элемента задержки, а сумматор по модулю два содержит три элемента ИЛИ-НЕ 2 .Недостатком этого генератора являются узкие функциональные возможности, так как он предназначен для генерирования только двоичных последовательностей.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей генератора путем получения трехуровневых сигналов.Дпя достижения поставленной цели в генератор псевдослучайных последовательностей, содержащий элемент задержки, первый элемент НЕ, выходкоторого соединен с первым входомпервого элемент ИЛИ-.НЕ, выход которого соединен с входом первого элемента НЕ и с информационным входом первого регистра сдвига, вход"Сдвиг" которого является тактовымвходом генератора, введены второйэлемент НЕ, второй элемент ИЛИ-НЕ,второй регистр сдвига, коммутатор,преобразователь двоичного кода втроичный и сумматор по модулю три,первый н второй выходы которого соединены соответственно с входами первого и второго элементов НЕ, тактовый вход генератора подключен квходу "Сдвиг" второго регистра.сдвига и к входу элемента задержки, выход которого соединен с входом "Счи" тывание" сумматора по модулю три,а также с вторым входом первогоэлемента ИЛИ-НЕ и с первым входом второго элемента ИЛИ-НЕ выход кото рого соединен с входом коммутатора и с входом второго элемента НЕ, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ-НЕ, первый и второй выходы коммутатора соединены соответственно с первым и вторым входами преобразователя двоичного кода в троичный, выход которогоявляется выходом генератора, пряьиеи инверсные выходы всех разрядовпервого регистра сдвига соединеныс первой группой входов коммутаторасоответственно, третий выход которого соединен с информационным входом второго регистра сдвига, прямые и инверсные выходы всех разрядов которого соединены с второй группой входов коммутатора соответственно, группа выходов которого15 соединена с группой информационныхвходов сумматора по модулю три соответственноСумматор по модулю три содержитвосемь элелентов И-НЕ, выход первого элемента И-НЕ является первымвыходом сумматора, выходы второго,третьего и четвертого элементовИ-НЕ соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами первого элемента И-НЕ, выход пятогоэлемента И-НЕ является вторым выходом сумматора, выходы шестого,седьмого и восьмого элементов И-НЕсоединены соответственно с первым,вторым и третьим входами пятогоэлемента И-НЕ, четвертый вход которого объединен с четвертым входомпервого элемента И-НЕ и являетсявходом "Считывание" сумматора, информационную группу входов которогоЗ 5 образуют первые и вторые входы второго и шестого элементов И-НЕ, атакже первые, вторые и третьи входы третьего, четвертого, седьмого ивосьмого элементов И-НЕ,40 На фиг. 1 показана блок-схемапредлагаемого генератора; на фиг, 2 -4 - состояния коммутатора.Генератор содержит первый регистр1 сдвига, первый разряд 2 которого45 содержит элемент НЕ 3 и элементИЛИ-НЕ 4. Кроме того, генератор содержит регистр 5 сдвига, первыйразряд 6 которого содержит элементНЕ 7 и злелент ИЛИ-НЕ 8, Кроме того,генератор содержит элемент 9 задержки, коммутатор 10, сумматор 11 помодулю три и преобразователь 12 двоичного кода в троичный. Сумматор 11по модулю-три содержит элелентыИ-НЕ 13-20,Генератор работает следующигл образом.Возможны два режима работы - режим генерации двоичных последовательностей и режим генерации троичцыхпоследовательностей, т,е. трехуров" невых 4 гигналов. В режиме генерациидвоичных последовательностей выходвосьмого разряда первого регистрасдвига подключается через коммута 65 тор 10 к входу второго регистрасдвига. Первый разряд б, а также элементы И-НЕ 17-20 при этом оказываются исключенными из схемы генератора. Входы элементов И-НЕ 14-16коммутируются (фиг. 3) и вместе сэлементом 13 образуют обычный сумматор по модулю два. Работа предлагаемого генератора в этом режимеаналогична работе известного,Сумматор по модулю три в отсутствии тактового импульса блокирован 10импульсом нулевого уровня, снимаемого с элемента 9 задержки, которыйобусловливает задержку открываниясумматора сприходом тактового импульса. Сигнал на выходе открытого 15сумматора определяется суммой помодулю два сигналов с-го и и-горазрядов регистра сдвига, а разряд 2переводится в нулевое состояние,Таким образом, .сигнал на выходе 2 20определяется сигналом с выхода сумматора по модулю два. После окончания тактового импульса сумматора помодулю два запирается, а первыйразряд 2 за счет соединенных элементов.НЕ 3 и ИЛИ-НЕ 4 удерживаетсигнап сумматора.В режиме генерации троичных последовательностей в работе участвуютвсе элементы генератора. При этомвыход первого разряда б соединен свходом второго регистра сдвига. Работа первых разрядов 2 и б аналогична работе разряда 2 в случае,генерации двоичных последовательностей,Троичная последовательность в генера торе представляется в виде чисел О,1 и 2, записанных в двоичном коде врегистрах сдвига. В регистре 1 сдвигасодеркатся числа старшего разряда,а в регистре 5 сдвига - числа младщего разряда. Сумматор 11 по модулютри осуществляет логические операции,эквавалентные умножению сигналов с1 -го и и-го разрядов на соответствующие коэффициенты и суммированию по 45модулю три. С помощью коммутатора10 можно получить одну из пяти после)дОвательностей,Преобразователь 12 служит дляпреобразования последовательностей, 50представленных в двоичном коде, в.последовательности, состоящие изсигналов, 1 либо -1,0, ф Такой преобразователь не требует перестройкипри переходе от одного режима работы генератора к другому. Навходсигналы подаются согласно фиг. 4.При генерации двоичных и троичныхпоследовательностей одновременныйприход на оба входа двух логическихединиц при нормальной работе генератора исключен, Поэтому открыт одиниз транзисторов, что обеспечит протекание тока через сопротивление К всоответствующем направлении, и навыходе будет +1 или -1, При генера ции только троичных последователь-ностей возможен приход двух логических нулей, тогда оба транзистора закрыты и на выходе присутствует ну.4 левой уровень сигнала.Таким образом, в предлагаемом генераторе обеспечивается расширение функциональных воэможностей, т.е. воэможность получения наряду с двоичными последовательностями также и троичных псевдослучайных последовательностейЭтот эффект достигается путем введения второго регистра сдвига, второго элемента НЕ, второго элемента ИЛИ-НЕ, восьми , элементов И-НЕ, коммутатора и соот-, ветствующих связей между этими эле- ментами, Элементы И-НЕ образуют универсальный блок обратной связи, который используется при генерации как двоичных, так и троичных последовательностей. Коммутатор позволяет осуществлять выбор типа и длины последовательности. Возможно получение пяти двоичных последовательностей с длинами 127, 511, 1023, 2047 и 32767 импульсов за период последовательности и пяти троичных последовательностей с длинами 26, 80, 242, 728 и 6560 импульсов за период последовательности. При этом сохраняется быстродействие, присущее известному устройству. Приведенный набор длин последовательностей вполне достаточен для исследования разнообразных динамических объектов, например авиационных силовых установок и их элементов.Применение двоичных псевдослучайных последовательностей для идентификации динамических объектов ограничивается линейными системами. Троичные псевдослучайные последовательности позволяют решать относительно новую для техники автоматического управления задачу-идентификацию существенно нелинейных динамических объектов, что позволит создавать эффективные системы автоматического управления этими объектами. Важный пример таких объектов - исполнительные механизмы авиационных силовых установок и сами силовые установки . Кроме того, применение троичных псевдослучайных последовательностей для идентификации линейных объектов позволяет повысить точность идентификации благодаря наличию лучших статических свойств, чем у двоичных последовательностей. Предлагаеьый генератор позволяет получать последовательности двух типов (двоичные и троичные) различной длины, что весьма актуально для научных исследований . Эксплуатация генератора предельно проста, поскольку. выбор типа и длины последователь1056187 Фиг, 1 ности осуществляется простым переключением в блоке коммутатора. Создание генератора не требует уникальной аппаратуры. Он может быть выполнен на базе обычных серийных элементов. Конструкция коммутатора отличается простотой, поскольку содержит только ключи (например, выключатели типа П 2 К).Расширение функциональных возможностей предлагаемого генератора 10 достигается путем незначительного увеличения его стоимости .(стоимость коммутатора, вновь вводимых элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ, НЕ) по сравнениюс известным и не требует созданияспециальных устройств для генерациитроичной последовательности. Наличие связи между одиннадцатым выходом коммутатора и входом второгодвоичного режима сдивга позволяетмаксимально эффективно использоватьэлементы генератора в режиме генерации двоичных последовательностей иполучать при этом последовательностидостаточно большой длины.