Генератор псевдослучайных чисел

(19 06 Р 7/58 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ Генератор выходы ко ратора, бл вторая гру к 1-выхода мяти и бло которого я ра, четвер ния режим синхровхо мом -разр введение блоков па элементов сумматора сумматора ветствующ псевдослуч ципе эмул й разрядо ров, 1 з.п,Генератор содержит (фиг,1) триггер 1, первый сумматор 2 по модулю два, первый блок памяти 3, первый блок элементов И 4. блок 5 сумматоров по модулю два. мультиплексор 6, регистр 7, второй блок элементов И 8, второй сумматор 9 по модулю два. выход 10 генератора, второй блок памяти 11. третий блок памяти 12 и блок 13 управления.Блок 13 управления содержит первый регистр 14. второй регистр 15, счетчик адреса 16, мультиплексор 17. сумматор 18, третий регистр 19, генератор 20 тактовых импульсов, счетчик тактов 21, дешифратор 22, триггер 23, элементы И 24, элементы НЕ 25 и элементы ИЛИ 26.Первый блок памяти 3. вмяти 11 и третий блок памят торой блок паи 12 организоГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(54) ГЕНЕРАТОР ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ(57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано длястатистического моделирования и диагностики цифровых систем, Целью изобретения является расширение функциональныхвозможностей генератора путем обеспечения возможности изменения периода и вида формируемой последовательности,Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для статистичеСкого моделирования и диагностики цифровых систем.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей генератора путем обеспечения возможности изменения периода и вида формируемой последовательности,На фиг.1 представлена схема генератора; на фиг,2 - схема блока управления; на фиг.3 и 4 показано расположение разрядов в блоках памяти; на фиг.5 - временные диаграммы работы генератора; на фиг.б - схема генератора, построенного на модулях операций сдвига и суммирования по модулю два. содержит -разрядныи регистр, торого являются выходами генеок сумматоров по модулю два, ппа входов которого подключена м -разрядного регистра, блок пак задания режимов, первый вход вляется входом "Пуск" генератотый и пятый выходы блока задаов соединены соответственно с дом и входом управления режиядного регистра, Новым является в генератор второго и третьего мяти, первого и второго блоков И, мультиплексора, -входового по модулю два, двухвходового по модулю два и триггера с соотими связями, Работа генератора айных чисел основана на приняции регистра сдвига длиной по в, состоящего из О- и Т-триггеф-лы, б ил,ваны в виде (К+1)1-разрядных ячеек (1-разрядность выхода генератора), Первый блок памяти 3 эмулирует регистр сдвига длиной по Я разрядов, состоящий из О- и Т-триггеров. Расположение разрядов эмулируемого регистра сдвига в ячейках первого блока памяти 3 показано на фиг,З, Местоположение О-триггеров определяется нулями в соответствующих разрядах второго блока памяти 11, единицы определяют местоположение Т-триггеров. Третий блок памяти 12 определяет структуру обратной связи таким образом, что в формировании суммы обратной связи участвуют только разряды эмулируемого регистра сдвига, помеченные единицами в третьем блоке памяти 12. В начальный момент в нулевых ячейках всех блоков памяти записаны логические нули. Для упрощения цепи занесения исходной информации в блоки памяти не показаны, Управление работой устройства осуществляет блок 13 управления. По первому выходу блока 13 поступают сигналы на синхровход регистра 7, запись в который производится по переднему фронту синхросигнала. По второму выходу блок 13 задает режим записи (при логическом нуле) или сдвига п ри логической единице) регистра 7. По третьему выходу блока 13 поступают сигналы на синхровход триггера 1, запись в который производится по переднему фронту синхросигнала. По четвертому выходу блок 13 управления передает сигнал установки в нулевое состояние триггера 1 (при логической единице). По пятому выходу блок 13 задает адрес ячейки первого блока памяти 3, второго блока памяти 11 и третьего блока памяти 12, По шестому выходу блок 13 управления задает режим записи/ /чтения первому блоку памяти 3 (логический ноль задает режим записи, логическая единица - режим чтения), По седьмому выходу блок 13 управляет передачей данных через мультиплексор 6 (при логической единице передаются данные с первого информационного входа, при логическом нуле - со второго информационного входа мультиплексора 6).Устройство работает следующим образом.По сигналу "Сброс", поступающему на второй вход блока 13 управления, производится установка в начальное состояние блока 13 и установка в нулевое состояние триггера 1 по сигналу, поступающему по четвертому выходу блока 13 на вход сброса триггера 1.По сигналу "Пуск", поступающему на второй вход блока 13 управления, он начинает выдавать управляющие сигналы по своим выходам в каждом такте, В первом такте (фиг.5) по сигналам с выходов блока 13 производится следующее; из первого блока памяти 3 считывается содержимое И-й ячей ки и через первую группу входов мультиплексора 6 записывается в регистр 7, Во втором такте считывается содержимое М-й ячейки из третьего блока памяти 12 и поступает на второй вход второго блока элемен- "0 тов И 8, на первый вход которого поступаетинформация с выхода регистра 7. На выходе второго сумматора 9 по модулю два формируется сумма обратной связи от й-й ячейки первого блока памяти 3, которая через пер вый сумматор 2 по модулю два записывается в триггер 1 в конце такта. В третьем такте из первого блока памяти 3 считывается содержимое нулевой ячейки и поступает на первый вход первого блока элементов И 4, 20 из второго блока памяти 11 считывается содержимое нулевой ячейки и поступает на второй вход первого блока элементов И 4, информация с выхода которого поразрядно суммируется в блоке 5 сумматоров по моду лю два с содержимым регистра 7. Результатсуммирования через второй вход мультиплексора 6 записывается в регистр 7, Так как во всех разрядах нулевой ячейки второго блока памяти 11 записаны логические 30 нули, то содержание регистра 7 не изменяется. В четвертом такте информация с выхода регистра 7 записывается в нулевую ячейку первого блока памяти 3. Таким образом, содержимое М-й ячейки первого блока 35 памяти 3 переписывается в нулевую ячейку,В пятом такте из первого блока памяти 3 считывается содержимое (М)-й ячейки и через первый вход мультиплексора 6 записывается в регистр 7. В шестом такте из 40 третьего блока памяти 12 считывается содержимое (й)-й ячейки и поступает на второй вход второго блока элементов И 8, на первый вход которого поступает информация с выхода регистра 7, На выходе второго 45 сумматора 9 по модулю два формируетсясумма обратной связи от (М)-й ячейки первого блока памяти 3, которая поступает на второй вход первого сумматора 2 по модулю два, на первый вход которого поступает сум ма обратной связи от й-й ячейки первогоблока памяти 3 с выхода триггера 1, На выходе первого сумматора 2 по модулю два формируется сумма обратной связи от М-й и (М)-й ячеек первого блока памяти 3, кото рая записывается в триггер 1 в конце шестого такта, В седьмом такте из первого блока памяти 3 считывается содержимое К- й ячейки и поступает на первый вход первого блока элементов И 4, из второго блока памяти 11 считывается содержимое М-йсумматоров по модулю два с содержимымрегистра 7. Результат суммирования через 5 10 20 25 30 45 50 55 ячейки и поступает на второй вход первого блока элементов И 4, информация с выхода которого поразрядно суммируется в блоке 5 второй вход мультиплексора 6 записывается в регистр 7, В восьмом такте информация с выхода регистра 7 поступает на выход 10 генератора в качестве разрядов псевдослучайного числа и записывается в М-ю ячейку первого блока памяти 3. Таким образом, в тактах с четвертого по восьмой формируется новое содержимое Й-й ячейки первого блока памяти 3 и выдается на выход 10 генератора, В следующих четырех тактах (с девятого по двенадцатый) аналогично формируется новое содержимое (й)-й ячейки первого блока памяти 3, и так далее (по четыре такта) до второй ячейки первого блока памяти 3, Новое содержимое первой ячейки первого блока памяти 3 формируется следующим образом. В (4 М+1)-м такте из первого блока памяти 3 считывается содержимое нулевой ячейки и через первый вход мультиплексора 6 записывается в регистр 7. (В (4 М+2)-м такте блока 13 управления по своему второму выходу задает режим сдвига в регистре 7, В освобождающийся разряд заносится сумма обратной связи, поступающая с выхода триггера 1 на последовательный информационный вход регистра 7. В (48+3)-м такте из первого блока памяти 3 считывается содержимое первой ячейки и поступает на первый вход первого блока элементов И 4, из второго блока памяти 11 считывается содержимое первой ячейки и поступает на второй вход первого блока элементов И 4, информация с выхода которого поразрядно суммируется в блоке 5 сумматоров по модулю два с содержимым регистра 7, Результат суммирования через второй вход мультиплексора 6 записывается в регистр 7, В (4 К+4)-м такте содержимое регистра 7 поступает на выход 10 генератора в качестве разрядов псевдослучайного числа и записывается в первую ячейку первого блока памяти 3. В этом же такте триггер 1 устанавливается в нулевое состояние по сигналу, поступающему по четвертому выходу блока 13 управления на вход сброса триггера 1, Таким образом, эмуляция сдвига информации в И-разрядном регистре завершена. Далее генератор работает аналогично. В общем случае в первом блоке памяти 3 может эмулироваться несколько независимых регистров сдвига (см, фиг.4). Для каждого из этих регистров отводится по одной дополнительной ячейке(в данном случае нулевая для регистра сдвига А, -я для регист 35 40 ра сдвига В и (М)-я для регистра сдвига С. В О-й, 1-й и (М)-й ячейках второго блока памяти 11 записаны логические нули во всех разрядах. Каждый из эмулируемых в первом блоке памяти 3 регистров сдвига можно охарактеризовать двумя величинами; количеством занимаемых ячеек первого блока памяти 3 и адресом первой (младшей) из этих ячеек, Для примера на фиг.4 регистр сдвига А характеризуется так; количество занимаемых ячеек равно двум, адрес первой ячейки равен нулю, регистр сдвига В характеризуется так: количество занимаемых ячеек равно трем, адрес первой из них равен 1, регистр сдвига С характеризуется так; количество занимаемых ячеек равно четырем, адрес первой из них равен (М-З),Блок 13 управления работает следующим образом,Предварительно во второй регистр 15 заносится количество занимаемых ячеек первого блока памяти 3, в третий регистр 19 заносится адрес первой из этих ячеек, Для упрощения цепи занесения информации во второй регистр 15 и третий регистр 19 не показаны. Счетчик адреса 16 работает как вычитающий счетчик по модулю, задаваемому во втором регистре 15. По сигналу, поступающему на вход "Сброс" генератора, триггер 23. счетчик тактов 21 и счетчик адреса 16 устанавливаются в нулевое состояние, Через элемент ИЛИ 26 этот сигнал поступает на четвертый выход блока 13, Логический ноль с прямого выхода триггера 23 блокирует прохождение синхроимпульсов (СИ) с выхода генератора 20 тактовых импульсов через элемент И 24, а также запрещает дешифрацию дешифратору 22, По сигналу. поступающему на вход "Пуск" генератора, триггер 23 устанавливается в единичное состояние и разрешает прохождение СИ через элемент И 241 а также разрешает дешифрацию дешифратору 22, С выхода элемента И 24 СИ поступают на первый вход элемента И 242 и на счетный вход счетчика тактов 21. На выходах с первого по четвертый дешифратора 22 формируются импульсы соответственно в каждый первый, второй, третий и четвертый такты. В самом первом такте содержимое счетчика адреса 16 (в данном случае нулевое) переписывается в первый регистр 14, а в счетчик адреса 16 заносится модуль счета из второго регистра 15. Мультиплексор 17 первые два такта из каждых четырех передает данные со счетчика адреса 16. последующие два такта - с выхода первого регистра 14, в котором хранится предыдущее состояние счетчика адреса 16, Сумматор 18 обеспечивает сложение адреса с выхода мультиплексора с адресом первой занимаемой ячейки первого блока памяти 3, поступающим с выхода третьего регистра 19. С выхода сумматора 18 результат сложения поступает на пятый выход блока 13. Последующие импульсы с первого выхода дешифратора 22 вызывают уменьшение на единицу содержимого счетчика адреса 16 вплоть до нулевого. Следующий импульс снова приведет к загрузке в счетчик адреса 15 модуля счета, При нулевом содержимом счетчика адреса 16 на его выходе окончания счета появляется логическая единица. Импульсы с первого выхода дешифратора 22 поступают на вход элемента НЕ 252 и на третий выход блока 13, на седьмой выход которого поступают импульсы с третьего выхода дешифратора 22, СИ с выхода элемента И 241 поступают через элемент И 242 на первый выход блока 13 в каждом первом и третьем из четырех тактов, а также во втором такте из четырех и ри наличии сигнала окончания счета счетчика 16. Этот сигнал формируется в начале первого из четырех тактов, в которых завершается сдвиг информации в эмулируемом в первом блоке памяти 3 регистре сдвига. Во втором из этих четырех тактов формируется логическая единица на выходе элемента И 24 з и поступает на второй выход блока 13. В четвертом из этих четырех тактов формируется логическая единица на выходе элемента И 244 и через элемент ИЛИ 261 поступает на четвертый выход блока 13, По второму входу элемента ИЛИ 26 на четвертый выход блока 13 поступают сигналы со входа "Сброс" генератора.В случае эмуляции нескольких регистров сдвига в первом блоке памяти 3 для "перехода" от одного регистра сдвига к другому подается сигнал по входу "Сброс" генератора, во второй регистр 15 и третий регистр 19 заносится информация о выбранном регистре сдвига и по сигналу "Пуск" осуществляется вышеописанным образом сдвиг информации в этом регистре,Первый блок 4 элементов И, блок 5 сумматоров по модулю два, мультиплексор 6, регистр 7, второй блок 8 элементов И и второй сумматор 9 по модулю два образуют 1-разрядный модуль 27 операций сдвига и суммирования по модулю два, первый вход которого соединен с выходом первого блока памяти 3, второй вход - с выходом второго блока памяти 11, третий, четвертый и пятый входы соединены соответственно с седьмым, первым и вторым выходами блока 13 управления, шестой вход соединен с прямым выходом триггера 1. седьмой вход соединен с выходом третьего блока памяти 12.Первый выход модуля 27 операций сдвига и суммирования по модулю два соединен с выходом генератора и с информационным 5 входом первого блока памяти 3, второй выход соединен со вторым входом первого сумматора 2 по модулю два, На фиг.6 представлена схема генератора псевдослучайных чисел, построенного с использованием 10 в модулей 27 операций сдвига и суммирования по модулю два, Шестой вход первого модуля 27 операций сдвига и суммирования по модулю два соединен с выходом триггера 1, шестой вход -го( =2, гл ) модуля 15 27; операций сдвига и суммирования по модулю два соединен с 1-м разрядом первого выхода (-1)-го модуля 27 ь операций сдвига и суммирования по модулю два. Количество входов первого сумматора 2 по модулю два 20 увеличивается до (гп+1). На выходе 10 генератора формируются е разрядов псевдослучайного числа,Формула изобретения 25 1, Генератор псевдослучайных чисел,содержащий регистр, выход которого является выходом генератора, блок сумматоров по модулю два, первый вход которого подключен к выходу регистра, первый блок па мяти и блок управления, первый выходкоторого соединен с синхровходом регистра, вход управления режимом которого соединен с вторым выходом блока управления, первый вход которого является вхо дом "Пуск" генератора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей генератора путем обеспечения изменения периода и вида формируемой последовательности, в него 40 дополнительно введены второй и третийблоки памяти, первый и второй блоки элементов И, первый и второй сумматоры по модулю два, мультиплексор и триггер, синхровход которого соединен с третьим выхо дом блока управления, четвертый выходкоторого соединен с входом сброса триггера, информационный вход которого соединен с выходом первого сумматора по модулю два, первый вход которого соеди нен с прямым выходом триггера и с последовательным информационным входом регистра, параллельный информационный вход которого соединен с выходом мультиплексора, первый информационный вход 55 которого соединен с выходом первого блокапамяти и первым входом первого блока элементов И, второй вход которого соединен с выходом второго блока памяти, адресный вход которого соединен с адресными входами второго и третьего блоков памяти и спятым выходом блока управления, шестой выход которого соединен с входом управления записью-чтением первого блока памяти, информационный вход которого соединен с выходом регистра и с первым 5 входом второго блока элементов И, второй вход которого соединен с выходом третьего блока памяти, а выход - с входом второго сумматора по модулю два, выход которого соединен с вторым входом первого сумма тора по модулю два, второй вход блока управления является входом "Сброс" генератора, а седьмой выход соединен с управляющим входом мультиплексора, второй информационный вход которого 15 соединен с выходом первого блока элементов И.2. Генератор по п.1, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что блок управления содержит генератор тактовых импульсов, счетчик тактов, 20 дешифратор, три регистра, счетчик адреса, мультиплексор, сумматор, четыре элемента И, три элемента НЕ, два элемента ИЛИ и триггер, вход установки в "1" которого является входом "Пуск" блока. вход "Сброс" ко торого соединен с входами сброса счетчика тактов, счетчика адреса, первым входом первого элемента ИЛИ и входом установки в "0" триггера, прямой выход которого соединен с входом разрешения дешифрато ра и с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход - со счетным входом счетчика тактов и первым входом второго элемента И, выход ко торого является первым выходом блока, выход которого соединен с выходом третьего элемента И и первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, а второй вход - с выходом первого элемента НЕ, вход которого соединен с младшим разрядным выходом счетчика тактов и с первым информационным входом дешифратора, первый выход которого соединен со счетным входом счетчика адреса и синхровходом первого регистра, второй выход дешифратора соединен с входом второго элемента НЕ и с третьим выходом блока, четвертый выход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента И, первый вход которого соединен с выходом окончания счета счетчика адреса и с первым входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго элемента Н Е, выход второго регистра соединен с информационным входом счетчика адреса, выход которого соединен с первым информационным входом мультиплексора и с информационным входом первого регистра, выход которого соединен с вторым входом дешифратора и старшим разрядным выходом счетчика тактов, выход мультиплексора соединен с перВым входом сумматора, Второй ВхОд которого соединен с выходом третьего регистра, а выход является пятым выходом блока, шестой выход которого соединен с третьим выходом дешифратора и с входом третьего элемента Н Е, выход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И, четвертый выход дешифратора является седьмым выходом блока,1805465 орректор В. Петраш Т Редакто аказ 943 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гага 10 авитель М. Бурнашеед М.Моргентал е,1