Датчик случайных чисел

 

7 . f.

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ

СОюз СОветсиих

Социалистических

Республик

<н773612 (61) Дополнительное к овт. свид-ву(22) Заявлено 12.02. 79 (21) 2726511/18-24 с присоединением заявки М— (23) Приоритет (51 1М. К,.

G 06 F 1/02

07 C 15/00

Государственный ноннтет

СССР оо делан нзобретеннй н открытнй (53) УДК 581. .325(088.8) Опубликовано 23.1080. Бюллетень М 39

Дата опубликования описания 25. 10 80 (72) Авторы изобретения

Э.А. Баканович, N.À. Орлов и Л. A. Смирнова (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 по-токов, пришедшего первым после пуска 15 датчика (1)..

Этот датчик является весьма сложным по устройству из-за наличия большого числа генераторов преобразуемых импульсных потоков. Кроме 20 того, для реализации высокого быстродействия требуется применять разнопородную элементную базу, что приводит к дополнительному усложнению устройства и сужает его функциональ- 2> ные возможностй.

Известен также датчик случайных чисел, содержащий блок генераторов преобразуемых импульсных потоков,. блок памяти в виде сменного.наборного30 поля, генератор тактирующих- импульсов, блок адресации на базе циклического регистра сдвига и блоки логических элементов И и ИЛИ (2).

Устройство сравнительно сложно из-за наличия болЪшего 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 при

773612

3S г

d0

65 использовании блоков памяти большого объема с органиэацией генерирования случайных чисел, распределенных по одному из законов, введенных в блок памяти..Это сужает функциональные воэможности датчика случайных чисел.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей датчика случайных чисел эа счет формирования потоков случайных чисел с произвольными законами распределения.

Цель достигается тем, что датчик случайных чисел, содержащий генератор импульсов и блок памяти, выходы которых подключены к входам управляющего вероятностного элемента, для достижения поставлеиной цели снабжен дополнительным блоком нормали зации случайных чисел, и блоками выбора адреса и N равновероятност. ными элементами, входы которых под- 2 ключены к ныхбду генератора импульсов, а выходы N равновероятностных элементов подключены к первым входам соответствующих блоков выбора адреса, вторые и третьи входы которых соединены соответственно с первой и второй группами нходов датчика случайных чисел, а выход каждого блока . выбора адреса подключен к соответствующим входам блока памяти и первой группе 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 нормализации случайных чисел подключен к выходу управляемого нероятностного элемента. При этом каждый блок выбора адре» са содержит два элемента И,элемент

ИЛИ,. входы которого подключены к выходам элементов И, выход элемента

ИЛИ является выходом выбора адреса, первый вход которого соединен с прямым входом первого элемента И, .инверсный вход которого подключен к первому входу второго элемента И и второму входу блока выбора адреса, третий вход которого соединен со вторым входом второго элемента И.

На чертеже изображена структурная схема датчика случайных чисел..

Датчик содержит генератор 1 импульсов, блок 2 памяти, управляемый вероятностный элемент 3, блок 4 нормализации случайных чисел, блоки 5 выбора адреса и равновероятностные элементы б.

Генератор 1 импульсов и блок 2 памяти подключены к входам управляемого вероятностного элемента 3, выход которого подключен к дополнительному входу блока 4 нормализации случайных чисел, выход которого подключен к выходу датчика случайных чисел, первая (от 1 до 1 ) группа входов — к выходам соответствующих блоков 5 и входам блока 2 памяти„ а вторая (от 2 до 2 ) группа входов — к первой (от 1q до 1ц) 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 выхо/ ду 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 выходы первого и второго элементов И 7 и 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 предназначен для хранения и выдачи пО запросам от блоков 5 информации н виде кодированных сигналов, управляющих вероятностью прохождения импульсов от генератора

1 импульсов через управляемый вероя гностный элемент 3.

Управляемый вероятностный элемент

3 с заданной вероятностью пропускает либо не пропускает, импульс -е выхода генератора 1 импульсов.на дополнительный вход блока 4 нормализации случайных чисел.

Блок 4 нормализации случайных чисел служит для обеспечения определенного расположения разрядов случайного числа и заданной разрядной сетке и выдачи случайного числа иа выход датчика.

Блоки 5 предназначены для организации управления выборкой требуемых адресов блока 2 памяти.

Равновероятностные элементы б формируют на выходе с равной вероятностью сигналы "1" либо "О".

Первый 7 и второй 8 элементы И служат как для органиэации выбора адресов блока 2 памяти, так и для формирования очередного случайного числа.

Элемейт 9 ИЛИ служит для логического объединения сигналов с выходов элементов И.

Б общем виде процесс функционирования датчика включает два этапа: равноверотную выборку адреса кода вероятности Р () в awe памяти, 773612

0,1,2,3,4,5,6,7 1 закон на 8 квантилей

000 е

100

0,1,2,3, 4,5,6,7

2 закона на 4 кван-, тиля

110

4 закона на 4 квантиля

0,1

2,3

4,5

6,7

1

3

5

00011011

8 законов на 1 кван- тиль

001

011 .100

101

111

+ Знаками (-) отмечены разряды, задаваемых случайными сигналами с выходов равновероятностных элементов 6. задаваемой кодом с управляющих вхо- . дов датчика, и формироэание случайного числа и реализацию случайного испытания с помощью управляемого вероятностного элемента 3, положи- тельный исход; которого заключается в прохождении с вероятностью Р„ ()) задаваемой кодом вероятности, выбранным с i-го адреса, импульсного сигнала с выхода генератора 1 через управляемый вероятностный элемент 3 (при появлении сигналов на выходе. элемента 3 блок 4 нормализации выдает сформированное случайное число на выход устройства).

Для реализации первого этапа используются блоки 1, 5, 6. Импульс, вырабатываемый генератором 1 импуль-. сов, поступает на вход управляемого вероятностного элемента 3 и входы равновероятностных элементов 6; на выходе последних случайным образом устанавливаются потенциалы "1" и "0" подаваемые на прямые входы первых элементов 7 И.

Предположим, что первая и вторая группы входов датчика содержат по три входа. С помощью входов первой группы управляющих входов датчика задается зона памяти, из которой будет производиться выборка кодов вероятностей. С помощью входов вто рой группы, при условии блокирования передачи сигналов с выходов равновероятностных элементов 6, можно управлять выборкой требуе.мых адресов из зоны памяти, задаваемой сигналами с управляющих входов датчика.

Если на каждый из входов первой группы подается "1.", то это приводит к запиранию первых элементов 7 И и блокированию передачи сигналов с выходов равновероятностных, элементов

6 на адресные входы блоков 2 памяти.

Тогда с помощью входов второй группы можно задавать зна ение сигналов на выходах блоков 5 (т.е. если на один из входов второй группы подается "1", на выходе соответствующего

® блока 5 появляется "1")

Если на каждый из входов первой группы подается "0", это приводит к. запиранию вторых элементов 8 И и отпиранию первых элементов 7 И. Э

15 этом случае значения выходных сигналов блоков 5 будут определяться значениями случайных выходных сигналов равновероятностных элементов 6. щ Следовательно, после задания эоны памяти с помощью входов первой группы — управляющих кодов — можно осуществить выборку адресов внутри зоны случайными (с помощью первых элементов И 7) и детерминированными 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 воспроизводимых законов распределения

M изменяется. Характер этой зависимости можно уяснить из таблицы, 7

773612

Второй этап процесса функционирования датчика заключается в следую-. щем.

При опросе блока 2 памяти на выi,õîäàõ его появляется совокупность сигналов а g f0„1) которые задают вероятности P„ (J) прохождения им-. пульса через управляемый вероятностный Элемент 4 и блок 4 нормализации случайных чисел, куда подается через первую группу входов блока нормализации случайное число с выхо дов блоков 5.

В блоке. 4 нормализации случайных чисел формируемое число нормализуется посредством сдвига на некоторое число разрядов. Количество так-,15 тов сдвига может определяться по количеству 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 одному ! из.совокупности заданных законов, каждый из которых может иметь раэлич- з ное число интервалов квантования, кратное степени 2> простотой констру- кции,полйостью выполненной на базе . цифровых, элементов с возможностью непосредственного использования 4О без каких-либо дополнительных изменений типовых блоков памяти высокой точностью и стабильностью работы, благодаря отсутствию аналоговых генераторов случайных сигналов по- 4

О выаением среднего быстродействия особенно для сложных нолимодальных законов распределения; простотой программирования и настройки датчика, а также смены отдельных законов распределения ввиду использования модульного принципа размещения кодов-законов распределения в блоке памяти и возможности ввода-вывода любого модуля независимо от.других, 55

Формула изобретения

1. Датчик случайных чисел, содер.жащий генератор импульсов и блок памяти, выходы которых подключены к вхс дам управляемого вероятностного элемента, отличающийся тем, что, с целью расширеййя функциональ ных воэможностей датчика за счет обесйечения воспроизведения потоков случайных чисел, распределенных по различным законам,он содержит блок нормализации случайных чисел, и блоков выбора адреса и Й равновероятностных элементов, входы которых подключены к выходу генератора импульсов, а выходы N 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 чисел,: а выход каждого блока адреса 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 шийся тем, что каждый блок выбора адреса содержит два элемента

И и элемент ИЛИ, входы которого подключены к выходам элементов И, выход элемента ИЛИ является выходом блока выбора адреса, первый вход которого соединен с .прямйм входом первого элемента И, инверсный вход которого подключен к первому входу второго элемента И и второму входу блока выбора адреса, третий вход которого соединен со вторым входом второго элемента И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Четвериков В.Н., Ваканович- Э.А и Меньков A.Â. Вычислительная техника для статйстического моделирования, М., "Советское радио", 1978, с. 234, рис. 6.1.

t °

2. Авторское свидетельство СССР

М 308431, кл. 6 06 F 1/02, 1969.

3. Баканович Э.A., Орлов М.A. и Костюк С.Ф. Программно управляемые вероятностные преобраэователи—

"Автоматика и вычислительная техника", Минск, 1975, вып. 5, с. 159, .рис. 3 (прототип).

77361

Составитель A. Карасов

Редактор Е. Лушникова Тех едТ.Маточка Ко екто М. Шароши

Заказ 7506 62 Тираж 751 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Раушская наб. . 4 5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4