Генератор случайных чисел
ОП ИСАНИЕ
ИЗО6РЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советск ик
Социалистическин
Республик (и) 930315 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 13. 10.80 (2I ) 3215680/18-24 с присоединением заявки М (23) Приоритет (5!)М. Кл.
G 06 F 7/58
3Ьеуднрстненнмй квинтет
СССР
Опубликовано 23 05.82. Бюллетень М 1с
IIo делам нзабретеннй н открытнй (53) УДК 681.325 (088.8}
Дата опубликования описания 26 05 82 (72) Авторы изобретения
Л. Г. Скиба и 10. Е. Лян (7l) Заявитель (54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ
Изобретение относится к вычислитель ной технике и может быть использовано в цифровых вычислительных устройствах для получения случайных чисел при решении задач методами статистического моделирования, в стохастических вычислиS тельных машинах для имитации случайных воздействий, в системах связи, исполь зуюших случайные или псевдослучайные последовательности для формировании шу10 моподобных сигналов и т. и, Известен генератор случайных чисел, содержащий источник шума и счетный триггер, в котором напряжение от источника шума поступает на вход счетного °
lS триггера через ограничитель амплитуды сигнала (1)
° Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является генератор, в котором напряжение от источника шума через усили гель поступает на два пороговых элемента с неравными порогами срабатывания, выходы которых подключены к первому и второму входам суммяруюшего элемента. Пороговые элементы преобразуют шумовой сигнал в потоки импульсов, случайных по моментам появления и длитель. ностям. С выхода пороговых элементов через .суммирующий элемент и эмиттерный повторитель потоки импульсов поступают на вход счетного триггера и пересчитываются последним по модулю два.
Два пороговых элемента, входы которьпс подключены к выходу усилителя, а выхо ды — к первому и второму входам суммирующего элемента, позволяют увеличить частоту появления случайных импульсов и в потоках импульсов, посту« лающих на счетный триггер.
Счетный триггер имеет два устойчивых состояния: логический нуль и лот в-. ческая единица. Считается, что под действием потока импульсов, поступаюпптх на вход счетного триггера, вероятность нахождения его в состоянии логического нуля с очень высокой точностью будет
3 93 равна вероятности нахождения его в состоянии логической единицы j2)
Однахо для известных схем генераторов, случайных чисел наблюдаются значительные закономерные отклонения от равных значений вероятностей нахождения счетного триггера в состояниях логического нуля и логической единицы. .Это обусловлено отсутствием схемотехнических решений, исключающих на входе триггера импульсы с амплитудами и длительностями, недостаточными для его нормальной работы (назовем их ненормированными импульсами) и неидентичностью физических параметров элементов, участвующих в процессе переключения реального счетного триггера из состояния логического нуля в состояние логической едницы и обратно. В известных генераторах случайных чисел требуемые высокие статические параметры достигаются путем случайного подбора элементов, составляющих генератор.
Случайный подбор элементов требует проведения большого объема экспериментальной работы как при разработке схемы генератора, так и изготовлении каждого его образца, а в ряде случаев приходится проводить периодический контроль статистических параметров генераторов, находящихся в эксплуатации.
Вместе с тем, надежность генераторов случайных чисел не может быть гарантирована, так как элементы счетного триггера работают в режимах, которые не соответствуют требованиям их технических условий (из-за присутствия на его входе ненормированных импульсов).
11ель изобретения - повышение точности генератора.
Для достижения поставленной цели в известный генератор случайных чисел, содержащий источник шума, выход которого соединен со входом усилителя, два пороговых элемента, первые входы которых являются соответственно первым и вторым регулировочными входами генератора, первый триггер, выход которого является выходом генератора, введены второй триггер, селектор минямаль ной длительности сигнала и ограничитель амплитуды, вход которого соединен с выходом усилителя, а выход ограничителя амплитуды через селектор минималь
° ной длительности сигнала соединен со вторыми входами пороговых элементов, выходы которых соединены с установоч ными входами второго триггера соот03 15 ф ветственно, выход которого соединен с счетным входом первого триггэра.
На чертеже приведена блок-схема генера тора.
Генератор содержит, источник 1 шума, выход которого через усилитель 2, ограничитель 3 амплитуды и селектор 4 минимальной длительности сигнаЛа соединен со входами пороговых элементов 5
1п и 6, выходы которых соединены с установочными входами триггера 7, выход которого соединен с счетным входом триггера 8, выход которого является выхо-. дом генератора, входами которого
15 являются входы пороговых элементов 5 и 6, пороги срабатывания которых не рав» ны между собой.
Введение в схему генератора ограничителей 3 и 4 ограничивает максимальную скорость изменения напряжения на входах пороговых элементов 5 и 6. Выбирая определенным образом величины напряжений срабатывания пороговых элементов 5 и 6, можно получить на выходе триггера с раздельным запуском 7 импульсы, длительности которых будут не менее заданного значения.
36
Если обеспечить соответствующий выбор по быстродействию пороговых элементов 5 и 6 и триггера с раздельным запуском 7, то на вход счетного триггера 8 будут поступать импульсы с амплитудами и. длительностями, достаточными дпя его нормальной работы, и, следовательно, будет исключена причина закономерных отклонений вероятностей нахождения счетного триггера в состояниях логического нуля и логической единицы от равных значений. Два пороговых элемента 5 и 6 с неравными порогами срабатывания и триггер с раздельным запуском 7 в совокупности реализуют функцию релейного элемента с петлей гистерезиса.
Вместо перечисленных выше элементов в схеме могут быть использованы любые пороговые элементы с петлей гистереэиса, например, туннельные диоды. Для согласования характеристик между отдельными элементами схемы могут быть при необходимости включены усилители. На практике при реализации предлагаемой схемы функции отдельных элементов могут быть совмещены, например, усиление и ограничение амплитуды или максималь ной частоты шумового сигнала. Однако, для достижения требуемого эффекта функции, реализуемые элементами схемы генератора и их взаимная последовательность
ВНИИПИ Заказ 3473/65 Тираж. 732 Псдписное филиал ППП "Патент, и. Ужгород, уп. Проектная, 4
% 9303 выполнений, должнь строго соответство вать схеме, приведенной на чертеже.
Предлагаемая схема генератора слу.чайных чисел выгодно отличается ст известного, так как в ней целенаправлен-ными схемотехническими решениями исключаются закономерные отклонения вероятностей нахождения счетного триггера в состояниях логического нуля и логической единицы от равного значения. В 16 результате применения этой схемы отпадает необходимость в проведении большого объема экспериментальных исследований по подбору элементов и появляется возможность на практике получать гене- tS раторы случайных чисел с высокими статистическими параметрами, соответствукь. шими расчетными значениями. В раде случаев, для достижения высоких статистических параметров исключается не- 26 обходимость применения нескольких параллельно работающих генераторов случайных чисел, построенных по схеме прототипа. Соответствие режимов работы всех элементов схемы требованиям 2$. технических условий гарантирует получение статистических параметров высокого качества, что исключает необходимость проведения испытаний каждого изготовленного образца схемы и периодическо- 39 го контроля статистических параметров в процессе эксплуатации, а также обесI печивает высокую надежность генератора случайных чисел. формула изобретения
Генератор случайных чисел, содержвший источник шума, выход которого соединен с входом усилителя, два пороговых элемента, первые входы которых являются соответственно первым и вторым регулировочными входами генератора, первый триггер, выход которого является выходом генератора, о т л и— ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения точности генератора, он содержит второй триггер, селектор минимальной длительности сигнала и ограничитель амплитуды, вход которого соеди- нен с выходом усилителя, а выход ограничителя амплитуды через селектор минимальной длительности сигнала соединен с вторыми .Входами пороговых элементов, выходы которых соединены с установочными входами второго триггера соответсз венно, выход которого соединен со счет ным входом первого триггера.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
¹ 279168, кл. (j 06 |. 1/02, 1969.
2. Авторское свидетельство СССР
N 273536, кл. G 061- 1/02, 1969
{ прототип) .
