Генератор равномерно распределенных случайных чисел

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в испытательной и контрольной аппаратуре. Цель изобретения расширение функциональных возможностей за счет управления вероятностью появления случайных чисел, равномерно распределенных в кольце M-последовательности. Генератор равномерно распределенных случайных чисел содержит генератор импульсов, схемы сравнения, элементы И, НЕ, И-НЕ, RS-триггер, генератор линейно-изменяющегося напряжения, блок памяти, регистр сдвига, сумматор по модулю два и регулируемый источник напряжения. 2 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в испытательной и контрольной аппаратуре при отладке узлов и блоков электронно-вычислительных машин.

Известен генератор псевдослучайной последовательности, содержащий регистр сдвига с обратными связями, на вход которого поступает пачка синхроимпульсов, формируемого в элементе И-НЕ, количество которых является случайным. Выход элемента И-НЕ подключен к своему первому входу, а второй соединен с входом генератора импульсов. Недостатком данного устройства является, то, что генерируемая ПСП формируется только в ограниченной области кольца М-последовательности [1] Наиболее близким техническим решением к заявляемому, является известное устройство, содержащее генератор импульсов, элемент И-НЕ, выход которого соединен со своим первым входом и входом "Сдвиг" регистра сдвига, выходы 1-го (1= 1, К-1; К-число разрядов регистра сдвига) и К-го разрядов которого соединены соответственно с первым и вторым входами сумматоров по модулю два, выход которого соединен с входом "Сдвиг" регистра сдвига, схему сравнения, генератор линейно-изменяющегося напряжения, блок памяти и источник шума, выход которого соединен с информационным входом блока памяти. Выход блока памяти соединен с первым входом схемы сравнения, выход которой соединен с вторым входом элемента И-НЕ. Выход генератора импульсов соединен с входом "Запись" блока памяти и входом генератора линейно-изменяющегося напряжения, выход которого соединен с вторым входом схемы сравнения [2] Однако недостатком генератора [там же] является ограниченные функциональные возможности, заключающиеся в отсутствии управления вероятностью появления случайных чисел, равномерно распределенных в кольце М-последовательности.

Целью изобретения является разработка генератора равномерно распределенных случайных чисел формирующего последовательности случайных чисел с заданной вероятностью.

Поставленная цель достигается тем, что в известный генератор равномерно распределенных случайных чисел, содержащей генератор импульсов, выход которого подключен к входу генератора линейно-изменяющего напряжения и входу "Запись" блока памяти, выход которого подключен к первому входу первой схемы сравнения. Выход источника шума подключен к информационному входу блока памяти. Выход генератора линейно-изменяющегося напряжения подключен к второму входу первой схемы сравнения. Выход элемент И-НЕ подключен к своему первому входу и входу "Сдвиг" регистра сдвига. Выходы 1-го (1=1.K} K-число разрядов регистра сдвига) и K-го разрядов регистра сдвига подключены соответственно к первому и второму входам сумматора по модулю два, выход которого подключен к входу "Сдвиг" регистра сдвига. Выходом генератора равномерно распределенных случайных чисел является выход K-го разряда регистра сдвига. Кроме того, дополнительно введены два элемента И, RS-триггер, вторая схема сравнения, к первому и второму входам которой подключены соответственно выходы генератора линейно-изменяющегося напряжения и регулируемого источника напряжения. Выход второй схемы сравнения подключен к двум входам второго элемента И, выход первой схемы сравнения подключен к первому входу первого элемента И и к входу элемента НЕ, KR- и S-входам RS-триггера подключены соответственно выход элемента НЕ и выход элемента И, вход которого соединен с прямым выходом RS-триггера.

При такой совокупности существенных признаков предлагаемое устройство позволяет генерировать с заданной вероятностью последовательности случайных чисел, равномерно распределенных в кольце M-последовательности, путем формирования с этой целью заданного количества тактовых импульсов, поступающих на вход регистра сдвига.

На фиг. 1 дана функциональная схема генератора равномерно распределенных случайных чисел; на фиг. 2 a-x временные диаграммы, поясняющие его принцип работы.

Генератор равномерно распределенных случайных чисел содержит генератор импульсов 4 (ГИ 4), выход которого подключен к входу генератора линейно-изменяющегося напряжения 5 (ГЛИН 5) и входу "Запись" блока памяти 2 (БП 2), выход которого подключен к первому входу первой схемы сравнения 3 (СС 3). Выход источника шума 1 (ИШ 1) подключен к информационному входу БП 2. Выход ГЛИН 5 подключен к второму входу первой СС 3. Выход элемент И-НЕ 10 подключен к своему первому входу и входу "Сдвиг" регистра сдвига 11 (РС 11). Выходы 1-го (1=1.K} K-число разрядов РС 11) и K-го разрядов PC 11 подключены соответственно к первому и второму входам сумматора по mod 2 14, выход которого подключен к входу "Сдвиг" PC 11. Выходом генератора равномерно распределенных случаных чмсел является выход K-го разряда PC 11. Кроме того, в известный генератор равномерно распределенных случайных чисел дополнительно введены первый 6 и второй 8 элементы И, RS-триггер 9, вторая схема сравнения 12 (CC 12), на первой и второй входы которой подключены соответственно выходы ГЛИН 5 и регулируемого источника напряжения 13 (РИН 13). Выход второй CC 12 подключен к обоим входам второго элемента И 8, выход первой CC 3 подключен к первому входу первого элемента и 6 и к входу элемента НЕ 7, KR- и S-входам RS-триггера 9 подключены соответственно выход элемента НЕ 7 и выход второго элемента И 8, вход которого соединен с прямым выходом RS-триггера.

Генератор равномерно распределенных случайных чисел работает следующим образом. В момент равенства напряжения на выходе ГЛИН 5 (Фиг. 2, d) и РИН 2 (Фиг. 2, e) на выходе второго СC 12 заканчивается формирование импульса длительности t (Фиг. 2, f), который поступает на второй вход первого элемента и 6. Последний формирует импульс (Фиг. 2, g) в момент присутствия на первом входе импульса, поступающего с выхода первой CC 3. Таким образом будет сформирована последовательность импульсов, длительность которых равномерно распределена в интервалеO-T} (Фиг. 2, k), причем длительность импульсов в последовательности будет случайным образом меняться по переднему фронту (как показано на Фиг. 2, k, звездочкой *). Поступая на вход элемента НЕ 7, последовательность равномерно распределенных импульсов инвертируется, а их длительность случайным образом меняется уже по заднему фронту (как показано на Фиг. 2, n звездочкой *). Сформированная таким образом последовательность случайных импульсов (Фиг. 2, g), длительность которых не превосходит заданную длительность установленную РИН 13, поступающая на оба входа второго элемента И 8, выполняющего роль линии задержки с временем задержки, равной времени инвертирования в элементе НЕ 7, последовательности импульсов, поступающих с выхода первого CC 3. Сформированные первая и вторая последовательности импульсов соответственно на выходах элемент НЕ 7 и второго элемента И 8 поступают соответственно на R и S-входы RS-триггера 9, в котором по заднему фронту импульса первой последовательности (Фиг. 2, g) RS-триггер 9 перейдет в единичное состояние, а по заднему фронту импульса второй последовательности переведет RS-триггер 9 в нулевое состояние (Фиг. 2, h). Сформированный таким образом импульс с выхода RS-триггера поступает на вход элемента И-НЕ 10, являющийся разрешающим для генерации тактовых импульсов (Фиг. 2, y), по средству которых в PS 11 будет сгенерированно с заданной вероятностью случайное число, равномерно распределенное в кольце M-последовательности (Фиг. 2, x). В противном случае (отсутствие сформированного импульса на элементе И 6 и как следствие нулевое состояние RS-триггера 9) на выходе элемента И-НЕ 10 будут отсутствовать тактовые импульсы, осуществляющие формирование случайного числа в PC 11.

Формула изобретения

Генератор равномерно распределенных случайных чисел, содержащий генератор импульсов, выход которого подключен к входу генератора линейно изменяющегося напряжения и входу "Запись" блока памяти, выход которого соединен с первым входом первой схемы сравнения, выход источника шума подключен к информационному входу блока памяти, выход генератора линейно изменяющегося напряжения подключен к второму входу первой схемы сравнения, элемент И НЕ, выход которого соединен со своим первым входом и входом "Сдвиг" регистра сдвига, выход i-го ( где k число разрядов регистра сдвига) и k-го разрядов регистров сдвига подключены соответственно к первому и второму входам сумматора по модулю два, выход которого соединен с входом "Сдвиг" регистра сдвига, выход k-го разряда которого является выходом генератора, отличающийся тем, что в него введены первый и второй элементы И, RS-триггер, элемент НЕ, регулируемый источник напряжения и вторая схема сравнения, к первому и второму входам которой подключены соответственно выходы генератора линейно изменяющегося напряжения и регулируемого источника напряжения, выход второй схемы сравнения подключен к второму входу первого элемента И, выход которого соединен с входами второго элемента И, выход первой схемы сравнения подключен к первому входу первого элемента И и через элемент НЕ к R-входу RS-триггера, S-вход которого соединен с выходом второго элемента И, выход RS-триггера подключен к второму входу элемента И НЕ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2