SU1012252A1 - Устройство дл формировани случайных и псевдослучайных чисел - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВА ЕШЯ СЛУЧАЙНЫХ И ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ , содержащее г нератор случайных чисел, группа выходов которого соединена с группой входов .блока элеMeHtoB И соответственно, вход которого йвл етс  управл кнцим входом . устройства, а группа выходов блока элементов И соединена с группой входов генератора псевдослучайных чиdeл-соответственно , группа вшгодов которого,  вл етс  первой группой выходов устройства,, вход синхронизацйИ генератора псевдослучайнйх Чисел подключен к выходу генератора тактовых иушулвсов, о т л и чающее тем, что, с целью побыше ни  надежности оно содержит два блока индикации сбо , два элемента ИЛИ даа элемента И, элемент НЕ-Й, два делител  частоты, два йлетвайта задержки и блок анализа контрол , первый вход которого подклю 1ен к выходу первого элемента И, вход Которого подключен k выходу первого делител  частотй, а второй вход первого элемента И подключен к выходу первого элемента ИЛИ, входы которого подключены к группе выходов первого блока индикации сбо  соответственно, группа входов . которого подключена к группе выХодов генератора псевдослучайных чисел и входам элемента НЕ-И соответственно , выход которого «подключен к входу Установка генератора псевдослучайных чисел и второму входу блока анализа контрол , вход Установка которого  вл емс  входом Установка устройства, второй группой в з1ходов которого  вл етс  группа выходов блока анализа контрол , третий вход которого подкл10чен к выходу второго элемента И, . первый вход которого подключен к выходу второго де/1Ител  частоты, а второй вход второго элемента И подключен к выходу второго элемента ИЛИ, входы которого подключены к группе выходов второго блока инг дикации сбо  соответственно, группа входов, которого подключена к групО ) пе выходов генератора случайных исел соответственно, выход генера .тора тактовых импульсов подключен к входам обоих делителей частоты, выходы которых соответственно через первый и второй элементы задержки подключены к входам Установка первого и второго блоков индикации сбо , 2. Устройство по П..1, о т л и го кэ чающеес  тем, что каждый блок индикации сбо  содержит груп- i пу триггеров, группу сумматоров по I СП модулю два: и группу элементов заNd де{эжки, входы которых подключены к пёрВЁВЛ входам соответствующихсумматоров .по модулю два группы и  вл ютс  группой Входов блока, вьпсоды элементов задержки груНпы подключены к вторым входам соответствующих сумматоров по модулю два группы, выходы которых подключены к нулевым входам соответствующих триггеров группы, единичные входы которых , объединены и  вл ютс , входом Установка блока, группой выходов которого  вл ютс  выходы триггеров группы.

Description

3. Устройство ПОП.1, о ТЛ и чающеес  тем, что Ьлок анализа контрол  содержит три счетчика и две группы по три в каждой триггеров , нулевые входы которых объединены между собой и с установочными входами счетчиков и  вл ютс , входом Установка блока, единичные входы триггеров первой группы подключены ксчетным входам соответствуйщих счетчиков и  вл ютс  соответственно первым, вторым и третьим входами блока, а выходы счетчиков подключены к единичным входам соответ:сТвующих Триггеров второй группы, выходы триггеров обеих групп об .разуют группу выходов блока.

Изобретение относитс  к области вычислительной техники и может найти применение при статическом моделировании в электронных вычислительных машинах. Известен генератор псевдослучайных чисел, содержащий регистр сдвига со схемой линейной обратной св. зи , тактовый генератор, счетчик с переменным коэффициентом счета, КЗ-триггер/ элемент совпадени , kOM мутатор режимов, переключатель режимов , формирователь импульсов 1 Недостатками такого генератора  вл ютс  отсутствие возможности генерировани  случайного процесса/ а также ограниченные функции контрол  и невозможность устранени  сбойных ситуаций. Наиболее близким техническим решением к предложенному  вл етс  генератор , содержащий генератор сзлучайных чисел, блок элементов И, генератор псевдослучайных чисел, состо щий из первого и второго блоков сумматоров по модулю два и регистра сдвига, блок управлени , включающий в себ  переключатель, и блок сопр жени  t . Недостатком прототипа  вл етс  недостаточна  надежность работы устройства, возможность невосстановимого сбо  в режиме формировани  псевдослучайных чисел, т.е. обнуление генератора псевдослучайных чисел , из состо ни  которого он самосто тельно выйти не может, отсутствие элементов контрол  работоспособности генератора случайных чисел и генератора псевдослучайных чисел Цель изобретени  - повышение надежности устройства. . Поставленна  цель достигаетс  те что в устройство дл  формировани  случайных и псевдослучайных чисел, содержащее генератор случайных исел , группа выходов которого соединена с группой входов блока элементов И соответственно, бход кото рого  вл етс  управл ющим входом устройства, а группа выходов блока элементов И соединена с группой входов генератора псевдослучайных чисей соответственно, группа выходов которого  вл етс  первой группой йыходов устройства, вход синхронизации генератора псевдослучайных ЧиЬел подключен к Выходу генератора тактовых импульсов, введены первый и второй блоки индикации сбо , первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элементы И, элемент НЕ-И, первый и второй делители частоты, первый и второй элементы задержки и блок анализа контрол , первый вход которого подключен к выходу первого элемента И, первый вход которого подключён к выходу первого делител  частоты, а второй вход первого элеМенТа И подключен к выходу первого элемента ИЛИ, входы которого подключены к группе выходов первого блока индикации сбо  соответственно , группа входов которого подключена к группе выходов генератора псевдослучайных чисел и Bxd«Дам элемента соответственно, выход которого подключен К входу Установка генератора псевдослучайных -чисел и второму входу блока анализа контрол , вход Установка которого  вл етс  входом Установка устройства, второй группой выходов которого  вл етс  группа выходов блока анализа контрол , третий вход которого подключен к выходу второго элемента И, первый вход koторого подключен к выходу второго делител  частоты, а второй вход второго элемента И подключен к выходу второго элемента ИЛИ, входы которого подключены к группе выходов второго блока индикации сбо  соответственно , группа входов которого подключена .к группе выходов генератора случайных чисел соответственно, выход генератора тактовых импульсов подключен к входам первого и второго де;Лителей частоты, выходы которых соответственно через первый и второй элементы задержки подключены к вхоДам первого и второго блоков индика ции сбо . . . К|1ждый блок индикации сбо  соДбр жит группу триггеров, группу суммато ров по модулю два к группу элементов задержки, входы который подключены к первым входам соответствующих с галматоров.по модулю два группы и  вл ютс  группой входов блока, выходы элементов задержки группы подключены к вторьм входгш соответствугацих сумматоров tio модулю два группы, выходы которых подключены к йулевыи входам соответствующих триггеров Г1 уппы/ единичные входы которых объединены и  вл ютс  входом Установка блока, rpjTinoft выходов которого  вл ютс  выходы триггеров группы. . Креме того, блок анализа комт1ро  содержит три счетчика и две группы по три и, каж оЛ триггеров, нулевые В.ХОДЫ кбторых объединены междУ собой и с устано&очнь чи входами с 1етчиков и  вл ютс  входой Установка блока, единичные входы триггеров первой группы подключены к счетньм входсц соответствующих счетчиков и  вл ютс  соответственно первым, вторым и третьим входами блока, а выходы счетчиков подключены к едйничньм входгил соответствующих триггеров втЪрой группы, выходы триггеров обеих Групп образуют группу вы ,ходов блока. На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 - схема блока индикации сбо ; на фиг.З - схема блока анализа контрол . Устройство содержит генератор 1 случайных чисел, блok 2 элементов И генератор 3 псевдослучайных чисел, гейёратор 4 тактовых импульсов блок 5 анализа контрол , первый эле мент б И, первый 7 делитель частоты пер&ый эл&Леаг 8 ИЛИ, первый блок 9 индикации сбо , элемент 10 НЕ-И, вт рой элемент 11 И, второй делитель 1 частоты, второй 13 элемент ИЛИ, второй блок 14 индикаций сбо , первый элемент 15 задержки, второй . элемент 16 задержки, вьЬсоды 17 и 18 вход 19.. Каждый блок индикации сбо  соде{ жит элементы 20 задержки, суым&чора 21 по модулю два, тригге : 22 дходЁл 23, 24 и 25, выходы 26, 27 и 28, вход 29.. Блок айализ контрол  содержит, вход 30, триггеры 31-36, счетчики 3 39, входыi-40-42, выходы 43-48 . Устройство может работать в дву1С режимах: режиме формировани  псевдослучайных чисел (дл  этого на вход 19 управлени  СЧ-ПСЧ необходимо подать сигнал О) и режиме формировани  случайных чисел (дл  этого на вход 19 управлени  СЧ-ПСЧ необходимо подать сигнал ). Генератор 1 случайных; чисел вырабатывает равномерно распределен-, ные случайные числа. Блок 2 элементов И служит дл  подключени  выходов генератора 1 случайных чисел к входгм генератора 3 псевдослучайных чисел и содержит набор двухвходовых элементов И, на первые входы которых подаетс  :;игнал с входа 19 управлени  СЧ-ПСЧ, а на вторые входы подаютс  сигналы i; выхода генератора 1 случайных чигел . : - Генератор 3 псевдослучайных чисел выполнен на основе регистра сдвига . с сумматорами по модулю два в цеп х ; обратных св зей. При работе устрой-. ства в режиме фо хлировани  случайных чисел случайные сигналы, пойтупающие из генератора 1 случайных чисел смешиваютс  с псевдослучайными сигналами генератора 3 псевдослучайных чисе.л, улучша  при этом свои статистические ха1 актеристик11. Гене1 атор 4 тактовых пушульсов предназначен дл  синхронизации работы устройства. Первый делитель частоты 7, выра- батывакхций управл ющие сигналы дл  контрол  генератора 3.псевдослучайных чисел, настраиваетс  на интервал времени m-fl. Так как на выходе генератора 3 псевдослучайных чисел: при исправной работе не может по витьс  более m сигналов ч «ли т-1 сигналов О подр д, то вы вление этих ситуаций говорит о неисправности генератора 3 псевдо .случайных чисел. Второй делитель частоты 12, вырабатывающий управл ющие сигналы дл  контрол  генератора 1 случайньос чисел, настраиваетс  на интервал времени n-fl. в режиме формировани  случайных чисел чрезмерно болььше пачки п одинаковых символов могут привести к значительным погрешност м статистического моделировани . Иифо|(аци:  о наличии подобных ситуаций во врем  работы устройства будет полезна дл  пользовател . Блоки д и 14 индикаторов сбо  предназначены дл  анализа сигналов с Ж2ХОДОВ генератора 1 случайных чиСеЛ и генератора 3 псевдослучайных чисел и регистрации сбойной ситуации , за некоторые заранее заданные делител ми частоты 7 и 12 промежутки времени триггер данного разр да генератора 1 случайных чисел и генератора 3 псевдослучайных чисел ни не пе;реключилс . Число элементов в блоке 9 ин:ДИкаторо8 сбо  равно числу выходов генератора 1 .случайных чисел.

Число элементов в блоке 14 индикаторов сбо  равно числу выходов |Генератора 3 псевдослучайных чисел.

Элемент задё|зжки 20 и сумматор модулю два 21 позвол ют сформироват эапускакдаий сигнал на вход триггера 22f перевод  его при этом в состо ние , при любом изменении сигнала по входу 23(23-25).

Перед началом работы устройства все.триггеры 22 устанавливаютс  в б (цепи установки в О не показаны ) .

Первый элемент ИЛИ 8 и первый элемент И б предназначены дл  записи в блок 5 анализа .контрол  фактов сбо , зарегистрированных в первом блоке 9 индикаторов сбо  хот  бы. по одному из каналов.

Второй элемент ИЛИ 13 И второй элемент И 11 предназначены дл  записи в .блок 5 анализа контрол  фактов сбо , зарегистрированных во втором блоке 14 индикаторов сбо  хот  бы по одному из каналов.

Элемент НЕ-И 10 предназначен дл  вы влени  сбойной ситуации, заключающейс  в обнулении генератора 3 псевдослучайных чисел (в регистре генератора 3 псевдослучайных чисел по вл етс  комбинаци  000...О, котора   вл етс  Нерабочей ситуацией).

Элемент НЕ-И 10 может быть выполнен в виде элемента И, на входы которого проход т сигналы через инверторы (элементы НЕ).

Св зь элемента НЕ-И 10 с генератором 3 псевдослучайных чисел позвол ет вывести этот генератор из сбойной ситуации в следующем Tai те работы. Факт сбо  также регистрируетс  в блоке 5 анализа контрол  .

Блок 5 анализа контрол  предназн чен дл  записи и обработки сигналов поступающих из блоков 9 и 14 индикаторов сбо  и с элемента НЕ-И 10.

По входу 30 перед началом работы все 31-36, счетчики 37-39 устанавливаютс  в О (цепи ус п

не показаны).

тановки в

На вход 40 подаетс  сигнал с первого элемента И б, на. вход 41 - с элемента НЕ-И 10 и на вход 42 - с второго элемента И 11.

Информаци  с выходов блоков 9 и 14 индикаторов сбой и с элемента НЕ-И 10 поступает на вход 40-42, запис лваетсй в триггеры 31, 33 и 35 и в счетчики 37-39.

При переполнении счетчиков 37-39 триггеры 32, 34 и 36 устанавливаI 11 I «

ютс  в

Контроль величины пачки одинаковых импульсов с каждого выхода генератора 1 случайных чисел производитс  при работе устройства в режиме

формировани  случайных чисел следующим образом.

Случайный сигнал с одного разр  да генератора 1 случайных чисел поступает на вход 23 (23-25) блок.а 14 . Индикаторов сбо  (фиг.2). Если сигнал по входу 23 не измен етс , то на выходе сумматора по модулю два 21 всегда формируетс  сигнал О (так как и ) . В момент изменений логического сигнала по входу 23 на времй/ задаваемое элементом задержки 20, на выходе сумматора по модулю два 21 формируетс  сигнал Ч (так как и ), кото рый устанавливает триггер 22 в сосО

то ние

В начале цикла работы данной схеы контрол  все триггеры 22 блока 14 индикации, сбо  устанавливаютс  в состо ние сигналом по входу 29,

Если в период времени задаваемый торым делителем частоты 12 сигнал по входу 23 измен етс  хот  бы

или с о ria

« I П

раз (с

на

), то триггер 22 к момейту прихода опрашивающего импульса оказываетс  в состо нии О. Эта ситуаци  считаетс  нормальной. Если же за контрольный период времени сигнал по входу 23 ни разу не измен етс (посто нно О или посто нно ) то триггер 22 так и остаетс  в состо нии , и в момент прихода опрашивающего импульса эТот сигнал поступает через второй элемент ИЛИ 13 и второй элемент И 11 на вход 42 блока 5 анализа контрол . Эта свиетельствует о факте. 1генераци;51 резмер Но большой пачки одинаковых импульсов с выхода генератора 1 случайных чисел .

Через некоторый момент времени, определ емый вторым элементом эадерж- . ки 16, после опрашивающего импульса , все триггеры 22 .блока .14 индикаторов сбо  оп ть устанавливаютс  в состо ние Ч сигналом, приход щим по ВХОДУ 29..

Контроль генератора 3 псевдослучайных чисел, производимый в режиме формировани  псевдослучайных чисел, происходит аналогичным образом с помощью первого блока 9 индикаторов сбо , первого делител  частоты 7, первого элемента ИЛИ 8, первого эЯёмента И б и блока 5 анализа контрол .

Контроль обнулени  генератора 3 псейдослучайных чисел происходит следующим образом.

В момент формировани  в регистре генератора 3 псевдослучайных чисел комбинации 000...О элемент НЕ-И 10 срабатывает, формиру  на выходе

Этот сигнал идет в

сигнал

блок 5 анализа контрол  и в генератор 3 псевдослучайных чисел, ликвидиру  тем самым эту сбойную ситуацию дл  режима .формировани  поевдослучайных чисел, например, путем занесени  в первый раэр д генератора 3 йсевдослучайных чисел (т.е.комбинаци  000...О замен етс  искусственно на комбинацию 100...0).

В случае абсолютно безотказной работы генератора 3 псевдослучайных чисел комбинаци  000...О никогда не возникает.

При формировании чисел блок 5 анализа контрол  проводит счет фактов сбо  по всем блокам контрол  (т;е. блокам 9 и 14 индикаторов сбо  и элементу НЕ-И 10).

По окончании формировани  массива случайных (псевдослучайных) чисел следует этап контрол .

Результаты контрол  генератора 3 псевдослучайных чисел классифицируютс  следующим образом:

1.Если триггеры 31 и 32 наход тс  в О , то Е О, где 2 - число фактов сбо  вы вленных первым блоком 9 индикаторов сбо , т.е., сбои отсутствовали.

2.Если триггер 31 находитс  в

, а триггер 32 в О, то

Mil

O lEil где L - модуль пересчета счетчика 37, т.е. произошли незначительные сбои.

3. Если триггеры 31 и 32 наход тс  в 1 , то е L, что расцениваетс  как отказ генератора 3 псевдослучайных чисел.

Результаты генератора 3 псевдослучайных чисел Элементом

НЕ-И 10 классифицируютс  следующим образом:

1.Если триггеры 33 и 34 наход тс  в О , то , где К - число фактов сбо  вы вленных элементом НЕ-И 10, т.е. сбои отсутствовали.

2.Если триггер 33 находитс  в Ч , а триггер 34 находитс  в О, то ,-где К - модуль пересчета счетчика 38, т.е. произошли незначительные сбои.

0

3.Если триггеры 32 И 34 наход тс  в , то , что расцениваетс  как отказ генератора 3 псевдослучайных чисел.

Результаты контрол  генератора 1

5 случайных чисел вторым блоком 14 индикаторов сбо  классифицируютс  следующим образом:

1.Если триггеры 35 и 36 наход тс  в О, то f f О, где f 0 число фактов сбо , вы вленных блоком 14 индикаторов сбо  т.е. сбои отсутствовали.

2.Если триггер 35находитс  в Ч, а триггер 36 находитс  в

5 О, то .F, где F - модуль пересчета 39, т.е. пр.оизой1ли незначительные сбои.

3.Если триггеры 35 и 36 наход тс  в Ч, то , что расценива0 етс  как отказ генератора 1 случайных чисел.

Использование предлагаемого изобретени  позвол ет увеличить надежность работы путем вы влени  харак5 терных данного устройства сбойных ситуаций.

Фиг. 2.

-16 П

Claims (3)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СЛУЧАЙНЫХ И ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ , содержащее генератор случайных чисел, группа выходов которого соединена с группой входов блока элементов И соответственно, вход которого Является управляющим входом . устройства, а группа выходов блока элементов И соединена с группой входов генератора псевдослучайных чйбел соответственно, группа выходов которого, является первой группой выходов устройства,, вход синхронизации генератора псевдослучайных чисел подключен к выходу генератора тактовых импульсов, о т л и чающее с*я тем, что, с цельюпойышения надёжности> оно содержит два блока индикации сбоя, два элемента ИЛИ, два элемента И, элемент НЕ-Й, . два делителя частоты, два Элемента задержки и блок анализа контроля,» первый вход которого подключен к выходу первого элемента И, первый вход которого подключен к выходу первого^ делителя частоты, а второй вход”первого элемента И подключен к выходу первого элемента ИЛИ, входы которого подключены к группе выходов первого блока индикации сбоя соответственно, группа входов . которого подключена к группе вы-¹ Ходов генератора псевдослучайных чисел и входам элемента НЕ-И соответ ственно , выход которого «подключен к входу ’’Установка’’ генератора псевдослучайных чисел и второму входу блока анализа контроля, вход ' ’Установка’’ которого является входом **Установка’' устройства, второй группой выходов которого является группа выходов блока анализа контроля, третий вход которого подключен к выходу второго элемента И, . первый вход которого подключен к выходу второго дедителя частоты, а второй вход второго элемента И подключен к выходу второго элемента ИЛИ, входы*которого подключены к группе выходов второго блока индикации сбоя соответственно, группа входов, которого подключена к группе выходов генератора случайных Чисел соответственно, выход генератора тактовых импульсов подключен к входам обоих делителей частоты, выходы которых соответственно через первый и второй элементы задержки подключены к входам ’’Установка’* первого и второго блоков индикации сбоя.

2. Устройство по п.1, о т л и чающееся тем, что каждый блок индикации сбоя содержит группу триггеров, группу сумматоров по модулю два и группу элементов задержки, входы которых подключены к первыя входам соотв ет с тв ующих с умматоров по модулю два группы и являются группой входов блока, выходы элементов задержки груЬпы подключены к вторым входам соответствующих сумматоров по модулю два группы, выходы которых подключены к нулевым входам соответствующих триггеров группы, единичные входы которых Объединены и являются, входом ’’Установка’’ блока, группой выходов которого являются выходы триггеров группы.

3. Устройство по п.1, о т л и чающееся тем, что блок анализа контроля содержит три счетчйка и две группы по три в каждой триггеров , нулевые входы которых объединены между собой и с установочными входами счетчиков и являются, входом ''Установка'* блока, единичные входы триггеров первой группы подклю- чены к'счетным входам соответствующих счетчиков и являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока, а выходы счетчиков подключены к единичным входам соответ :сФвующих Триггеров второй груЛпы, выходы триггеров обеих групп образуют группу выходов блока.