Устройство для автоматического контроля генератора случайных чисел Советский патент 1983 года по МПК G06F7/58 

го триггера, нулевой вход которого подключен к нулевому входу третьего триггера, единичный вход которого подключен к выходу седьмого элемента ИЛИ, первый и второй (входы которого подключены к выходам четвертого и пятого переключателей соответственно, восьмой элемент ИЛИ, третий элемент И, первый выход блока управления подключен к входам Сброс счетчиков группы, первого счётчика, третьего счетчика, а также к второму входу второго элемента ИЛИ, второму входу четвертого элемента ИЛИ, второму входу пятого элемента ИЛИ; второй выход блока управления подклю чен к единичному входу первого три|- гера, отли чающеес я тем что, с целью повышения быстродействия и точности, оно содержит элемент ЗАПРЕТ, сумматор по модулю два шестой и седьмой переключатели и пятый счетчик, первйя, вторая и третья груты выходов которого подключены соответственно к входам четвертого, пятого и шестого переключателей, с четный вход пятого счетчика подклю2чен к выходу первого элемента И, вход Сброс пятого счетчика подклюIIчен к нулевому входу третьего триггера и счетному входу четвертого счет- чика, вход Сброс которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ, третья группа выходов нетвертого счетчика подключена к входам седьмого переключателя соответственно, выход которого подключен к первому входу сумматора по модулю два, второй вход которого подключен к выходу шестого переключателя, а выход сумматора по модулю два подключен к первому входу восьмого элемента ИЛИ, второй и третий входы которого подключены к выходам соответственно второго и третьего триггеров, а выход восьмого элемента ИЛИ подключен к первым входам третьего элемента И и элемента ЗАПРЕТ, вторые входы которых объединены и подключены к выходу формирователя импульсов. Выход треTjiero элемента И подключен к счетному входу второго счетчика, выход элемента ЗАПРЕТ подключен к второму входу второго элемента ИЛИ,

1

Изобретение относится к вычислительной технике и может бь1ть использовано в цифровых контрольно-измерительных приборах, устройствах автоматического управления, цифровых вычислительных машинах, в частности при статистических исследованиях многоразрядного генератора случайных чисел с равномерным законом распределения.

Известно устройство для сравнения двоичных чисел с допусками, содержащее двоичный счетчик, блок сравнения пять элементов И, инвертор, формировтель импульсов, два триггера 01Это устройство требует для своей реализации малого количества оборудования, однако оно не позволяет проводить допусковый контроль значений двоичных кодов, формируемых несколькими объектами.

Известно устройство для автоматического контроля многоразрядного датчика равномерно распределенных случайных чисел, содержащее датчик равномерно распределенных случайных чисел, тактовый генератор, счетцик цикла, элементы И, ИЛИ, триггер, мультивибратор, элемент задержки дешифрирующую цепь С2.

Такое устройство обеспечивает проведение допускового контроля, значений двоичных кодов, формируемых из импульсных последовательностей, поступающих с различных объектов всех разрядов датчиков случайных чисел.

.Однако при этом известное устройство фиксирует только одиночные выходы мгновенных значений cтatиcтичecкой вероятности за допустимые пределы.

Известно также устройство, содержащее генератор случайных чисел, коммутатор , регистр сдвига, дешифратор, счетчик допуска, элемент НЕ, генератор тактов, один вход которого подключен к опросному входу генератора равномерно распределенных

чисел, а другой через первый входно вентиль к первому основному счетчик управляющие входы первого входного вентиля соединены с соответствующим управляющими входами второго входного вентиля, выход которого подключен к входу второго основного счетчика, выход;:первого основного счетчику подключен к первым управляющим входам входных вентилей, причем выходы генератора равномерно рапределенных случайных чисел через коммутатор подключены к входу регистра сдвига, выходы которого соединены с вторым входным вентилем, выходы второго основного счетчика через дешифратор подключены к входу коммутатора, к первому входу счетчика недопуска, элемента НЕ, оеди-. ненного со счетчиком недопуска выход счетчика недопуска соединен с вторыми управляющими входами первого и второго входных вентилей. Такое устройство предназначено для Г1,роведения контроля случайных цифр многоразрядного генератора случайных чисел по величине ковариации в разрядах СзЗ.

Известное устройство повышает производительность идеального генератора, но при контроле реальных устройств, имеющих оценки статистических характеристик, отличные от идеальных, оно уменьшает достоверность обнаружения,факта неисправности в разрядах генератора случайных чисел.

Наиболее близким к предлагаемому .по технической сущности является устройство для автоматинеского контроля генератора случайных чисел, содержащее блок управления, генератор случайных чисел, выходы которого подключены к первым входам первых элементов И, выходы которых подключены к входам первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго элемента И и входу первого элемента задержки, первый счетчик, второй счетчик, выходы которого подключены к входам дешифратора, выходы которого подключены к соответствующим входам первых элементов И, третий счетчик, первый вход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ, первый и второй входы которого подключены к выходам третьего и четвертого элемента И соответственно, первый вход ч вертого элемента И подключен к первому входу пятого элемента И, выход которого подключен к первому входу . третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу третьего счетчика, а второй вход третьего элемента ИЛИ подключен к выходу блока управления, соответствующий выход которого подключен к первому

0 базовому входу четвертого элемента ИЛИ, выход которого подключен к пер-, вому входу первого счетчика, а второй вход четвертого элемента ИЛИ подключен к первому входу первого

5 триггера, первому входу второго триггера и выходу второго элемента задержки, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И и первому входу четвертого эле0 мента И, второй вход которого подключен к первому входу первого триггера, второй выход которого подключен к второму входу пятого элемента И, tpeтий вход которого подключен к

5 первому выходу второго триггера, второй выход которого подключен к второму входу третьего элемента И,, четвертый счетчик, первый вход которого подключен к генератору случайных чисел и выходу шестого элемента И, первый вход которого подключен к выходу генератора импульсов, выходы четвертого счетчика подключены к входам пятого переключателя, выход которого подключен к входу второго формирователя, выход которого подключен к входу второго элемента задержки, выходу пятого элемента И, подключен к первому входу третьего триггера, второй вход которого аодключен к соответствующему выходу .блока управления, а первый выход третьего триггера подключен к входу ,первого формирователя, подключенного своим выходом к входу второго счетчика, второму входу второго элемента И и управляющим входам восьмого и седьмого элементов И, информационные входы седьмого элементами подключены.к выходам четвертого переключателя , выходы которого подключены кпервой группе выходов первого счетчика, вторая группа выходов которого подключена к-входам второго переключателя, выходы ко5 торого подключены к информационным входам восьмого элемента И, выход которого подключен к первому входу пятого элемента ИЛИ, подключенного выходом к второму входу второго триггера, а вторым входом - к выходу девятого элемента И, управляющий вход которого подключен к второму выходу третьего триггера и первому входу десятого элемента И, выход которого псЗдключен к первому входу шестого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу вт рого элемента И, а выход шестого эл мента ИЛИ подключен к второму входу первого счетчика, третья группа выходов которого подключена к входам первого переключателя, выходы которого подключены к информационным входам девятого элемента Hj четвертая группа выходов первого счетчика подключена к входам третьего переключателя, выходы которого подключены к информационным входам одиннадцатого элемента ИЛИ, управляющий вход которого подключен к второму выходу третьего триггера, а выход одиннадцатого элемента И подключен к первому входу восьмого элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу первого три( гера, а второй выход восьмого элемента ИЛИ подключен к выходу восьмо го элемента И, информационные входы блока индикации подключены к соответствующим выходам дешифратора, а управляющий вход блока индикации подключен к выходу седьмого элемента ИЛИ, подключенного своим первым входом к выходу третьего счетчика, первому входу девятого элемента ИЛИ второй вход которого подключен к соответствующему выходу блока управ ления, а выход, девятого элемента ИЛ подключен к первому входу четвертого триггера, выход которого подкгючен к второму входу шестого элемента И, а второй вход четвертого триг гера подключен к соответствующему входу блока управления, соответству ющие выходы которого подключены к вторым входам группы счетчиков, выходы которых подключены к входам седьмого элемента ИЛИ, а первые входы группы счетчиков подключены к выходам группы элементов И, первые входы- которых объединены и подключены к выходу второго элемента ИЛИ, а вторые выходы группы элементов И подключены к соответствующим выходам дешифратора, второй вход де сятого элемента И подключен к входу первого элемента задержки, выход ко торого подключен к третьему входу десятого элемента И. Такое устройство позволяет производить контроль качества случайных двоичных цифр, формируемых в, каждом разряде мноэ горазрядного генератора, по величинам математического ожидания вероятности появления логической единицы (нуля) и ковариации в разрядах С+З. Однако в известном устройстве время анализа качестве) формируемых случайных чисел является значительным и может существенно превышать время, в течение которого формируемые числа используются для решения тех или иных задач. Кроме того, известным устройством не выявляется наличие неисправностей генератора, приводящих к смещению оценки равновероятности относительно математического ожидания в одну сторону (в пределах допусков), а оценки ковариации также относительно математического ожидания - в другую, даже если реальное отклонение величины ковариации превышает допустимое значение. Цель изобретения - уменьшение времени и повышение точности контроля качества случайных чисел. Поставленная цель достигается тем, что .в устройство для автоматического контроля генератора случайных чисел, содержащее блок управления, первую группу элементов И, первые входы которых подключены к выходам контролируемого генератора случайных чисел соответственно, выходы элементов И первой группы подключены к входам первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу первого элемента И и входу первого элемента задержки, выход которого подключен к второму входу первого элемента И, первый счетчик, счетный вход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, а выходы первого счетчика подключены к соответствующим входам дешифратора, выходы которого подключены к вторым входам соответствующих элементов И первой группы, информационным входам блока индикаций и первым входам соответствующих элементов И втйрой группы, выходы которых подключены к счетным входам соответствующих счетчиков группы, вторые входы элементов И второй группы объединены между собой и подключены к счетному входу второго счетчика, вход Сброс которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ, а выход второго счетч ка подключен к первому входу третье го элемента ИЛИ,«остальные входы ко торого подключены к выходам соответствующих счетчиков группы, а выход третьего элемента ИЛИ подключен к управляющему входу блока индикации и первому входу четвертого элемента ИЛИ, выход которого подключен к нулевому входу первого триггера, единичный выход которого подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а выход второго элемента И подключен к входу контролируемого генератора случай ных чисел и счетному входу третьего счетчика, выходы которого подключены к соответствующим входам первого пе реключателя, выход которого через формирователь импульсов и второй элемент задержки подключен к первому входу пятого элемента ИЛИ, выход которого подключен к счетному входу че вертого счетчика, первая и вторая группы выходов которого подключены к входам соответственно второго и третьего переключателей, выход которых подключены соответственно к первому и второму входам шестого элемента ИЛИ, выход которого подключен к единичному входу второго триггера, нулевой вход которого подключен к нулевому .входу третьего триггера, единичный вход которого подключен к выходу седьмого элемента ИЛИ, первый и второй входы которого подключены к выходам чет-; вертого и пятого переключателей соответственно, восьмой элемент ИЛИ, третий элемент И, первый выход блока управления подключен к входам Сброс счетчиков группы, первого счетчика, третьего счетчика, а также к второму входу второго элемента ИЛИ, второму входу четвертого эле мента ИЛИ, второму входу пятого элемента ИЛИ, второй выход блока управления подключен к единичному входу первого триггера, введены эле мент ЗАПРЕТ, сумматор по модулю два .шестой и седьмой переключатели и пятый счетчик, первая, вторая и тре тья группы выходов которого подключены соответственно к входам чет вертого, пятого и шестого переключателей, счетный.вход пятого счетчи ка подключен к выходу первого элемента И, а вход Сброс пятого счетчика подключен к нулевому входу третьего триггера и счетному входу четвертого счетчика, вход Сброс которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ, третья группа выходов Четвертого счетчика подключена к входам седьмого переключателя соответственно, выход которого подключен к первому входу сумматора по модулю два, второй вход которого подключен к выходу шестого переключателя, а выход сумматора по модулю два подключен к первому входу восьмого элемента ИЛИ, второй и третий входы которого подключены к выходам, . соответственно второго и третьего триггеров, а выход восьмого элемента ИЛИ подключен к первым входам третьего элемента И и элемента ЗАПРЕТ, вторые, входы которых объединен ны и подключены к выходу формирователя импульсов, а еыхбды третьего элемента И и элемента ЗАПРЕТ подключены к счетному входу соответственно второго счетчика и второму входу второго элемента ИЛИ. На фиг. 1 представлена структур-, ная схема устройства; на фиг. 2 схема блока управления. Устройство содержит блок 1 управления, Генератор 2 случайных чисел, группу 3 элементов И, элемент ИЛИ , элемент И 5, элемент 6 задержки, счетчик 7, элемент ИЛИ 8, дешифратор 9, блок 10 индикации, группу 11 элементов И, группу 12 счетчиков, счетчик 13, элемент ИЛИ 1, элемент ИЛИ 15, триггер 16, элемент И 17, генератор 18 импульсов, счетчик 19. переключатель 20, формирователь 21 импульсов, элемент 22 задержки, элемент ИЛИ 23, счетчик 2k, переключатели 25 и 26, элемент ИЛИ 27, триггеры 28 и 29, элемент ИЛИ 30, переключатели 31 и 32, элемент ИЛИ 33, элемент И 3, элемент ЗАПРЕТ 35,сумматор Зб по модулю два, переключатели 37 и 38, счетчик 39. Блок 1 управления может быть представлен двумя кнопками (фиг. 2). При нажатии первой все элементы памяти устройства устанавливаются в исходное положение, а при нажатий второй формируется сигнал Пуск. Связи .с блоком управления показаны условно буквой . Устройство автоматического контроля генератора случайных чисел работает следующим образом. В исходном состоянии все элемент памяти в счетчиках 12, 13, 19, и 39 и триггеры 16, 28, 29 находятся в нулевом положении, В;счетчике 7 установлен код, соответствующий но меру разряда генератора 2 (или номе ру генератора первичной двоичной цифры), с которого начинается контроль многоразрядного генератора 2. Посредством переключателя 20 выхой одного из элементов памяти сиетчика 19 подключен к входу формирователя 21, Таким образом задается длительность N испытаний одного раз ряда. Переключателями 25 и 2б задаются границы допустимых значений Р(Х-}, причем при достижении кодом в счетчике 2 нижней границы допустимых значений Р(Х)дп сигнал появляется на выходе переключателя 25, а при достижении верхней границы P(X.j),- на выходе переключателя 264 Номера Элементов памяти счетчика 2k, к .которым подключаются переключатели 25 и 26, однозначно о ределяются путем сопоставления границ доверительного интервала и его кодовых эквивалентов. Посредством переключателей 31 и 32 аналогичным образом задаются границы Р(Х;, Х.О иР(Х,. Х.,)-«, где(Х,, вероятность-совместного появления единиц нулей) в контролируемом раз ояде в i-и и {|+у)-й такты работы стройства. Причем сигнал ПОЯВЛЯЕТСЯ на выходе переключателя 31, если код в счетчике 39 достиг значения P(Xi, . и на выходе переключателя 32, если код в счетчике 39 достиг значения Р.СХ, )др Переключатели 37 и 38.подключаются, к счетчикам 39 и 2 соответственно таким образом, что после достижения кодов в счетчиках величин, равных математическим ожиданиям М(Х) (Х) и М(Х., Vv)MCP(,.) на выходах переключателей возникает сигнал. При поступлении сигнала Пуск на второй вход триггера 1б последний переводится в единичное состояние, разрешая тем самым прохождение через элемент И 17 тактовых импульсов с генератора 18. Импульсы с выход эле мента И 17 поступают на первый (суммирующий) вход счетчика 19 и вход многоразрядного генератора 2 случайных чисел. При этом счетчик 19 считает каждый тактовый импульс, пришедший с элемента И 17. Импульсы поступающие на вход генератора 2, обеспечивают синхронное генерирование многоразрядных случайных чисел. Предлагаемое устройство, как и прототип, не является критичным к принципам реализации генератора 2 случайных чисел, т.е. в качестве контролируемого генератора может быть любой из известных многоразрядных генераторов. Однако в предлагаемом устройстве преимущества .проявляются наиболее ярко при анализе многоразрядных генераторов., построенных по параллельной структуре, если контролю подвергаются генераторы первичной двоичной ;. цифры. Каждый разряд (или генератор первичной двоичной цифры) генератора 2. подключен к соответствующему элементу И 3 с выхода которых сигналы поступают через элемент ИЛИ k для вычисления оценок Р(Х,-) на счетчик 2 и Р(Х,-, Х|) на счетчик 39 (через элементы И 5 и 6 задержки). Дешифратор 9 дешифрирует состояние счетчика 7. При этом на одном из выходов (а, Ь,...,с) дешифратора 9 появляется разрешающий потенциал, который открывает соответствующие элементы И 3 и И 11. Поэтому случайные импульсы, формируемые только одним разрядом (или генератором первичной двоичной цифры)генератора 2, проходят на выход элемента ИЛИ А. После подсчета N импульсов счетчиком 19 сигнал с выхода его выбранного элемента памяти (триггера) проходит через переключатель 20 на вход формирователя 21, который формирует стандартный (для выбранной элементной базы) импульс. Этот импульс поступает на элемент 22 задержки и вторы входы элементов 3 и 35. За это же время на счетчике 2А накапливается П, а на счетчике 39 п импульсов , причем, если п/ .. j. - Von iAon т.е. код в счетчике 2 меньше нижней допустимой границы, сигналы на переключателях 25 и 26 не возникают. Триггер 28 остается в исходном (нулевом) положении. lon-pt. х,,,);::;;; N,(2) т.е. код в счетчике 39 меньше нижней, допустимой границы, то сигналы на переключателях 31 и 32 нб возникают. Триггер 29 остается в исход ном, (нулевом) положении. Если . оп то на выходе переключателя 25 будет сформирован сигнал (при ) , который переведет триггер 26 в единичное состояние. Если п , АОП - лоп то на выходе переключателя 31 будет сформирован сигнал (пр.и который переведет триггер 29 в едиг Ничное состояние.; Если (X)Tr-N, то на выходах переключателей 25 (пр ) и 26 (при ,) возникнут сигналы, которые, поступая, как и раньше, через элемент ИЛИ 27 на счетный вход триггера 28 установят его сначала в единицу, а затем в ноль. .(Х.. X. rrlclX м (/ fwUon , () то на выходах переключателей 31 (пр УО и 32 (при ) возникнут сигналу, которые, поступая, как и раньше, чере элемент ИЛИ 30 на счетный вход триггера 29 установят его сначала в единицу, а затем в ноль. Если (X)-N, а (Х., X).N,(7 (Х) N, а (Х-,Х,-) N, (8 то на выходе сумматора 36 по модулю два будет сформирован сигнал, в про тивном случае - нет. Таким образом, выполнение соотношений (2)..,(8) однозначно определяется сигналами на выходах триггеров 28 и 29 и сумматора 36 по модулю два. Следовательно, при обнаружении неисправности в контролируемом разряде (или генераторе первичной двоичной цифры) на выходе элемента ИЛИ 33 будет сигнал, который разрешает прохождение сигнала с выхода формирователя через элемент . И 3 и запрещает, его прохождение через элемент ЗАПРЕТ 35. Если контро- . лируемый разряд попал под подозрение, то в счетчик 13 и выбранный дешифратором 9 один из счетчиков 12 добавляется единица, в противном случае единица прибавляется в счетчик 7 (готовится для анализа следующий разряд или генератор первичной двоичной цифры). Сигнал с выхода элемента задержки, проходя через элемент ИЛИ 23 устанавливает счетчики 2k и 39 и триггеры 28 и 29 в исходное состояние. На этом заканчивается один цикл испытаний одного разряда генера тора 2.Такие циклы испытаний повторяютсядо тех пор, пока нё будет зарегистрировано либо в счетчике 13 выходов подрвд контролируемой величины за допустимые пределы,либо (Ъ выходов за весь период испытаний на счетчике 12 (выбранном дешифратором) Сигнал с выхода счетчика 13 или 12 поступает через элемент ИЛИ Н на . блок индикации, где индицируется номер неисправного разряда (первичного генератора случайной двоичной цифры), и на триггер 1б, который блокирует прохождение импульсов с генератора 18. Таким образом, введение новых функциональных блоков и связей дало возможность не только повысить точность контроля, но и существенно сократить время контроля разрядных генераторов равномерно распределенных случайных чисел. Если в качестве генератора случайной двоичной цифры использован непосредственно один генератор первичной случайной цифры, то время контроля сокращается в два раза. Если же генератор для обеспечения предельных скоростных и статических характеристик при высокой надежности построен по параллельной структуре, а контролю подвергаются первичные генераторы случайной двоичной цифры, то преимущества предлагаемого устройства еще более существенны.

Повышение точности контроля достигается дополнительными затратами оборудования. Генератор случайных процессорьСЕМАР-З разработанный в нйституте теории информации и ав тонатизации Чехословацкой академии наук и выпускаемый серийно опытноконструкторским отделом этого института, содержит один генератор первичной двоичной цифры, контроль ста тистических характеристик которого возможен на ЭВМ, поэтому качество случайных чисел может быть изучено более глубоко, чем в предлагаемом устройстве. Однако использование ЭВМ для определения статистических характеристик последовательности случайных цифр. во-первых, дорого, а во-вторых, не позволяет

осуществить контроль генератора одновременно с решением на ЭВМ основной задачи. Причем распределение во времени процессов контроля качества случайных чисе/i и решение основной задачи, использующей случайные числа, не гарантирует высокого качества последовательности после контроля, т.е. существует вероятность того, что будут использоваться случайные числа с невысоким качеством из-зё возникшей в это время неисправности. В предлагаемом устройстве контроль основных характеристик осуществляется постоянно и параллельно с решением основной задачи. Таким образом, предлагаемое устройство эффективней базового.

L jrUtt.ff./f.fy

. f i . I I I г ,ifI i

{ ffiff/(Hf

Li

VLTIMLT MMiMiM i iJ