Устройство для контроля генератора случайных чисел Советский патент 1984 года по МПК G06F7/58 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в генераторах случайных чисел для быстрого обнаружения возникающих в них отказов.

Задача контроля (анализа) характеристик и работоспособности генераторов случайных чисел возникает всег-. да при использовании аппаратных генераторов. Степень доверия к ним, обеспечение достоверности их работы во многом определя1ртся средствами их контроля. Степень контролируемости генераторов может иметь различную глубину - от контроля по отклонению, от матожидания и .дисперсии до определения законов распределения вероятностей и моментов высших порядков. Контроль может осуществляться как с .помощью аппаратных средств, так и с помощью программных. Контроль с помощью аппаратных средств позволяет распределить во времени процесс контроля и потребления случайных чисел.

Известно устройство для автоматического контроля генератора случайных чисел, содержащее блок управления, генератор случайных чисел, первые элементы И, первый элемент ИЛИ, второй элемент И, первый элемент задержки, первый счетчик, второй счетчик, дешифратор, третий счетчик, второй элемент ИЛИ, третий и четвертый элементы И, пятый элемент И, третий элемент ИЛИ, четвертый элемент ИЛИ, первый триггер, второй триггер, второй элемент задержки, пятый элемент И, четвертый счетчик. Практически это не устройство, а -система контроля, реализующая поперемен но алгоритмы контроля двух основных показателей качества ГСЧ-отклонения от равновероятности и корреляционног го мамента 1 .

Недостатком устройства является сложность технической реализации и большой объем оборудования самого генератора случайных чисел.

Известно устройство для анализа вероятностных характеристик датчика случайных чисел, содержащее блок управления, датчик случайных чисел, первый регистр памяти, коммутатор, блок сравнения, второй регистр памят ти, индикатор, схему сравнения и блок элементов И. Устройство (без блока генератора ) представляет собой блок предварительной обработки инфор-

мации, выполняющий функции формирования цепи Маркова-Брунса и предварительного ее анализа Г23.

Блок индикатора в этом устройстве является не чем иным, как цифровым многофункциональным статистическим анализатором, для реализации которот го требуется объем оборудования, сравнимый с объемом остальной схемы устройства, что неприемлемо для генераторов широкого применения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для статистического анализа датчика случайных сигналов, содержащее счетчик числа испытаний, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом Сдвиг регистра сдвига, информационный вход которого соединен с прямым выходом датчика случайных чисел, прямой и инверсный выходы которого и выходы регистра сдвига соединены со входами группы переключателей соответственно первая группа выходов которого соединена с группой входов первого эл емента. И соответственно, выход, которого соединен со входом счетчика результата, второй элемент И, переключатель и триггер, единичный вход которого соединен с выходом счетчика числа испытаний, вход которого соединен с выходом счетчика числа испытаний, вход которого соединен с выходом переключателя, первый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и со входом второго, элемента И, группа входов которого соединена со второй группой выходов группы переключателей, выход второго элемента И соединен со вторым входом переключателя и с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом триггера, нулевой вход которого является устройства СЗ J.

Известное устройство позволяет определить условные вероятности появления, тех или иных комбинаций двоичных символов, что в принципе дает возможность исследовать корреляционные характеристики генераторов случайных чисел в широких пределах, но для этого требуется последующая

обработка результатов анализа. .

чем результаты анализа (контроля ) определяются после завершения объема выборки.

Таким образом, статические методы контроля генераторов случайных I чисел и все перечисленные устройства их реализующие, обладают следующим недостатком - задержкой обнаружения отказа ГСЧ, в худшем случае равной времени накопления объема выборки. Массив случайных чисел, сформированный за это время, будучи использованным в реальной задаче, приведет к частичному или полному искажению результатов. Чобы предотвратить потери, вызванные отказами ГОЧ, процесс решения задачи должен прерываться как можно раньше при их возникновёНИИ.

Целью изобретения является повьпиение быстродействия устройства за счет сокращения времени обнаружения отказа.

Для достижения поставленной цели устройство для контроля генератора случайных чисел, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которо го соединен с входом контролируемого генератора случайных чисел, первой элемент И, второй элемент И, первый вход которого соединен с выходом . первого элемента И, R -триггер, прямой выход которого соединен со втог рым входом второго элемента И, счетчик, введены два элемента ИЛИ, третий элемент И, четвертый элемент И, первый вход которого соединен с инверсным выходом триггера, первый вход первого элемента ИЛИ соединен с выходом первого элемента И, а его второй вход - со вторым входом четвертого элемента И и с выходом треть его элемента И, а выход первого элемента ИЛИ соединен со счетным входом счетчика, первый вход второго элемента ИЛИ соединен сR-входом триггера и с выходом второго элемента И, второй вход второго элемента ИЛИ соединен с 5-входом триггера и выходом четвертогр элемента И, а выход второго элемента ИЛИ соеданен с R-входом счетчика, первый вход третьего элемента И соединен с прямым выходом двоичного разряда контролируемого генератора случайных- чисел, второй вход третьего элёмента И соединен с выходом генератог ра тактовых импульсов и с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с инверсным выходом двоичного разряда контролируемого генератора случайных чисел, выходом устройства является выход счетчика.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит генератор I тактовых импульсов, контролируемый генератор 2 случайнь1Х чисел, эле,менты И 3 и 4, RS -триггер 5, элементы И 6 и 7, элементы ИЛИ 8 и 9, счетчик 10.

. Устройство работает следующим образом..

Датчик 2 случайных чисел по каждому импульсу тактового генератора 1 формирует двоичный разряд случайного числа, т.е. формирует бинарную последовательность, в которой затем подсчитывается число следующих подг ряд единиц или нулей.

Допустим, триггер 3 в единичном состоянии. При нуле на выход датчика прохождение импульса тактового тенератора разрешается через первьй элемент И 4 и запрещается через третий элемент И 3. С выхода первого элемента И 4 импульс проходит на вход первого элемента ШШ 8 и далее на счетный вход счетчика результата 10. Однов ременно, приходя на второй элемент И 6 вместе с высоким логическим уровнем с выхода триггера 5 ,иьтул устанавливает триггер 5 по R-входу в нулевое состояние, а также через второй элемент ИЛИ 9 сбрасывает в нуль содержимое счетчика 10. Если на выходе датчика случайных чисел при следующем тактовом импульсе тоже будет нуль, то с выхода первого элемента И 4 импульс через элемент ИЛИ 8 пройдет на счетный вход счетчика 10 результата и увеличит его состояние на единицу (так как npep iдущим импульсом триггер 5 установлен в нуль, то прохождение импульсов

через элемент И 6 запрещено.).

Последующие импульсы тактового

генератора при неизменном состоянии выхода датчика 2 случайных чисел будут последовательно увеличивать состояние счетчика 10 результата. Единица, появивщаяся на выходе генератора случайньгх чисел, запретит прохдение импульсов тактового генератора 1 через первый элемент И 4 и разрешит их прохождение через третий элемент И 3, что повлечет за собой перевод триггера 5 в единичное состояние, а также обнуле1 ие счетчика.

реэультата. Последующие импул| сы тактового генератора при единичном уровне на выходе блока 2 будут увели чивать состояние счетчика IQ; тригтг Гер 5 будет сохранять свое состояние до. нового изменения выхода контролируемого разряда датчика случайных «шсел.

Схема симметрична относительно подсчета следующих подряд единиц шш нулей. Реально, для появления сигнала на выходе устройства нужно, чтобы подряд следовали 2 1 одинаковых

символов, так как в момент перехода от единичной последовательности к .нулевой (.и наоборот ) на счетчик 10 приходит два импульса - на R -BXOJJ и вход + I, Сигнал на R -входе задерживается дольше - на время задержки элемента ИЛИ 9, чего достаточно, чтобы импульс, пришедший вместе с ним на счетный вход, не был подсчитан.

Появление сигнала на выходе счетчика свидетельствует о неисправном состоянии генератора 2.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ГЕНЕРАТОРА СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом контролируемого генератора случайных чисел, первый элемент И, второй элемент И, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И, Я-$-триггер, прямой выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, счетЬчик, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, оно содержит I. ЕГРГг;.)}, .; I I S jf . Se&.lis,:;;;;.;., J два элемента ИЛИ, третий элемент И, четвертый элемент И, первый вход которого соединен с инверсшлм выходом триггера, вход первого элемента ИЛИ соединен с выходом Первого элемента И, а его второй вход с BTOpidM входом четвертого элемента И и с выходом третьего элемента И, а выход первого элемента ИЛИ - со счетнш4 входом счетчика, первьй вход второго элемента ИЛИ - сS-вхог дом триггера и с выходом второго Элемента И, второй вход второго алемента ИЛИ - с S-входом триггера и выходом четвертого элемента И, а выход второго элемента ИШ - с R-входом счетчика, первьй вход третьего (Л элемента И соединен с прямым выхоG дом двоичного разряда контролируемого генератора случайных чисел второй вход третьего элемента И с выходом генератора тактовых импульсов и с первым входом первого элемента И, второй вход котЬрого соеди00 00 нен с инверсным выходом двоичного разряда контролируемого генератора случайных чисел, выходомустройства является выход счетчика.