00 00 СП О5 Изобретение относитс к вычислительной технике и может быть использовано в устройствах управлени специализированных цифровых вычислительных машин (СЦВМ) дл обеспечени отладки программ вычислени сложных ма тематических функций. Цель изобретени - расширение класса решаемыхзадач за счет обеспечени статистического контрол вычислительных программ. Предлагаемое устройство реализует веро тностный метод тестировани про грамм, сущность которого заключаетс в следующем. На вход испытуемой прог раммы подаютс наборы значений входных переменных, представл ющих собой случайные числа, распределенные по некоторому закону. На каждом из наборов реализуетс программа и определ ютс веро тностные характеристики случайных величин,, вл ющихс выходньми дл выбранного множества кон трольньпс точек программы. Полученные веро тностные характеристики сравниваютс с эталонными, полученными в результате аналитического.расчета по алгоритму, подлежащему реализации ис пытуемой программой, дл тех же зако ;нов распределени входных переменных . В зависимости от степени совпадени экспериментально определенных веро тностных характеристик с зта-п лонными делаетс вывод о правильности программы или наличии в ней ошибок с определенной доверительной веро тностью . В предлагаемом устройстве в качестве веро тностных характеристик используютс первые моменты (математические ожидани ) случайных ве личин Z; на выходе программь, рассчитываемые по формуле где Z, - значение, j-й выходной переменной после 1-й реализации программы; К - число реализаций програм мы. Устройство рассчитано на генерацию значений входных переменных про раммы, распределенных по равномерно му закону внутри интервалов t аь Ь Метод аналитического расчета матема тических ожиданий выходных величин по входньм (не вьшолн программы) подробно описан и сводитс к вычислению законов распределени значений функций от случайных аргументов. Преимуществом вл етс то, что расчеты эталонных веро тностных характеристик дл любой программы из рассматриваемого класса вычислительных программ выполн ютс по одному и тому же алгоритму. Описан также метод определени доверительных интервалов дл значений веро тностных характеристик выходных случайных величин дл заданной доверительной веро тности (достоверности правильного обнаружени ошибки). Блок статистических нализаторов устройства вычисл ет МОЖ выходных величин. Сравнение вычисленных МОЖ с эталонными производитс оператором вручную. На фиг.1 приведена структурна схема устройства; на фиг.2 - структурна схема блока задани режима; на фиг.З - структурна схема коммутатора тестовых воздействий; на фиг.4структурна схема распределител импульсов; на фиг.5 - структурна схема блока регистров адресов входных величин; на фиг.6 - структурна схема коммутатора выходных величин; на фиг.7 - структурна схема генератора случайных чисел; на фиг.8 - структурна схема блока статистических анализаторов; на фиг.9 - временные диаграммы стробирующих сигналов; на фиг.10 - граф автомата, реализованного блоком управлени устройства; на фиг.11 - структурна схема блока регистров адресов выходных величин; на фиг.12- структура служебной страницы оперативной пам ти СЦВМ. Устройство дл контрол вычислительных программ (фиг.1) содержит блок 1 задани режима, распределитель 2 импульсов, коммутатор 3 тестовых воздействий, коммутатор 4 вы-ходных величин, генератор 5 случайных чисел, блок 6 регистров адресов входных величин, блок 7 регистров адресов выходных величин, блок 8 статистических анализаторов, группу 9 элементов ИЛИ, элемент ИЛИ 10, первый информационный вход 11 устройства , тактовые входы 12, вход 13 пуска устройства, вхор 14 останова выполнени программы, информационный вход 15, выход 16 пуска программы, выход 17 конца испытаний программы, информационный выход 18 устройства, выход 19 записи, выход 20 адреса, выход 21 чтени , выход 22 результата конт рол программы. Блок 1 задани режима (фиг,2) со держит первый 23, третий 24 и второй 25 элементы И, первьт 26, второ 27 и третий 28 элементы ИЛИ, первый 29 и второй 30 триггеры. Коммутатор 3 тестовых воздействи ( фиг.З) содержит первьш 31, второй 32 и третий 33 элементы И, элементы НЕ 34, группу 35 элементов И, дешифратор 36, счетчик 37, регистр 38 и элемент ИЛИ 39. Распределитель 2 импульсов (фиг. содержит первую группу 40 элементов И, регистр 41 базы служебной страницы , первый 42, второй 43 и третий 44 элементы И, вторую группу 45 элементов И, дешифратор 46 и счетчик 47. Блок 6 регистров адресов входных величин (фиг.5) содержит группу регистров 48. Коммутатор 4 выходных величин (фиг.6) содержит первый 49, второй 50, третий 51 и четвертый 52 элементы И, элемент ШШ-НЕ 53, счетчик .54 числа реализаций программы, первую 55 и вторую 56 группы элементов И, дешифратор 57, счетчик 58 числа выходных переменных и регистр 59. Генератор 5 случайных чисел (фиг.7) содержит группу преобразователей 60, датчик 61 случайных чисел (ДСЧ), каждьш преобразователь 60 содержит первый 62 и второй 63 регистры , множитель 64, сумматор 65 и элемент И 66, выходы всех преобразователей соединены с соответствующим входом группы 67 элементов ИЛИ. Блок 8 статистических анализаторов (фиг.8) содержит регистр 68, группу делителей 69 на N, группу накапливающих сумматоров 70. Блок 7 регистров адресов выходны5с величин (фиг.11) содержит группу регистров 71 . Устройство работает следующим образом . До запуска устройства в оперативную пам ть (ОП) СЦВМ записываетс те стируема программа и информаци слу жебной страницы, структура которой приведена на фиг.12. Служебна страница располагаетс в ОП с адреса, кратного А 2 / L, где L - длина служебной страницы. Старшие R-r разр ды базствого адреса служебной стра8564 ницы занос тс через первый вход устройства на регистр, 4 распределител 2 (R - общее число разр дов адреса в ОП СЦВМ). В нулевую чейку служебной странигда должно быть записано число реализаций тестируемой программы К (размерность случайной выборки), в первую и вторую чейки занос тс количества входных п и выходных m (контролируемых) переменных программы соответственно, адреса этих переменных дл зафиксированного расположени тестируемой программы в ОП записываютс в чейки служебной с-траницы, отмеченные на фиг. 12 как А. и A(,b,xj соответственно. Количество входных переменных программы , которым при тестировании присваиваютс случайные значени , распределенные по заданному закону, не может превышать значени N, аналогично количество анализируемых выходных переменных не должно превышать М (N и М - максимальные количества входных и выходных переменных программ, на которые рассчитано устройство). Кроме того, в служебной странице дл каждой входной переменной программы задаютс параметры равномерного закона распределени ее значений: а- лева граница интервала и b ; - права граница инлгервала, ,2,,.. Случайное число h , распределенное равномерно в интервале, получаетс из равномерно распределенного на интервале 0,1 случайного числа , поступаемого с ДСЧ 61, следующим образом: , +(Ъ, - а,) а, , Эти преобразовани осуществл ютс преобразовател ми 60 генератора 5 случайных чисел устройства. Если число входных (выходных) переменных n(m) меньше N(M), то их адреса и параметры законов распределени записываютс подр д, начина с первой чейки соответствующей области служебной страницы. Остальные N-n(M-m) чеек заполн ютс произвольной, например нулевой, информацией. Блок 1 задани режима вл етс автоматом с пам тью и может находитьс в текущий момент времени в одном из четырех состо ний, определ емых состо ни ми первого 29 и второго 30 триггеров (граф переходов приведен на фиг.10). В исходном состо нии, в которое блок 1 переходит после окончани предыдущего цикла работы, первый 29 н второй 30 триггеры наход тс в состо нии О и 1 соответственно (состо ние 0 - нерабочее состо ние устройства). На тактовый вход 12 устройства по даютс четыре последовательности стробирующих импульсов Г1, Г2, ГЗ, Г4, смещенных относительно друг друга чфиго9) , Они могут быть получены, например, от генератора микротактов блока микропрограммного управлени СЦВМ. Пуск устройства осуществл етс по дачей единичного сигнала на вход 13 пуска устройства. При этом стробирующий импульс Г4 последовательности, поступающий на вход блока ,1 , вызывает по вление единичного импульса на выходе элемента И 24, который, проход через элементы ИЛИ 26 и 27, устанавливает триггеры 29 и 30 в нулевые состо ни и через выход блока I поступает на входы установки в нуль счетчика 47 распределител 2 и накапливающих сумматоров 70 блока 8 статистических анализаторов, сбрасыва их в исходное состо ние. Нулевой сигнал с пр мого выхода триггера 30 блокирует прохождение последующих импульсов Г4 через элемент И 24. Еди ничные сигналы с инверсных выходов триггеров 29 и 30 через выход блока 1и вход распределител 2 поступают на первые и вторые входы элементов И 42-44 и группу 40 элементов И. Через второй вход распределител 2с второго входа 12 устройства поступают последовательности стробирующих импульсов: Г2 - на третий вход элемента И 42; Г1 - на третий вход сборки И 40; ГЗ - на третий вход эле мента И 43; Г4 - на третий вход элемента И 44. Импульс Г1 разрешает выдачу через группу 40 элементов И оче редного адреса чейки служебной стра ницы СП: базы служебной страницы ОП с регистра 41, смещени - со счетчика 47. Этот адрес через выход распределител 2 и группу 9 элементов ИЛИ поступает на выход 20 адреса уст ройства, который подключаетс к регистру адреса ОП СЦВМ. Импульс Г2 проходит через элемент И 42, через выход распределител 2 и элемент ИЛИ 10 поступает на выход 21 чтени устройства , который подключаетс к входу сигнала Чтение оперативной пам ти СЦВМ. Происходит считывание на регистр числа ОП информации очередной чейки служебной страницы, адрес которой поступил ранее на регистр адреса ОП. Выходы регистра числа ОП СЦВМ подключены к информационному входу 15 устройства. Импульс ГЗ, проход через элемент И 43, разрешает выдачу через группу 45 элементов И единичного сигнала с очередного выхода дешифратора 46, на вход разрешени приема информации в соответствующий регистр или счетчик блоков 1, 3-8 устройства с регистра числа ОП через вход 15 устройства. Импульс Г4, проход через эл ;мент И 44, увеличивает значение счетчика 47 на единицу. Затем импульс Г1 вновь разрешает выдачу следующего адреса чейки служебной страницы ОП на регистр адреса ОП СЦВМ и т.д. Счетчик 47 считает от О до L смещени конца (;цлины) служебной страницы, вызыва по вление единичного сигнала на соответствующих (0L-M ) выходах дешифратора 46. L-й выход дешифратора 46 подключен через вход блока 1 к входу установки в единицу триггера 29, переключение которого соответствует окончанию работы распределител 2 и началу работы коммутатора 3 тестовых воздействий . Выходы дешифратора 46 через группу 45 элементов И подключены к входам разрешени приема информации регистров и счетчиков устройства таким образом, что после окончани работы распределител 2 счетчик 54 и регистр 68 содержат число реализаций программы (К), регистр 38 и счетчик 37 содержат число входных переменных (п), регистр 59 содержит число выходных переменных (га) , регистры 48 содер жат адресу входных переменных (Ац,-), регистры 71 содержат адреса выходных переменных (), регистры 62 содержат первые параметры законов расцределени входных переменных (а ), регистры 63 содержат вторые параметры законов распределени входных переменных () . Коммутатор 3 тестовых воздействий начинает работать при поступлении на первые и вторые входы элементов И 31 - 33 единичных разрешающих сигналов с пр мого выхода триггера 29 блока 1 и инверсного выхода триггера 30 блока 1. Счетчик 37 содержит число входных переменных, которое прин то с регистра 38 по разрешающему сигна лу, соответствующему единице на L-M выходе дешифратора 46 распределител 2 ., Импульс Г1, поступающий с входа 12 устройства через вход коммутатор 3 тестовых воздействий на третий вхо элемента И 32, вызьтает на выходе этого .элемента единичный импульс, так как на выходе элемента НЕ 34 удерживаетс сигнал единица, соотве ствующий нулю на нулевом выходе дешифратора 36, т.е. не нулевому значению счетчика 37. Единичный импуль на выходе элемента И 32 разрешает прохождение единицы с одного из выходов дешифратора 36 через группу 35 элементов И на второй выход коммутатора тестовых воздействий, откуда он поступает на вход разрешени выдачи информации соответствующего регистра 48 блока 6 регистров адресов входных величин, с выхода которого адрес очередной входной пе ременной через группу 9 элементов ИЛИ и выход 20 устройства поступает на регистр адреса ОП СЦВМ. Этот же сигнал с выхода коммутатора 3 тестовых воздействий поступает через второй вход генератора 5 случайных чисел на соответствующую группу элементов И 66, разреша выдачу очередного случайного числа с заданным распределением через группу 67 элементов ИЛИ, выход генерато ра 5 случайных чисел через информационный выход 18 устройства на регистр числа ОП СЦВМ. Импульс Г2 с входа 12 устройства через вход коммутатора 3 тестовых воздействий пос тупает на третий вход элемента И 33 Единичньй импульс с выхода элемента И 33 поступает через выход коммутато ра 3 тестовых воздействий на выход 19 записи устройства, подключенный к входу Запись оперативной пам ти СЦВМ, разреша запись случайного чис ла с регистра числа ОП по адресу оче редной входной переменной. Одновременно с этим единичный импульс с выхода элемента И 33 выдает разрешение датчику 61 случайных чисел на генерацию следующего случайHoio числа и уменьшает на единицу значение счетчика 37, тем самым осуществл переход к записи значени следующей входной переменной. Когда значение,счетчика 37 становитс рав856 ным нулю, на нулевом выходе дешифратора 36 по вл етс единичный сигнал, который, поступа на вход элемента НЕ 34, запрещает дальнейшее прохождение импульсов Г1 и Г2 через элементы И 32 и 33 соответственно. Кроме того, единица на нулевом выходе дешифратора 36 приводит к по влению единичного импульса на входе элемента И 31 и,следовательно, на третьем выходе коммутатора 3 тестовых воздействий и первом выходе 16 устройства. Единичный сигнал на выходе 16 устройства сигнализирует о возможности пуска программы. Программа выполн етс при заданных входных переменных значени х. Сигнал об окончании выполнени программы поступает через вход 14 устройства на вход блока 1 и стробируемьй импульс Г4 проходит через элемент И 25 на выход блока 1. Проход через элемент ИЛИ 28 на вход триггера 30, он устанавливает его в единичное состо ние, что соответствует окончанию работы коммутатора 3 тестовых воздействий и запуску коммутатора 4 выходных величин. Единичный импульс с выхода блока 1 разрешает в коммутаторе 4 выходных величин прием числа выходных переменных с регистра 59 на счетчик 58. Единичные сигналы с пр мых выходов триггеров 29 и 30 блока I, поступа на первые и вторые входы элементов И 49-52 коммутатора 4 выходных величин, разрешает прохождение стробирующих импульсов Г2 через элемент И 49, ГЗ - через элемент И 50, Г1 - через элемент И 51, Г4 - через элемент И 52, поступающих на третьи входы указанных элементов И. Импульс Г1 с выхода элемента И 51 поступает на первый вход элемента И 56, разреша прохождение единицы на выход коммутатора 4 выходных величин с выхода дешифратора 57, соответствующего коду на счетчике 58. Единичный сигнал с выхода коммутатора 4 выходных величин поступает через вход блока 7 регистров адресов выходных величин на вход разрешени выдачи информации соответствующего регистра 71, с выходов которого адрес соответствующей выходной величины через группу 9 элементов ИЛИ и п тый выход 20 устройства поступает на регистр адреса ОП СЦВМ. 912 Импульс Г2 через элемент И 49, выход коммутатора 4 выходных величин элемент ИЛИ 10 и выход 21 устройства поступает на вход Чтение ОП СЦВМ, вызыва считывание очередного значени выходной переменной, адрес которой был занесен на регистр адреса ОП, на регистр числа ОП СЦВМ, Импульс ГЗ с выхода элемента И 50 поступает на первый вход элемента И 55, разреша выдачу на выход коммутатора выходных величин единичного сигнала с выхода дешифратора 57, соответствующего коду на счетчике 58. Этот сигнал, соответствующий не нуле вому коду на счетчике 58, поступает через вход блока 8 статистических анализаторов на вход разрешени приема числа соответствующего накаплиБающего сумматора 70. На информацион ные входы сумматоров 70 в это врем поступает значение выходной переменной с регистра числа ОП СЦВМ через вход 15 устройства, первый вход блока 8 статистических анализаторов и делитель 1/К 69. Тем самым к значению соответствующего накапливающего сумматора 70 прибавл етс очередное слагаемое Z/K, где Z - значение соответствующей выходной перемен ной после очередного прогона програм мы. Следующий импульс Г4, проход через элемент И 52 на вычитающий вход счетчика 58, уменьшает его значение на единицу, что соответствует переходу к выборке значени следующей выходной переменной, и цикл работы коммут-атора 4 выходных величин повтор етс . Коммутатор 4 выходных величин работает до тех пор, пока значение счетчика 58 не станет равным нулю. Соответствующий этому единичный сигнал с нулевого выхода дешифратора 57 через группу 55 элементов И, поступа на вычитающий вход счетчика 54 числа прогонов программы, уменьшает его значение на единицу. Одновременно этот сигнал через второй выход коммутатора 4 выходных величин поступает через вход блока 1 и элемент ИПИ 27 на вход установки в нуль триг гера 30, перевод блок 1 в состо ние 10, соответствующее окончанию ра боты коммутатора 4 выходных величин и началу работы коммутатора 3 тестовых воздействий. Кроме того, этот же 6 сигнал, поступа через вход коммутатора 3 тестовых воздействий и элемент ИЛИ 39 на вход разрешени приема информации счетчика 37, переписывает в счетчик 37 число входных величин с регистра 38. Последовательна работа коммутатора 3 тестовых воздействий и коммутатора 4 выходных величин повтор етс до тех пор, пока на счетчике 54 числа реализаций программьт не установитс нулевой код, который приводит к по влению на выходе элемента ИЛИ-НЕ 53 единичного сигнала , соответствующего окончанию работы устройства. Этот сигнал, проход через выход коммутатора 4 выходных величин, вход блока 1, элементы И 23 и ИЛИ 26 на вход установки в нуль первого триггера 29, устанавливает его в единичное состо ние, а блок 1 в исходное состо ние 01. Этот же сигнал поступает на второй выход 17 устройства , сигнсшизиру об окончании испытаний программы.. Результаты испытаний (математическое ожидание значений выходных переменных программы) с выходов накапливающих сумматоров 70 выдаютс на выход 22 устройства. По степени соответстви этих результатов расчетным суд т о наличии или отсутствии ошибок в программе с заданной достоверностью . Формула изобретени 1. Устройство дп контрол вычислительных программ, содержащее блок задани режима, генератор случайных чисел, блок статистических анализаторов , отличающеес тем, что, с целью расширени класса решаемых задач за счет обеспечени статистического контрол программ, в устройство введены распределитель . импульсов, коммутатор тестовых возIдействий , коммутатор выходных величин , блок регистров адресов входных величин, блок регистров адресов выходных величин, группа элементов ИЛИ, элемент ИЛИ, причем распределитель импульсов содержит первый, второй , третий и четвертый элементы И, счетчик импульсов, первую и вторую группы элементов И и дешифратор, тактовый вход устройства соединен с тактовым входом коммутатора выходных величин и с первыми входами элементов и первой группы распределител импульсов , с первыми входами первого, второго и третьего элементов И распределител импульсов, коммутатора тестовых воздействий и.блока задани режима, выход которого соединен с входом.начальной установки счетчика распределител импульсов и входом начальной установки блока статистических анализаторов, входы запуска устройства и останова контролируемо программы устройства соединены сответственно с входами пуска и начала контрол блока задани режима, первый информационный вход устройства соединен с информационным входом ре гистра распределител импульсов, вы ход состо ни режима блока задани режима соединен соответственно с вт рым и третьим входами элементов И первой группы распределител импуль сов, с вторыми и третьими входами первого, второго и третьего элементов И распределител импульсов, выходы первого, второго и третьего элементов И распределител импульсов соединены соответственно с первым входом элемента ИЛИ, с первыми -входа ми элементов И второй группы распределител импульсов, со счетным входом счетчика импульсов распредели тел импульсов, выходы счетчика импульсов , разр дные выходы регистра соединены с четвертыми входами соответствующих элементов И первой группы распределител импульсов, выходы счетчика импульсов соединены с входа ми дешифратора, выходы которого соединены с вторыми входами соответству ющих элементов И второй группы распределител импульсов, выходы элементов И первой группы распределител импульсов соединены с первыми входами элементов ИЛИ группы, выходы которых образуют группу адресных выходов устройства, выходы элементов И второй группы распределител импульсов соединены с входом установки режима блока задани режима, с входом записи генератора случайных чисел , первым управл ющим входом коммутатора тестовых воздействий и с управл ющими входами коммутатора выходных величин, с входами записи бло ков, регистров адресов входных и выходных величин и с входом записи бло ка статистических анализаторов,выход начала анализа результатов контролируемой программы блока задани режи5612 ма соединен с вторы;ч управл ющим входом ко 1мутатора выходных величин, выход состо ни режима блока задани режима соединен с третьим управл ющим входом коммутатора выходных величин , второй информационный вход устройства соединен с информационными входами блока статистических анализаторов , блока регистров адресов выходных величин, информационный вход коммутатора выходных величин - с информационным входом коммутатора тестовых воздействий, блока регистров адресов входных величин и генератора случайных чисел, первый выход коммутатора выходных величин соединен с входом изменени режима блока задани режима и вл етс выходом окончани контрол устройства, второй выход коммутатора выходных величин соединен с вторь М входом элемента ИЛИ, выход которого вл етс выходом чтени устройства, выходы блока регистров адресов входных величин и блока регистров адресов выходных величин соединены соответственно с вторыми и третьими входами элементов ИЛИ группы , выходы которых образуют группу адресных выходов устройства, третий выход коммутатора выходных величин соединен с входом считывани блока регистров адресов выходных величин, четвертый выход коммутатора выходных величин соединен с входом приема блока статистических анализаторов, с входом останова блока задани режима, и-вторым управл ющим входом коммутатора тестовых воздействий, первый выход коммутатора тестовых воздейстВИЙ соединен с- тактовым входом генератора случайных чисел и вл етс выходом записи устройства, второй выход коммутатора тестовых воздействий вл етс выходом запуска контролируемой программы, третий выход коммутатора тестовых воздействий соединен с входом разрешени выдачи адреса блока регистров адресов входных величин и с входом синхронизации генератора случайных- чисел, выход которого вл етс информационным выходом устройства, выход блока статистических анализаторов вл етс выходом результата контрол программы устройства .