ЯЧЕЙКА ОДНОРОДНОЙ ПРОГРАММНО-УПРАВЛЯЕМОЙ СРЕДЫ Российский патент 1999 года по МПК G06F7/00 

Предлагаемое изобретение относится к области вычислительной техники и техники передачи дискретной информации.

Изобретение наиболее эффективно может быть использовано для построения однородных сред для преобразований над полиномами в кольце многочленов, универсальных кодирующих и декодирующих устройств с переменной структурой для криптографического преобразования информации и высокой структурной надежностью.

Известна ячейка однородной структуры, содержащая логические элементы И, ИЛИ, настроечные и информационные входы и выходы [1].

К причине, предшествующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, является невозможность построения однородных структур, позволяющих выполнять преобразования в алгебраических системах полей Галуа GF (2^m) и кольцо многочленов.

Известна также ячейка однородной одномерной полиномиальной среды, содержащая триггер, элементы 2-2И-2ИЛИ, элементы ИЛИ, И, сумматор по модулю два [2] . Недостатком является то, что она не имеет регистра настройки, не имеет обратной связи с выхода на вход, в ней отсутствует возможность передачи информации со входа на выход без ее преобразования, не позволяет без дополнительных схем настройку среды на выполнение функции счета, шифрации, дешифрации и мультиплексирования.

Наиболее близким устройством того же назначения к данному изобретению по совокупности признаков является ячейка однородной среды, содержащая элементы И, ИЛИ, 2-2И-2ИЛИ, сумматор по модулю два, триггер [3].

К причинам, предшествующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, является то, что она не имеет регистра настройки, не позволяет без дополнительных схем настройку среды на выполнение функции счета, шифрации, дешифрации и мультиплексирования.

Сущность изобретения заключается в следующем. Предлагаемое изобретение расширяет функциональные возможности и упрощает конструкцию однородной полиноминальной среды, позволяет повысить надежность и однородность техники передачи дискретной информации.

Технический результат выражается в универсализации ячейки за счет увеличения функций, выполняемых ячейкой.

Указанный результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной ячейке, содержащей триггер 4, первый и пятый элементы 2-2И-2ИЛИ 1.1 и 1.4, первый сумматор по модулю два 3.1, первый, второй и третий элементы И 2.1, 2.2 и 2.3, первый и второй элементы ИЛИ 5.1 и 5.2, имеющего четыре информационных входа, пять входов настройки и три информационных выхода, особенность предлагаемой ячейки в том, что в нее введены второй, третий и четвертый элементы 2-2И-2ИЛИ 1.2, 1.3 и 1.5, второй сумматор по модулю два 3.2, группа сумматоров по модулю два 6.1 - 6.m, группа элементов И 9.1 - 9. m, "m" - входовый элемент ИЛИ-НЕ 7, трехвходовый элемент И 8 и регистр кода настройки 10.

Вход А(19) регистра служит для выбора адреса программируемой ячейки, вход У(20) - для управления записью кода настройки, второй и четвертый входы первого элемента 2-2И-2ИЛИ соединены в выходами первого и второго разрядов регистра, в которые запись производится по входам 1 и 2, принимающим сигналы кода операции, третий вход элемента 2-2И-2ИЛИ является информационным входом ячейки 10. Выход первого элемента 2-2И-2ИЛИ соединен со вторым входом первого элемента И, первый вход которого соединен с выходом третьего разряда регистра, в который запись производится по входу 3 (выбор коэффициента при члене полимера соответствующего степени переменной, выступающей в качестве сомножителя или делителя). Выход первого элемента И является вторым входом первого сумматора по модулю 2, первый вход которого является информационным входом ячейки 11, третьи входы второго и третьего элементов 2-2И-2ИЛИ соединены с выходом первого сумматора по модулю 2, второй прямой и четвертый инверсный входы второго элемента 2-2И-2ИЛИ, так же как первый инверсный и четвертый прямой входы третьего 2-2И-2ИЛИ соединены с выходом седьмого разряда регистра, в который запись производится по входу настройки 7, предназначенному для управления режимами работы ячейки (режим счета или режим выполнения операций в полях Галуа GF (2^m)). Второй вход третьего элемента 2-2И-2ИЛИ соединен с выходом второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом пятого разряда регистра, в который запись производится по входу настройки 5, а второй - с тактовым входом ячейки 21, тактовый вход триггера соединен с выходом третьего элемента 2-2И-2ИЛИ, выход второго элемента 2-2И-2ИЛИ соединен с информационным входом триггера и соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго разряда регистра (код операции умножения), выход третьего элемента И соединен с первым входом пятого элемента 2-2И-2ИЛИ, третий вход которого соединен с прямым выходом триггера, второй инверсный и четвертый прямой входы соединены с выходом шестого разряда регистра, в который запись производится по входу настройки 6 (выбор выходной ячейки однородной среды).

Обратная связь с инверсного выхода триггера идет на первый вход второго элемента 2-2И-2ИЛИ, первый вход второго сумматора по модулю два соединен с прямым входом триггера, а второй вход соединен с выходом восьмого разряда регистра, в который запись производится по входу настройки 8, служащим для реализации реверсивности счета, выход второго сумматора по модулю два соединен с первым входом четвертого элемента 2-2И-2ИЛИ, второй инверсный и четвертый прямой входы которого соединены с выходом четвертого разряда регистра, в который запись производится по входу настройки 4 (определяющим прямую связь между ячейками среды или рабочий режим), третий вход соединен с информационным входом ячейки 11. Второй вход второго элемента ИЛИ соединен с информационным входом ячейки 12 (предназначенным для "внутреннего" переноса информации в однородной полиноминальной среде с выходной ячейки в структуре преобразователя на общий выход среды), выход является информационным выходом ячейки 17, первый вход соединен с выходом пятого элемента 2-2И-2ИЛИ, который соединен также со вторым входом первого элемента ИЛИ, первый вход которого является входом информационной обратной связи между ячейками среды 13, выход первого элемента И является информационным выходом 15 ячейки (используемый для связи с ячейками, предшествующими данной в однородной среде) и соединен с первым входом первого элемента 2-2И-2ИЛИ, обеспечивая обратную связь в самой ячейке.

Группа из "m" двухвходовых сумматоров по модулю два, вторые входы которых соединены с информационными входами ячейки Vh(1-m), а первые их входы соединены с выходами соответствующих разрядов регистра кода настройки, запись в которые производится по входам настройки Zh(1-m), выходы сумматоров соединены с "m" входами элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с третьим входом трехвходового элемента И 8, первый вход которого является информационным входом ячейки 14, второй вход соединен с выходом девятого разряда регистра, запись в который производится по входу настройки 9, выход трехвходового элемента И 8 является выходом ячейки 18. Первые входы группы элементов И 9.1 - 9.m соединены с информационным входом 22 (режим шифрации), на вторые входы элементов подаются сигналы со входом настройки ячейки Zh(1-m), выходы элементов являются выходами ячейки Sh(1-m).

На фиг. 1 приведена функциональная схема ячейки однородной полиномиальной среды.

На фиг. 2 приведены соединения ячеек в однородной полиномиальной среде.

При исследовании отличительных признаков описываемой ячейки не выявлено каких-либо аналогичных решений, позволяющих достигнуть указанного выше технического результата, а результаты поиска и анализ уровня техники показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники.

Описание работы ячейки однородной программно-управляемой среды по фиг. 1
Ячейка однородной программно-управляемой среды состоит из пяти элементов 2-2И-2ИЛИ 1.1 - 1.5, триггера 4, двух сумматоров по модулю два 3.1 и 3.2, трех элементов И 2.1 - 2.3, трех элементов ИЛИ 5.1 - 5.3, группы из "m" сумматоров по модулю два 6.1 - 6.m, "m" - входового элемента ИЛИ-НЕ 7, трехвходового элемента И 8, группы элементов И 9.1 - 9.m и регистра кода настройки 10, имеет шесть информационных входов и "m" входов для реализации режима дешифрации, четыре информационных выхода и "m" входов для реализации режима шифрации, девять входов управления и "m" входов управления для реализации режима шифрации и дешифрации.

Сигналы, записанные по управляющим входам 1 и 2, обеспечивают выбор операции, в выполнении которой в составе преобразователя, "набранного" в среде, участвует данная ячейка. Логическая единица на входе 1 замыкает цепь обратной связи внутри самой ячейки и с ячейками, находящимися в среде после данной, через вход ячейки 13, что необходимо при выполнении операции деления в полях Галуа и при "пересылке" информации с одной области среды в другую. Логическая единица на входе 2 обеспечивает информационную связь со входом однородной среды при выполнении операции умножения. Логическая единица на входе настройки 3 обеспечивает участие переменной на входах 10 или 13 в суммировании по модулю два в первом сумматоре с переменной на информационном входе 11, что имеет место при единичном значении коэффициента при условной переменной, в соответствии которой в полиноме-множителе или делителе (элементах поля) поставлена ячейка, кроме того, этот сигнал настройки может быть использован для записи информации в данную ячейку по входу 13 (из ячейки, расположенной в однородной среде после нее). Логическая единица на входе настройки 4 обеспечивает прохождение информации со входа 11 на выход 16 (что может быть использовано для "обхода" ячейки в среде при ее неисправности). Логическая единица на входе настройки 5 обеспечивает тактирование записи и считывание информации в триггере ячейки (определяет ячейки, участвующие в преобразовании информации, вводимой на вход среды). Логическая единица на входе настройки 6 означает, что информация снимается с выхода 17 ячейки. Информационный вход ячейки 12 используется для организации неуправляемого информационного "переноса" через ячейку и используется для пересылки информации с выхода преобразователя на выход 17 последней "n"-ой ячейки среды, Логическая единица на входе настройки 7 переводит триггер ячейки в счетный режим, при этом на информационный вход триггера подключается его инверсный выход, на тактовый вход - информационный вход ячейки 11. Логическая единица на входе настройки 8 реализует режим выполнения операции вычитания. Логическая единица на информационном входе 22 (реализует режим шифрации) подключает настроечные входы ячейки к выходам ячейки Zh(1-m) к выходам ячейки Sh(1-m). Единица на входе настройки 10 реализует режим дешифрации. На элементах 6.1 - 6.m сравнивается индивидуальный настроечный код ячейки с приходящим, в случае совпадения на выход 18 подключается вход 14, в режиме мультиплексирования на него подается информация.

Описание схемы соединения ячеек в однородной программно-управляемой среде и ее работы по фиг. 2
В однородной среде программно, с помощью сигналов настройки, формируется структура преобразователя информации. Определяются ячейки, участвующие в процессе преобразования, определяются входная и выходная ячейки преобразователя. На фиг. 2 приведен пример построения однородной полиномиальной среды на предлагаемых ячейках. Среда содержит "n" ячеек, соединенных последовательно, информационные входы 10 всех ячеек соединены с общим входом среды и используются при необходимости ввода одинаковой информации в ячейки, выбранные сигналами настройки на входах 3. Выход 16 каждой предыдущей ячейки соединен со входом 11 последующей, выходы 17 предыдущих ячеек соединены со входами 12 последующих и используются для "переноса" информации с выхода преобразователя на выход 17 последней "n"-ой ячейки среды, так как выходом преобразователя может быть любая ячейка среды, выход 15 каждой последующей ячейки соединен со входом 13 предыдущей и служит для организации обратной связи с выхода "K"-ой ячейки преобразователя на входы всех предшествующих ячеек среды. Входы 22, Vh₁ - Vh_m, Sh₁ - Sh_m всех ячеек объединены в ШД. Входы 21 всех ячеек среды соединены с общей линией тактовых сигналов ТИ. Входы настройки ячеек однородной полиноминальной среды объединены в шину кода настройки и соединены со входами регистров кода настройки этих ячеек, информация в которых определяет выполняемые ячейкой и средой функции (входы 1 и 2), структуру преобразователя (вход 3), выходную ячейку среды (вход 6), тактируемые в среде ячейки (вход 5), участвующие в преобразователе исправные ячейки (вход 4), определяет ячейки, используемые в режиме двоичного счетчика (вход 7), определяет режим счетчика (суммирующий или вычитающий) (вход 8), определяет ячейки, используемые в режиме дешифратора (вход 9).

Для умножения двоичных полиномов в алгебраическом кольце многочленов или поле Галуа GF (2^m) один из них "набирается" программно в однородной среде, а другой, по тактам и поразрядно, вводится по входу 11 первой ячейки среды. Число тактов определяется разрядностью вводимого полинома. Результат умножения снимается с выхода 17 последней ячейки среды. Если число ячеек среды, участвующих в выполнении операции меньше, чем число ячеек в среде, то сигнал проходит с выхода схемы умножения последней из участвующих ячеек - через входы 12 и выходы 17 промежуточных ячеек. Для получения произведения в среду следует подавать после ввода сомножителя столько тактов, каково число ячеек памяти (триггеров) в схеме умножения. При этом сигнал со входа среды подается на входы 10 всех ячеек и при наличии сигнала разрешения на входе настройки 2 любой ячейки, он "попадает" в ячейку. Сигнал "разрешения" на входе 3 имеет место при равенстве единице коэффициента переменной соответствующей степени полинома сомножителя, "набранного" в среде.

Операция умножения некоторого множества на полином, называемый образующим и набирающийся программно в среде позволяет строить несистематические циклические коды, способные обнаруживать и исправлять ошибки.

Операция деления полиномов в поле Галуа GF (2^m) выполняется путем программного "набора" полинома-делителя в однородной среде, с поразрядным вводом по входу 11 входной ячейки среды по тактовым сигналам в среду, при инициированном входе 1 всех ячеек, и инициированном входе 3 ячеек, соответствующих ненулевым составляющим полинома-делимого. Операция деления выполняется за число тактов, равных разрядности двоичной последовательности соответствующей делимому. Операция деления множества входных последовательностей на данный с анализом остатка от деления может быть использована при декодировании циклических кодов с обнаружением ошибок.

Работа однородной полиноминальной среды в режиме счетчика выполняется путем подачи подсчитываемых импульсов на вход 11 первой ячейки среды, при инициированном входе 7. Данные снимаются с выходов 16 всех ячеек (ШД) либо последовательно с выхода 17 последней из ячеек среды. Счетчик работает в вычитающем режиме при инициированном входе 8. Работа однородной полиноминальной среды в режиме шифрации выполняется путем предварительной записи в регистр кода настройки каждой ячейки ее порядкового номера, в двоичном коде, все входы 22 соединены в ячейки данных, на них подается в режиме шифрации унитарный код. Единица на входе 22 разрешает подачу индивидуального кода ячейки на выход Sh₁ - Sh_m.

Работа однородной полиномиальной среды в режиме дешифрации выполняется путем сравнения индивидуального кода Zh₁-Zh_m с кодом на входах Vh₁-Vh_m, при инициализации входа 22 на выход 18 подключается вход 14.

При подаче на вход 14 уровня логической "1", реализуется режим дешифрации, при подаче на вход 14 сигнала реализуется режим мультиплексора.

Пересылка содержимого ячейки "i" в ячейку "k" происходит следующим образом:
□ при k>i путем организации обхода всех промежуточных ячеек среды управляющими сигналами по входу настройки 4;
- при i>k путем "назначения" ячейки "i" в качестве выходной ячейки в среде сигналов по входу настройки этой ячейки 6, и установкой управляющих сигналов по входам 1 и 3 принимающей ячейки.

Установка триггеров выбранных ячеек в состоянии "1" осуществляется установкой уровня логической "1" по входам их настройки 2 и 3 и подачей символа "1" на вход среды.

Преимущество изобретения в том, что расширяются функциональные возможности и упрощается конструкция однородной полиномиальной среды, увеличивается универсализация ячейки, так как ее использование позволяет строить законченные функциональные узлы, тем самым увеличивая возможности применения ячейки и надежность создаваемого на ее основе устройства.

Ячейка однородной программно-управляемой среды в том виде, как она охарактеризована в формуле изобретения, предназначена для использования в области вычислительной техники и способна обеспечить достижения технического результата.

Библиографические данные
1. Авторское свидетельство СССР N 1573456 кл. G 06 F 7/00, 1990.

2. Патент N 2029354, кл. G 06 F 7/00, 1995.

3. Патент N 2059284, кл. G 06 F 7/00, 1996.

Ячейка однородной программно-управляемой среды относится к вычислительной технике и технике передачи дискретной информации. Ее использование позволяет строить законченные функциональные узлы. Ячейка выполняет не только преобразования над полиномами в алгебраических кольцах многочленов, но и дает возможность путем настройки среды на выполнение функции счета, шифрации, дешифрации и мультиплексирования без дополнительных схем строить кодирующие и декодирующие устройства с переменной структурой для криптографического преобразования информации и обладающих высокой структурной надежностью. Технический результат изобретения заключается в возможности использования ее в устройствах различного назначения. Ячейка содержит триггер, сумматор по модулю два, логические элементы 2-2И-2ИЛИ, И, ИЛИ, НЕ для расширения ее функциональных возможностей и упрощения конструкции однородной полиноминальной среды, создаваемой на ее основе, в нее введены три логических элемента 2-2И-2ИЛИ, второй сумматор по модулю два, два элемента ИЛИ, группа из m сумматоров по модулю два и группа из m элементов И, m-входовый элемент ИЛИ-НЕ, трехвходовый элемент И, входы настройки, информационные входы Vh(1-m), V5 и V6, группа выходов Sh(1-m). 2 ил.

Ячейка однородной программно-управляемой среды, содержащая триггер, первый и пятый элементы 2-2И-2ИЛИ, первый сумматор по модулю два, первый, второй и третий элементы И, первый и второй элементы ИЛИ, отличающаяся тем, что введены второй, третий и четвертый элементы 2-2И-2ИЛИ, второй сумматор по модулю два, группа m сумматоров по модулю два, группа элементов И, m-входовый элемент ИЛИ-НЕ, трехвходовый элемент И и регистр кода настройки, второй и четвертый входы первого элемента 2-2И-2ИЛИ соединены с первым и вторым выходами регистра кода настройки, третий вход первого элемента 2-2И-2ИЛИ является информационным входом ввода одинаковой информации в ячейки, выход первого элемента 2-2И-2ИЛИ соединен с первым входом первого элемента И, второй вход первого элемента И соединен с третьим выходом регистра кода настройки, выход первого элемента И соединен со вторым входом первого сумматора по модулю два, первый вход которого является информационным входом поразрядного ввода в ячейки, третьи входы второго и третьего элементов 2-2И-2ИЛИ соединены с выходом первого сумматора по модулю два, второй прямой и четвертый инверсный входы второго элемента 2-2И-2ИЛИ, а также первый инверсный и четвертый прямой входы третьего элемента 2-2И-2ИЛИ соединены с седьмым выходом регистра кода настройки, второй вход третьего элемента 2-2И-2ИЛИ соединен с выходом второго элемента И, первый вход второго элемента И соединен с пятым выходом регистра кода настройки, второй вход второго элемента И соединен с тактовым входом ячейки, выход второго элемента 2-2И-2ИЛИ соединен с информационным входом триггера, тактовый вход триггера соединен с выходом третьего элемента 2-2И-2ИЛИ, выход второго элемента 2-2И-2ИЛИ соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход третьего элемента И соединен со вторым выходом регистра кода настройки, выход третьего элемента И соединен с первым входом пятого элемента 2-2И-2ИЛИ, третий вход пятого элемента 2-2И-2ИЛИ соединен с прямым выходом триггера, второй инверсный и четвертый прямой входы пятого элемента 2-2И-2ИЛИ соединены с шестым выходом регистра кода настройки, инверсный выход триггера соединен с первым входом второго элемента 2-2И-2ИЛИ, первый и второй входы второго сумматора по модулю два соединены соответственно с прямым выходом триггера и восьмым выходом регистра кода настройки, выход второго сумматора по модулю два соединен с первым входом четвертого элемента 2-2И-2ИЛИ, второй инверсный и четвертый прямой входы которого соединены с четвертым выходом регистра кода настройки, третий вход четвертого элемента 2-2И-2ИЛИ соединен с информационным входом поразрядного ввода ячейки, второй вход второго элемента ИЛИ соединен с информационным входом, предназначенным для внутреннего переноса ячейки, выход второго элемента ИЛИ является информационным выходом ячейки, используемым для пересылки информации последующим ячейкам, выход третьего элемента И соединен с первым входом пятого элемента 2-2И-2ИЛИ, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход пятого элемента 2-2И-2ИЛИ соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ, первый вход которого является информационным входом обратной связи между ячейками среды, выход первого элемента ИЛИ является информационным выходом, используемым для связи с ячейками, предшествующими данной ячейке, и соединен с первым входом первого элемента 2-2И-2ИЛИ, вторые входы группы сумматоров по модулю два соединены с информационными входами ячейки, первые входы группы сумматоров по модулю два соединены с соответствующими выходами регистра кода настройки, выходы группы сумматоров по модулю два соединены с входами элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с третьим входом трехвходового элемента И, первый вход которого является входом режима дешифрации ячейки, второй вход трехвходового элемента И соединен с десятым выходом регистра кода настройки, выход трехвходового элемента И является выходом дешифрации ячейки, первые входы группы И соединены с девятым выходом регистра кода настройки, вторые входы группы элементов И соединены с шиной данных унитарного кода ячейки, выходы группы элементов И являются выходами индивидуального кода ячейки.