Шифратор Советский патент 1980 года по МПК G06F5/02 

(54) ШИФРАТОР

t

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для преобразования пространственного унитарного кода в код двоичной позиционной однородной системы счисления. Устройство может быть использовано в качестве специализированного операционного элемента, ориентированного на выполнение микрооперации шифрации.

Известен шифратор, преобразующий п - разрядный унитарный код в разрядный двоичный позиционный код, содержащий многовходовые элементы ИЛИ, входы которых соединены со входными цепями l .

Наиболее близким является шифратор, содержащий - входовых элементов ИЛИ, входы которых соединены со входными цепями, а выходы являются выходами шифратора 2 .

Недостатком указанных- шифраторов большое количество оборудования и нерегулярность его связей.

Цель изобретения - уменьшение количества оборудования, необходимого для построения шифратора.

Поставленная цель достигается тем, что шифратор содержит элементы ИЛИ, содержит (togjn-l) ступеней шифрации, где п - разрядность входного слова шифратора, причем каждая i-ая ступень (i 1,2,...., ) содержит iдвухвходовых элементов ИЛИ и входовой элемент ИЛИ, выход которого является выходом i-ro разряда шифратора, j-й вход 5-ц.- входового элемента ИЛИ и первый вход j-ro двухвходового элемента ИЛИlk-ой сту10пени (,....,-Sj;.; ,... . ,Код2П-1) объединены и подключены к выходам соответствующих двухвходовых элементов ИЛИ (k-l)-й ступени, выход двухвходового элемента ИЛИ последней

15 ступени шифрации является Zog n-bsM выходом шифратора, второй вход j-ro двухвходового элемента ИЛИ k-ой ступени подключен к выходу {д-гсэ элемента ИЛИ (k-l)-oй ступени (...,

20 е )г первый вход С-го двухвходового элемента ИЛИ первой ступени соединен

с &-м входом 2 -входовогоэлемента ИЛИ (8 1,..., U.) и подключен к ( +8)-ой входяой шине шифратора,второй вход S-ro двухвходового элемента ИЛИ первой ступени подключен к t -ой входной шине шифратора.

На фиг.1 изображена функциональная 30 схема i-й ступени шифрации; на фиг.2 функциональная схема ступени шиф рации; на фиг.З - функциональная схе ма последней ступени. Предлагаемый шифратор содержит ступень шифрации. Каждая 1-я ступень (фиг.1) содержит ВХОДНЫХ |Цепей,разделенных на первую 1,1 и вторую 2, i группы (индекс i при номерах блоков означает принадлежность Ьписываемого блока к ±-й ступени), - входовой элемент ИЛИ 3, i и -|1Двухвходовых элементов ИЛИ 4, i« Входными цепями первой ступени (фиг.2) являются входы шифратора. 4ходы шифратора (входные цепи перйой ступени) пронумерованы таким образом, что двоичный код номера входиой цепи соответствует вьоходному коду Р вырабатываемомушифратором при появлении- единичного сигнала на этой входной цепи« Входные цепи первой Ступени -разделены на две группы 1,1 и 2Д, Первая группа входных цепей 1,1 содержит входные цепи с номера..„ -Д. И .(.1 „1 Зп ,Ьп +1 ми г,,,г1,.,.,д f J, 4 . .с,,п--1„ Вторая группа 2,1 содержит входные цепи с номерами О , 1, , „ . 1 -1, , |- -l, . . , -1. TaKHivi Образом, в состав первой группы 1,1 входят все цепи, двоичные КОДЕЛ номеров которых содержат i в стар шем (1-м) разряде, в состав второй группы 2,1 все цепи, двоичные коды номеров которых содержат старшем (1-м) разряде. Входные цепи первой группы 1,1 подключены к - входовому элементу ИЛИ 3,1, выход которого является выходом Ь-го (ста шего ) разряда шифратора (вых.1), Каждый двухвходовый элемент ИЛИ 4Д подключен к тем входным цепям первой 1,1 и второй 2,1 группы, у которых двоичные коды номеров отличаются только старшим () разрядом. При этом выход данного элемента ИЛИ 4,1 является для второй ступени входной цепью, номер которой соответствует номерам входных цепей первой ступе ни, к которым подкл;эчен данный элемент 4,1, Н-О без учета первого разряда. Так, например, если ко входам элемента 4,1 подключена входная цеп второй группы с номером Oanai. . , входная цепь первой группы с номером .. «а,, а то выход данного элемента 4,1 будет являться для второй ступени входной цепи с номером . „ .а, ( ° №-1 а - цифры О или 1) . Следовательно, вторая ступень содержит входных цепей, которые, в свою очередь, раз делены на первую 1,2 и вторую 2,2 группы, аналогично как и в первой ступени. Аналогично построены остал ные ступени. Так, i-я ступень (фиг. содер}китжгг входных цепей, разделен ных на две группы. К первой группе 1,1 принадлежат входные цепи с номе П . . ovj. т an 2С% i +1, ./-jrrg- - J- г +1,..,, -1, ко второй группе :,i - входные цепи с номерами 0,1, f -jps -1, V ,IV +1,... ,-jrV 1 To есть, в состав первой группы 1,1 входных цепей 1-й ступени входят все цепи, двоичные коды номеров которых содержат в старшем (1-м) разряде, в состав второй группы 2,1 остальные входные цепи 1-й ступени. Входные цепи первой группы 1,1 подключены к -5j-- входовому элементу ИЛИ 3,1 выход которого является выходом 1-го разряда шифратора (вых.1). Каждый двухвходовый. элемент ИЛИ 4,1 подключен к тем входным цепям первой 1,1 и второй 2,1 групп, у которых двоичные коды номеров отличаются только старшим (1-м) разрядом.. Заметим, что код номера входной цепи 1-й ступени содержит &og, + 1 разряд. Выходы элементов ИЛИ 4,1 язЗляются входными цепями 14-1-й ступени. Н марация входных цепей i+1-й ступени производится аналогично тому, как описано для второй ступени. В состав второй группы 2,1+1 входят входные цепи i+1-й ступени, которые получены объединением через элементы 4,1 первой половины входных цепей первой группы 1,1 (номера- г fPS: +-Ь ,) и первой половины входных цепей второй группы 2,1 (номера 0,1,.,,, j -1) , В состав первой группы 1,1 + 1 входят входные цепи i+1-й ступени, которые получены объединением через элемент ИЛИ 4,1 второй половины входных цепей первой группы 1,1 (номера ) и второй половины входЕ1Е)1Х цепей второй группы 2,1 (номера s, .« , D Последняя ступень (фиг.З) содержит четыре входные цепи с номерами О , 1 , 2 , 3 . Первую группу 1,6одпП-1 составляют входные цепи, с номерами г и 3, вторую 2, од п-1 - входные цепи с номерами 0,1, Входные цепи первой группы подключены к элементу ИЛИ 3, од п-1, ход которого является выходом ( од п-1)-го разряда (вых. од п-Ц ) . Количество двухвходовых элементов ИЛИ 4,од2П-1 для (5од2,п-1)й ступени равно двум, к одному из элементов ИЛИ 4,iog5n-l подключены входные цепи первой 1, и второй 2,8og:2 n-l группы с нoмepa ш 3 и 1. Выход этого элемента 4,Ogjj n-l яв- .ляется выходом e,ogi2.n-ro разряда шифратора (вых. ,jn) . Заметим, что элементы ИЛИ 4,1 каждой ступени, выходы которых являются входными цепйми последующей ступени с номерами О - не используются. Это является следствием того, что не используется второй элемент 4, од2.п-1 (0og.2.n-l)-и ступени. При построении реальных схем шифраторов они могут быть опущены. Шифратор работает следующим образом. Шифратор построен таким образом, что единичный сигнал со входа шифратора через элемент ИЛИ 4,1 поступает на одну из входных цепей первой группы 1,1 в тех ступенях, которые на выходе шифратора (вых.1) должны вырабатывать код i согласно номеру возбужденной входной,цепи шиф ратора. В тех ступенях, которые должны на выходе шифратора вырабатывать код О , единичный сигнал со входа шифратора через элементы ИЛИ 4,1 пос тупает на одну из входных цепей второй группы 2,1. Таким образом, если в i-й ступени единичный сигнал появился на входной цепи первой группы на выходе элемента ИЛИ 3,1 {т.е. на выходе 1-го разряда шифратора) пояЕсли же единичный вится код сигнал появился на входной цепи вто рой группы, на выходе 1-го разряда шифратора будет код О . Так производится шифрация во всех ступенях шифратора. Если разрядность выходного кода шифратора равна 4, шифратор содержит 3 -ступени шифрации и появляется единичный сигнал на входной цепи с номером 01012./ то на выходах 1-го и 3-го разрядов шифратора должен вырабатываться код , на выходах 2-го и 4-го разрядов - код . В первую группу 1,1 первой ступени войдут входные цепи с номерами от 1000 до 1111, во вторую - с номерами от 0000 до 0111. Возбужден ная входная цепь первой ступени относится ко второй группе, так как в первом разряде ее номера О . Поэтому на выходе элемента ИЛИ 3,1 (т.е. на входе первого разряда шифратора) нулевой сигнал. Первая ступень шифрации содержит 8 элементов ИЛИ 4,1. Один из них подключен к возбужденной входной цепи второй группы 2,1 с номером 0101 и к входной цепи первой группы 1,1 с номером 1101. Выход данного элемента ИЛИ 4,1 является .для второй ступени входной цепью с номером 101, на ней единичный сигнал. Эта входная цепь относится к первой группе 1,2 второй ступени, следовательно на выходе элемента ИЛИ 3,2 (на выходе второго разряда шифратора) появляется Вторая ступень содержит 4 элемента ИЛИ 4,2. Один из них под ключен к входной цепи первой группы 1,2 с номером 101 и к входной цепи второй группы 2,2 с номером 001. Вы ход его .будет для последней третьей ступени входной цепью с номером 01, на которой будет единичный сигнал. Следовательно, на входе элемента ИЛ 3rfogji n-l (см.фиг. 3)- код О, не выходе элемента 4, (т.е. на выходе (4-го) разряда шифратора (вых. ) - код . Таким образом, на выходах 1-го и 3-го разряда шифратора получаем код на выходах 2-го и 4-го разрядов - код . Сравним количество оборудования на построение известного и предлагаемого шифратора. В качестве меры количества оборудования примем цену по Квайну. Для построения известного шифратора требуется входовых элементов или с суммарной ценой Cti -|Kogjin. В предлагаемом шифраторе цена первой ступени ,+CH , где Ci, |- цена - входового элемента 3,1; цена - двухвходовых элементов 4,1. Таким бразом, цена первой ступени Сг,п+5;. Цена второй и каждой последующей ступени вдвое меньше предыдущей. Поэтому цены ступеней предлагаемого шифратора изменяются по закону убывающей геометрической прогрессии, сумма членов которой (т.е. ценг всех ступеней шифратора) равна Q() где а - первый член; k - число членов; г - знаменатель геометрической прогрессии; с - сумма геометрической прогрессии. Первый член геометрической прогрессии равен цене первой ступени Сп , знаменатель , число членов равно количеству ступеней . Цена схемы предполагаемого шифратора равна сумме указанной геометрической прогрессии. .(-i)(). Рассмотрим отнесение количества оборудования на построение известного и предлагаемого шифратора. n-eog,h 11 / ) Итак, при при cn/crt Отсюда следует, что при построении предлагаемого шифратора с числом разрядов входного слова п 64 количество оборудования по сравнению с известным шифратором уменьшается npo-i порционально п (п-количество разрядов входного слова шифратора). Регулярность связей шифратора обеспечивается аналогичностью построения .. его ступеней и возможностью его наращивания. Так, для построения 2п разрядного шифратора достаточно к первой ступени п-разрядного шифратора подключить еще одну ступень шифрации. Для оценки ожидаемого технико-экономического эффекта рассмотрим аппаратурные затраты на построение известHor o и предлагаемого шифратора при разрядности входного слова . Если в качестве элементной базы взят серию К138, то для построения извест ного шифратора требуется 146 корпусо микросхем, а для предлагаемого - 100 микросхем. Итак, ожидаемый технико-экономичесЭкий эффект составит 146-100 46 ко пусов микросхем. С ростом п ожидаемы геХнико-экономический эффект значительно увеличивается. ; Формула изобретения Шифратор, содержащий элементы ИЛ, отличающийся тем, чт|э, с целью уменьшения количества обЬрудования, он содержит () ступеней шифрации, где п - разрядность входного слова шифратбра, причем каждая i-ая ступень (,2,..,, Eog/jn-l содержит - двухвходовых элементов ИЛИ и яр входовой элеме;нт ИЛИ, выход которого является вьйсодом i-ro разряда шифратора, j-ый вход 55 -входового элемента ИЛИ и пер вьгй 3-го двухвхонового эдемег

Зп ,

„-.Г

F5. / та ИЛИ k-ой ступени ..., тГ; k 2,..., ) объединены и подключены к выходам соответствующих двухвходовых элементов ИЛИ (К-1)-й ступени,выход двухвходового элемента ИЛИ последней ступени шифрации явля,ется Вод/2 п-ы11 выходом шифратора,второй вход j-ro двухвходового, элемента ИЛИ k-ой ступени подключен к выходу q-ro элемента ИЛИ (k-l)-oй ступени (q + 1,,.., 2 ), первый вход и-го двухвходового элемента ИЛИ первой ступени соединен с &-м входом -входового элемента ИЛИ (,..., ) и подключен к () -ой входной шине шифратора, второй вход -го двухвходового элемента ИЛИ первой ступени подключен к 5-ой входной шине шифратора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Майоров С.А., Новиков Г.И. Принципы организации цифровых машин. Ленинград, Машиностроение, 1974. 2.Потемкин И.С. Построение функциональных узлов на потенциальных системах элементов. Московский ордена Ленина энергетический институт, Москва, 1974 (прототип).

2,«

S

о1,lOff2 -fAiffffzf-f