Шифратор

Союз Советских Социалистических РеспубликОП ИКАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет С 06 Г 5/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийКиевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции(54) ШИФРАТОР 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 и - разрядный унитарный код в 6 одп разрядный двоичный позиционный код, содержащий многовходовые элементы ИЛИ, входы которых соединены со входными цепями Я .Наиболее близким является шифратор, содержащий Зов и- входовых элементов ИЛИ, входй которых соединены со входными цепями, а выходы являются выходами шифратора 21,Недостатком укаэанных 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 ЯоЧ и) ступеней шифра 2 ции, где и - разрядность входногослова шифратора, причем каждая 1-аяступень (1 = 1,2 61 одп) содержит Я-двухвходовых элементов ИЛИи , - входовой элемент ИЛИ выходФкоторого является выходом 1-го разряда шифратора, З-й вход -. - входового элемента ЙЛИ и первый вход 3-годвухвходового элемента ИЛИ 1)с-ой сту пени (3=1 Я ; )с=2,.,6 одп)объединены и подключены к выходамсоответствующих двухвходовых элементов ИЛИ с)-й ступени, выход двухвходового элемента ИЛИ последней 15 ступени шифрации является 3 одп-ымвыходом шифратора, второй вход 3-годвухвходового элемента ИЛИ )с-ой ступени подключен к выходуст-г элемен"та ИЛИ с)-ой ступени (Ч=к+1, 20 л ), первый вход Й-го двухвходовогоэлемента ИЛИ первой ступени соединенс о -м входом г -входового элементаиИЛИ (3 =1 и) и подключен к( +3)-ой входной шине шифратора,втоирой вход о-го двухвходового элементаИЛИ первой ступени подключен к 3 "ойвходной шине шифратора. На фиг,1 изображена функциональнаяЗо схема 1-й ступени шифрации; на фиг.2 -функциональная схема 1-й ступени шифрации; на фиг.З - функциональная схема последней ступени,Предлагаемый шифратор содержитостапступень шифрации. Каждая 1-яступень (фиг.1) содержит р; входныхцепей,разделенных на пер ую 1,1 ивторую 2, 1 группы (индекс 1 при ноМерах блоков означает принадлежностьописываемого блока к 1-й ступени)РРвходовой элемент ИЛИ 3 1 и -ЫьРдвухвходовых элементов ИЛИ 4, 1,Входными цепями первой ступени (фиг.2) являются входы шифратора, Входы шифратора (входные цепи первой ступени) пронумерованы таким об 1,Я разом, что двоичный код номера входной цепи соответствует выходному коду вырабатываемому шифратором при появлении-единичного сигнала на этой входной цепи, Входные цепи первой ступени .разделены на две группы 1,1 М и 2,1. Перваягруппа входных цепей 1,1 содержит входные цепи с номераи. Вторая группа 2,1 содержит входные цепи с номерами 0,1 25 разом, в ссстав первой группы 1,1 входят все цепи, двоичные коды ноМеров которых содержат 1 в старшем (1-м) разряде, в состав второй группы 2,1 " все цепи, двоичные коды номеров которых содержат 0 в старшем (1-м) разряде. Входные цепи первой группы 1,. подключены к Я входовому элементу ИЛИ Зр 1 р выход которого является выходом 1-го (старшего) разряда шифратора (вых.(1). Каждый двухвходовый элемент ИЛИ 4,1 подключен к тем входным цепям первой 1,1 и второй 2,1 группы, у которых двоичные коды номеров отличаются 4 О только старшим (1-м) разрядом, При этом выход данного элемента ИЛИ 4,1 является для второй ступени входной цепью, номер которой соответствует номерам входных цепей первой ступени, к которым подключен данный элемент 4,1, но без учета первого разряда, Так например, если ко входам элемента 4,1 подключена входная цепь второй группы с номером Оаа аа, и входная цепь первой группы с номером 1 ааа а то выход данного элемента 4,1 будет являться для второй ступени входной цепи сномером аа а а,(аеа,а , а - цифрй 0 или 1), Следовательно, вторая ступень содержитвходных цепей, которые, в свою очередь, разделены на первую 1,2 и вторую 2,2 группы, аналогично как и в первой ступени. Аналогично построены осталь- ц) ные ступени, Так, 1-я ступень(фиг,1) содержит 2 т входных цепей, разделенных на две группы. К первой группе 1 1 принадлежат входные цепи с номерами у у тэ +1 р э а е р2 Я,.ъ +1рГ - 1, ко Второй группефМ2,1 - входные цепи с номерами 0,1,Ь ьг. - 2(.- -Ь + А; -1То есть, в состав первой группы 1,3.входных цепей 1-й ступени входят всецепи, двоичные коды номеров которыхсодержат 1 в старшем (1-м) разряде, в состав второй группы 2,1остальные входные цепи 1-й ступени.Входные цепи первой группы 1,1 подключены к -- входовому элементу ИЛИ2"3,1 выход которого является выходом1-го разряда шифратора (вых.(1).Каждый двухвходовый. элемент ИЛИ 4,1подключен к тем входным цепям первой1,1 и второй 2,1 групп, у которыхдвоичные коды номеров отличаются только старшим (1-м) разрядом, Заметим,что код номера входной цепи 1-Й ступени содержит шоу,.п+1 разряд, Выходы элементов ИЛИ 4,1 яВляются входными цепями 1 Р 1-й ступени, Нумерациявходных цепей 1+1-Й ступени производится аналогично тому, как описанодля второй ступени. В состав второйгруппы 2,1+1 входят входные цепи1+1-Й ступени, которые получены объединением через элементы 4,1 первойполовины входных цепей первой группы1,3. (номера, +1, в .у 1)и первой половины входных цепей второй группы 2,1 (номера 0,1,.фл -1), В состав первой группы 1,1+1входят входные цепи 1+1-й ступени,которые получены объединением черезэлемент ИЛИ 4,1 второй половины входных цепей первой группы 11 (номераTГъ -Я-= -1) и второй поовины входных цепей второй группым и2,1 (номера р-.- -т:у +1 .ЮГ -1).Последняя 6 опступень (Фиг,З)содержит четыре входные цепи с номерами 0,1,2,3. Первую группу 1,1 одп составляют входные цепи с номерамии 3, вторую 2, о и- входныецепи с номерами 0,1. Входные цепипервой группы подключены к элементуИЛИ 3, од п, ход которого является выходом ( од и)-го разряда(вых, ( оц п).Количество двухвходовых элементов ИЛИ 4,оспдля (5092 п)-йступени равно двум, к одному из элементов ИЛИ 4,6 оупподключены входные цепи первой 1, 3 одпи второй2,3 оцпгруппы с номерами 3 и 1.Выход этого элемента 4,6 оу 1 пявляется выходом Водп-го разряда шифратора (вых,боуп), Заметим, чтоэлементы ИЛИ 4,1 каждой ступени, выходы которых являются входными цепями последующей ступени с номерами0 - не используются. Это являетсяследствием того, что не используетсявт рой элемент 4, боп"1 (6 одп" 1)-йступени. При построении реальных схемшифраторов они могут быть опущены.ШифратЬр работает следующим образом, 783786Шифратор 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 1 согласно номЕру возбужденной входной цепи шифратора. В тех ступенях, которые дол- жны на выходе шифратора вырабатывать код 0, единичный сигнал со входа шифратора через элементы ИЛИ 4,1 поступает на одну из входных цепей второй группы 2,1. Таким образом, если в 1-й ступени единичный сигнал появился на входной цепи первой группы, на выходе элемента ИЛИ 3,1 (т.е. на выходе 1-го разряда шифратора) появится код 1. Если же единичный сигнал появился на входной цепи второй группы, на выходе 1-го разряда шиФратора будет код 0. 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 50 = 01012, то на выходах 1-го и 3-го разрядов шифратора должен вырабатываться код 0, на выходах 2-го и 4-го разрядов - код 1, В первую группу 1,1 первой ступени войдут входные цепи с номерами от 1000 до 1111, во вторую - с номерами от 0000 до 0111. Возбужденная входная цепь первой ступени относится ко второй группе, так как в первом разряде ее номера 0, 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 код 1, Вторая ступень содержит 4 элемента ИЛИ 4,2. Один из них подключен к входной цепи первой группы 1,2 с номером 101 и к входной цепи второй группы 2,2 с номером 001. Выход его будет для последней третьей ступени входной цепью с номером 01, на которой будет единичный сигнал. Следовательно, на входе элемента ИЛИ 3,од 2 и(см.фиг.3) - код 0 ф, на. выходе элемента 4,бод 2 и(т.е. на выходе 1 оди" го (4-го) разряда шифратора (вых. Вод 2 и) ) - код1 .Таким образом, на выходах 1-го и25 ЗО 35 Ъс- Ьа й енки ожиго эффезатраты 5 (О 15 2 О 3-го разряда шифратора получаем код 0, на выходах 2-го и 4-го разрядов - код 1.Сравним количество оборудования на построение известного и предлагаемого шифратора. В качестве меры количества оборудования примем цену по Квайну.Для построения известного шифратора требуется 8 од ия входовых эле 2ментов или с суммарной ценой с, =, од 1 и.= 11В предлагаемом шифраторе цена первой ступени си =с, +с, где с =цена в " - входового элемента 3,1; с =и - цена -- двухвходовых элемен 1 2тов 4,1. Таким образом, цена первой ступени с=и+. 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. цен всех ступеней шифратора) равнаа(г"-1) ОР где а - первый член; К - число членов; г - знаменатель геометрической прогрессии; с - сумма геометрической прогрессии. Первый член геометрической прогрессии равен цене первой ступени си , знаменатель г=1/2, число членов равно количеству ступеней Е=3 оди. Цена схемы редполагаемого шифратора равна сумме указанной геометрической прогрессии. Рассмотрим отношение количестваоборудования на построение известиго и предлагаемого шифратора. 1 Я.Итак, при и=32 с сн=б/5 - .ЪУ,а при и=64 сп/СМ=1 фОтсюда следует, что при построениипредлагаемого шифратора с числом разрядов входного слова и 7 64 количество оборудования по сравнению с известным шифратором уменьшается пропорционально и (и-количество разряцов входного слова шиФратора).Регулярность связей шифратора обеспечивается аналогичностью построенияего ступеней и воэможностью его наращивания, Так, для построения 2 празрядного шифратора достаточно кпервой ступени и-разрядного шифратора подключить еще одну ступень шифрации,Для оц даемого технико-экономическо кта рассмотрим аппаратурные на построение иэвест783786 Формула изобретения и ного и предлагаемого шифратора при разрядности входного слова п=256.ЕсЛи в качестве элементной базы взять серию К 138, то для построения известного шифратора требуется 146 корпусов миКросхем, а для предлагаемого - 100 микросхем,Итак, ожидаемый технико-экономический эффект составит 146-100=46 корпусов микросхем. С ростом и ожидаемый технико-экономиЧеский эффект значительно увеличивается. ШиФратор, содержащий элементы 15 ИЛИ, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения количества оборудования, он содержит оуп) ступеней шифрации, где и - разрядность входного слова шифратора, при- рО чем каждая З.-ая ступень (5.=1,2 3 оц п) содержит + двухвходовых элементов ИЛИ и - - входовой эле 33 22мент ИЛИ, выход которого является выходом 1-го разряда шифратора, 3-ый вход - -входового элемента ИЛИ и первый вход 3-го 1 двухвхопавого элемент та ИЛИ 1-ой ступени (3=1 - ;1=2 Воуп) объединены и подключены к выходам соответствующихдвухвходовых элементов ИЛИ (Е)-йступени, выход двухвходового элементаИЛИ последней ступени шифрации явля.е тс я 3 од и-ым выходом шифра тора, в торой вход 3-го двухвходового элементаИЛИ )-ой ступени подключен к выходуЧ-го элемента ИЛИ (К)-ой ступени,Ч=ф+1 жр),первый вход 3-годвухвходового элемента ИЛИ первойступени соединен с В -м входом вхоидового элемента ИЛИ (6 =1 - ) ийподключен к (- + ) -ой входной шинешифратора, второй вход 8 -го двухвходового элемента ИЛИ первой ступени подключен к 1-ой входной шинешифратора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Майоров С.А., Новиков Г.И.Принципы организации цифровых машин.Ленинград, Машиностроение, 1974.2, Потемкин И.С, Построение функциональных узлов на потенциальныхсистемах элементов, Московский ордена Ленина энергетический институт,Москва, 1974 (прототип).78 3786 и-Ю ЗиФ/ НИИПИ, Эаказ 8550/52 краж 751 Подписное Филиал ППППатент , г, Ужгород, Ул. Проектная,