Шифратор

Шифратор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено090678 (21) 2629656/18-24

< н783786 (51)М. Кл. с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

G 06 F 5/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 30,1180 Бюллетень М 44

Дата опубликования описания 30.1180 (53) УДК 681. 385. .63 (088.8) (72) Авторы изобретения

О.Н. Бойчев, В.И. Корнейчук, В.В. Сушко, В.П. Тарасенко и Я.И. Тарошенко

Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия

Великой Октябрьской социалистической революции (73) Заявитель (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

n — разрядный унитарный код в Log

ИЛИ, входы которых соединены со входными цепями $1).

Наиболее близким является шифратор, содержащий g ogden — входовых элементов ИЛИ, входй которых соединены со входными цепями, а выходы являются выходами шифратора $2) .

Недостатком укаэанных шифраторовбольшое 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 (fog n-1) ступеней шифра2 ции, где n — разрядность входного слова шифратора, причем каждая 1-ая ступень (i = 1,2,...., 5 og>n-1) содержит Я- двухвходовых элементов ИЛИ и < — входовой элемент ИЛИ выход

2 которого является выходом i-го разряда шифратора, j-й вход -„. — входового элемента ЙЛИ и первый вход j-го двухвходового элемента ИЛИ k-ой сту10 пени (j =l,....,, k=2,...., E ogden-1) объединены и подключены к выходам соответствующих двухвходовых элементов ИЛИ (k-1) -й ступени, выход двухвходового элемента ИЛИ последней т5 ступени шифрации является 8og n-ым выходом шифратора, второй вход j-го двухвходового элемента HJIH k-ой ступени подключен к выходу q-г< элемента ИЛИ (k-1)-ой ступени (q=Z„+l... °, 20 л ), первый вход с;-го двухвходового элемента ИЛИ первой ступени соединен с о -м входом г- -входового элемента

ИЛИ (8 =1,..., n) и подключен к (< +о)-ой входной шине шифратора,втои рой вход 6-го двухвходового элемента

ИЛИ первой ступени подключен к 3 -ой входной шине шифратора.

На фиг.l изображена функциональная

30 схема 1-й ступени шифрации; на фиг.2—

783786 функциональная схема 1-й ступени шифрацииу на фиг.3 — функциональная схема последней ступени.

Предлагаемый шифратор содержит ogden-1 ступень шифрации. Каждая i-я ступень (фиг.1) содержит =; входных

И

iцепей,разделенных на первую 1, i u вторую 2, 1 группы (индекс i при ноМерах блоков означает принадлежность описываемого блока к 1-й ступени)

Р

I входовой элемент ИЛИ 3 i и -ц ь

Р двухвходовых элементов ИЛИ 4, i.

Входными цепями первой ступени (фиг.2) являются входы шифратора.

Входы шифратора (входные цепи первой ступени) пронумерованы таким об9,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 и 2,1. Первая группа входных цепей

1,1 содержит входные цепи с номераи-1. Вторая группа 2,1 содержит входные цепи с номерами 0,1,..., разом, в ссстав первой группы 1,1 входят все цепи, двоичные коды ноМеров которых содержат 1 в старше."л (1-м) разряде, в состав второй группы 2,1 - все цепи, двоичные коды номеров которых содержат О в старшем (1-м) разряде. Входные цепи первой группы 1,1 подключены к — " входовому элементу ИЛИ 3,1, 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 4О 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 Оа а ... а „ а, и входная цепь первой группы с номером 1а а ...а„ а„ то выход данного элемента 4,1 будет являться для второй ступени входной цепи с номером а а,... а„„а, (а, а ..., а„„, а„„- цифрй О или 1), Следовательно, вторая ступень содержит < входных цепей, которые, в свою очередь, разделены на первую 1,2 и вторую 2,2 группы, аналогично как и в первой ступени. Аналогично построены осталь- g() ные ступени. Так, i-я ступень (фиг.1) содержит 2 -„- входных цепей, разделенных на две группы. К первой группе

1 i принадлежат входные цепи с номеРами Я ЯЖ "1 ° ° цЛ 1 i2;-a i 65

+1,...,р: - -1, ко второй группе фМ

2,i — входные цепи с номерами 0,1, и

° ° ° I Л 1 г г т,-ь +1 к ° ° ° i i 1- °

То есть, в состав первой группы 1, i входных цепей i-й ступени входят все цепи, двоичные коды номеров которых содержат 1 в старшем (1-м) разряде, в состав второй группы 2 i остальные входные цепи 1-й ступени.

Входные цепи первой группы l,i подключены к — — входовому элементу ИЛИ

11

2"

З,i выход которого является выходом

i1-го разряда шифратора (вых.(i)).

Каждый двухвходовый элемент ИЛИ 4,i подключен к тем входным цепям первой

l,i и второй 2,i групп, у которых двоичные коды номеров отличаются только старшим (1-м) разрядом Заметим, что код номера входной цепи i-й ступени содержит 5og,-п-i+1 разряд, Выходы элементов ИЛИ 4,i яВляются входными цепями i+1-й ступени, Нумерация входных цепей 1+1-й ступeíè производится аналогично тому, как описано для второй ступени. В состав второй группы 2,i+1 входят входные цепи

i+1-й ступени, которые получены объединением через элементы 4,1 первой половины входных цепей первой группы

1,1 (номера „,-- .„-- +1,..., †-; - 1) и первой половины входных цепей второй группы 2,i (номера 0,1,.„,, фу -1). В состав первой группы 1,i+1 входят входные цепи i+1-й ступени, которые получены объединением через элемент ИЛИ 4,i второй половины входных цепей первой группы l„i (номера

-- †- 1 ...,— - -1) и второй по1" овины входных цепей второй группы и м v

2,i (номера р:ъ —, — „.у+l,...,узы- -1) .

Последняя 9, og и-1 ступень (фиг. 3) содержит четыре входные цепи с номерами О, 1, 2, 3. Первую группу 1, fog< n-1 составляют входные цепи с номерамй и 3, вторую 2, og n-1 — входные цепи с номерами 0,1. Входные цепи первой группы подключены к элементу

ИЛИ 3, og n-l, ход которого является выходом (og n-1)-ro разряда (вых. (og п-l)).

Количество двухвходовых элементов ИЛИ 4,g ogden-1 для (fog

2,0og n-l группы с номерами 3 и 1.

Выход этого элемента 4 5ogyn-1 является выходом fogy-ro разряда шифратора (вых.(gog

0 — не используются. Это является следствием того, что не используется вт- рой элемент 4, бо п-1 (6од п-1) -й ступени. При построении реальных схем шифраторов они могут быть опущены.

ШифратЬр работает следующим образом.

783786

Шифратор построен таким образом, что единичный сигнал со входа шифратора через элемент ИЛИ 4,i поступает на одну из входных цепей первой группы l,i в тех ступенях, которые на выходе шифратора (вых.(1)) должны вырабатывать код 1 согласно номЕру возбужденной входной цепи шифратора. В тех ступенях, которые должны 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,i. Таким образом, если в i-й ступени единичный сигнал появился на входной цепи первой группы, на выходе элемента ИЛИ 3 i (т.е. на выходе 1-го разряда шифратора) появится код 1 . Если же единичный сигнал появился на входной цепи второй группы, на выходе i-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 5 0 = 0101, то на выходах

1-ro и 3-ro 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

HJIH 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,fog()n-l (см.фиг.3) — код 0, на. выходе элемента 4,5og n-l (т.е. на выходе Воц п-го (4-го) разряда шифратора (вых.(Logan)) — код 1 .

Таким образом, на выходах 1-го и

1-1

2 п

Ъи-Ь 6

5 bg и SOg n

И 8Оф1»

5 (О

20

3-ro разряда шифратора получаем код 0, на выходах 2-го и 4-ro 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 og n - входовых элеи

2 ментов или с суммарной ценой с,„=, goggn .

= "!

В предлагаемом шифраторе цена первой ступени сп =c> +с„„, где с = цена †" — входового элемента 3,1; с =n — цена — — двухвходовых элемен1 2 тов 4,1. Таким образом, цена первой ступени с „=n+ . 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) равна

o(r -1) о

Р-1 где а — первый член; k — число членов; z — знаменатель геометрической прогрессии; с — сумма геометрической прогрессии. Первый член геометричес кой прогрессии равен цене первой ступени сп Ä знаменатель r-=1/2, число членов равно количеству ступеней

k=3og>n-1. Цена схемы нредполагаемого шифратора равна сумме указанной геометрической прогрессии.

Рассмотрим отношение количества оборудования на построение известного и предлагаемого шифратора.

1К

Итак, при n=32 с> jc8=6$5 — . 7, У,, а при n=64 с и/g =l — ф,-, 1.

Отсюда следует, что при построении предлагаемого шифратора с числом разрядов входного слова и- 64 количество оборудования по сравнению с известным шифратором уменьшается про порционально n (n-количество разряцов входного слова шифратора).

Регулярность связей шифратора обеспечивается аналогичностью построения

его ступеней и воэможностью его наращивания. Так, для построения 2п разрядного шифратора достаточно к первой ступени n-разрядного шифратора подключить еще одну ступень шифрации, Для оценки ожидаемого технико-экономического эффекта рассмотрим аппаратурные затраты на построение иэвест783786

Формула изобретения

17 И

Hollo и предлагаемого шифратора при разрядности входного слова n=256.

ЕсЛи в качестве элементной базы взять серию К138, то для построения известного шифратора требуется 146 корпусов минросхем, 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, отличающийся тем, что, с целью уменьшения количества оборудования, он содержит (p og< n-1) ступеней шифрации, где n — - разрядность входного слова шифратора, причем каждая 1-ая ступень (5.=1,2,..., 3 os n-l) содержит + двухвходовых элементов ИЛИ и - — входовой эле р 2

2 мент ИЛИ, выход которого является выходом i-го разряда шифратора, 1-ый вход -входового элемента ИЛИ и первый в ход j -го 1двухвхопавого элемент та ИЛИ k-ой ступени (j=l,..., — „;

k=2 Bog n-1) объединены и подключены к выходам соответствующих двухвходовых элементов ИЛИ (k-1)-й ступени, выход двухвходового элемента

ИЛИ последней ступени шифрации явля.ется 3og n-ым выходом шифратора,второй вход j-го двухвходового элемента

ИЛИ k-ой ступени подключен к выходу

g-го элемента„ ИЛИ (К-1)-ой ступени

,с)= ф+1,..., уг ),первый вход 0-ro двухвходового элемента ИЛИ первой ступени соединен с В -м входом †-вхоИ дового элемента ИЛИ (В =1,...,— ) и

М подключен к (- + ) -ой входной шине шифратора, второй вход 8 -го двухвходового элемента ИЛИ первой ступени подключен к 8-ой входной шине шифратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Майоров С.A. 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).

78 3786 и-f

Ли

— +/

У-1 т ф

ВНИИПИ. Эаказ 8550/52

Тираж 751 Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4