数字绳码编码解码及加减乘除倒数算术电路设计的方法

技术领域

　　电子信息

技术背景

　　数字电路进行数据处理时，把高电平做为１，低电平做为０，以１或０编制成二进制码，通过与门、或门、非门三个基本逻辑关系进行算术运算或逻辑运算。在算术运算中，二进制码进行加法运算是逐位进行，两个Ｎ位的二进制数相加时，每一位运算都必须向上发生多次连续进位，总运算层数为0.5*N*(N+1)，假设每个运算层需要3级电路，则加法运算的总电路级数为1.5*N*(N+1)级，128位加法运算，电路级数达二万五千级。二进制码的乘法运算实质上是加法运算，128位的乘法运算的电路级数相当于N个N位加法运算电路级数的和，电路级数大约300多万级。二进制码的除法运算实质上是减法运算，N/N位的电路级数大于N*N位的乘法运算电路级数。显然，如果计算机使用二进制码的硬件算术运算电路，它的位数必须足够大，大到所有数据的算术运算都能用硬件算术电路完成。当硬件算术电路的位数足够大时，即使１＋１的运算也得用电路级数很大的硬件运算电路。所以，现计算机进行算术运算是用软件来模拟或管理硬件进行，大位数的二进制数据处理，用软件模拟比硬件算术电路运算效率要低，但把不同位数的算术运算综合起来统计，软件模拟运算比硬件运算效率要高。但是，只要是用二进制码进行算术运算，就必须发生进位与借位，进位与借位就一定降低计算机的运算速度。目前世界上运算速度最快的巨型计算机每秒钟也仅能完成5000万个64位的浮点数算术运算结果。

技术先进性

　　本方法是把二进制码编码成数字绳码，通过数字绳码进行算术运算，运算过程中不发生进位，运算结束再把数字绳码解码还原成二进制码。数字绳码是一个分级码，所有的数字绳绳内运算的规则相同，同级的数字绳可以连接成一条数字绳，不同级的数字绳可以组成数字绳组，数字绳组内的不同数字绳进行运算时按跳级运算的规则进行。由数字绳码组成的算术运算电路比二进制码组成的算术运算电路其电路级数少的多。以256位的的浮点加法、减法、除法、倒数运算为例，由数字绳码组成的数字绳组算术运算电路，从二进制码的整数、定点数、浮点数送入运算电路，到运算电路中输出整数、定点数、浮点数，加法、减法运算电路约为10级基本逻辑元件，乘法电路约为20级，倒数电路约20级，除法电路为乘法电路与倒数电路的级数和。假设三种基本逻辑元件的开关速度为每秒100亿次，加法或减法的运算速度为每秒钟10亿个256位数据的运算结果，乘法的运算速度为每秒5亿个256位数据的运算结果，除法为每秒2.5亿个256位数据的运算结果，并且可以进行加、减、乘、除的并行运算。这样的运算速度比世界上现有的速度最快的巨型计算机的运算速度都快的多，所用的电子元件并不多，既可以把256位的算术运算电路集成到电子计算机的CPU里，也可以把32位的算术运算电路集成到单片机的CPU里，还可以做成插件电路板把加、减、乘、除算术运算电路外挂到CPU上。

发明目的

　　１、建立多级数字绳码的规则，建立多级数字绳码编码、解码的方法，建立数字绳码进行实结或实结段平移的方法，建立标准数字绳及浮标数字绳的方法，建立多级数字绳码的数字绳组的方法，建立多级数字绳组从饱和数字绳到不饱和数字绳的跳级方法，建立不饱和数字绳解码的方法。用与门、非门、或门三种基本逻辑元件建立起运算电路的原理电路图。

　　２、建立数字绳码加、减算术运算的方法与原理电路。

　　３、建立数字绳组进行加法、减法、乘法、倒数、除法的运算方法与原理电路。使用假码使数字绳码的减法运算成为加法运算；用分解因式的方法使乘法运算成为数字绳码的加法运算；使用假码使倒数运算成为数字绳码的加法运算，用除数的倒数与被除数相乘使除法运算成为数字绳码的加法运算。