Tiefe: 7 (logarithmisch), 18x AND, 6x OR, 7x XOR, 31 Gatter (linear)
Lassen Sie mich die Ziffernsumme in Basis vier, Modulo drei berechnen:
Schaltung in Logisim gezeichnet
Verallgemeinerung, formal (hoffentlich etwas lesbar):
balance (l, h) = {
is1: l & not h,
is2: h & not l,
}
add (a, b) =
let aa = balance (a.l, a.h)
bb = balance (b.l, b.h)
in { l:(a.is2 & b.is2) | (a.is1 ^ b.is1),
h:(a.is1 & b.is1) | (a.is2 ^ b.is2)}
pairs [] = []
pairs [a] = [{h:0, l:a}]
pairs [rest.., a, b] = [pairs(rest..).., {h:a, l:b}]
mod3 [p] = p
mod3 [rest.., p1, p2] = [add(p1, p2), rest..]
divisible3 number =
let {l: l, h: h} = mod3 $ pairs number
in l == h
jetzt auf englisch:
Wenn die Zahl mehr als zwei Bits enthält, nehmen Sie zwei niedrigste Bitpaare und addieren Sie sie mit Modulo 3, hängen Sie das Ergebnis an die Rückseite der Zahl an und geben Sie dann zurück, wenn das letzte Paar Null mit Modulo 3 ist. Wenn eine ungerade Zahl vorliegt Anzahl der Bits in der Zahl, fügen Sie ein zusätzliches Nullbit oben hinzu und polieren Sie dann mit konstanter Werteausbreitung.
Das Anhängen an die Rückseite anstatt an die Vorderseite stellt sicher, dass der Additionsbaum ein ausgeglichener Baum und keine verknüpfte Liste ist. Dies sichert wiederum die logarithmische Tiefe der Anzahl der Bits: fünf Gatter und drei Ebenen für die Paarlöschung und ein zusätzliches Gatter am Ende.
Wenn eine ungefähre Planarität gewünscht wird, übergeben Sie das obere Paar natürlich unverändert an die nächste Ebene, anstatt es nach vorne zu wickeln. Dies ist jedoch einfacher gesagt als implementiert (auch im Pseudocode). Wenn die Anzahl der Bits in einer Zahl eine Zweierpotenz ist (wie es in jedem modernen Computersystem ab März 2014 der Fall ist), treten jedoch keine Einzelpaare auf.
Wenn der Layouter die Lokalität beibehält / eine Minimierung der Routenlänge durchführt, sollte die Schaltung lesbar bleiben.
Dieser Ruby-Code generiert ein Schaltbild für eine beliebige Anzahl von Bits (sogar eines). Zum Drucken in Logisim öffnen und als Bild exportieren:
require "nokogiri"
Port = Struct.new :x, :y, :out
Gate = Struct.new :x, :y, :name, :attrs
Wire = Struct.new :sx, :sy, :tx, :ty
puts "Please choose the number of bits: "
bits = gets.to_i
$ports = (1..bits).map {|x| Port.new 60*x, 40, false};
$wires = [];
$gates = [];
toMerge = $ports.reverse;
def balance a, b
y = [a.y, b.y].max
$wires.push Wire.new(a.x , a.y , a.x , y+20),
Wire.new(a.x , y+20, a.x , y+40),
Wire.new(a.x , y+20, b.x-20, y+20),
Wire.new(b.x-20, y+20, b.x-20, y+30),
Wire.new(b.x , b.y , b.x , y+10),
Wire.new(b.x , y+10, b.x , y+40),
Wire.new(b.x , y+10, a.x+20, y+10),
Wire.new(a.x+20, y+10, a.x+20, y+30)
$gates.push Gate.new(a.x+10, y+70, "AND Gate", negate1: true),
Gate.new(b.x-10, y+70, "AND Gate", negate0: true)
end
def sum (a, b, c, d)
y = [a.y, b.y, c.y, d.y].max
$wires.push Wire.new(a.x , a.y , a.x , y+40),
Wire.new(a.x , y+40, a.x , y+50),
Wire.new(a.x , y+40, c.x-20, y+40),
Wire.new(c.x-20, y+40, c.x-20, y+50),
Wire.new(b.x , b.y , b.x , y+30),
Wire.new(b.x , y+30, b.x , y+50),
Wire.new(b.x , y+30, d.x-20, y+30),
Wire.new(d.x-20, y+30, d.x-20, y+50),
Wire.new(c.x , c.y , c.x , y+20),
Wire.new(c.x , y+20, c.x , y+50),
Wire.new(c.x , y+20, a.x+20, y+20),
Wire.new(a.x+20, y+20, a.x+20, y+50),
Wire.new(d.x , d.y , d.x , y+10),
Wire.new(d.x , y+10, d.x , y+50),
Wire.new(d.x , y+10, b.x+20, y+10),
Wire.new(b.x+20, y+10, b.x+20, y+50)
$gates.push Gate.new(a.x+10, y+90, "XOR Gate"),
Gate.new(b.x+10, y+80, "AND Gate"),
Gate.new(c.x-10, y+80, "AND Gate"),
Gate.new(d.x-10, y+90, "XOR Gate")
$wires.push Wire.new(a.x+10, y+90, a.x+10, y+100),
Wire.new(b.x+10, y+80, b.x+10, y+90 ),
Wire.new(b.x+10, y+90, a.x+30, y+90 ),
Wire.new(a.x+30, y+90, a.x+30, y+100),
Wire.new(d.x-10, y+90, d.x-10, y+100),
Wire.new(c.x-10, y+80, c.x-10, y+90 ),
Wire.new(c.x-10, y+90, d.x-30, y+90 ),
Wire.new(d.x-30, y+90, d.x-30, y+100)
$gates.push Gate.new(d.x-20, y+130, "OR Gate"),
Gate.new(a.x+20, y+130, "OR Gate")
end
def sum3 (b, c, d)
y = [b.y, c.y, d.y].max
$wires.push Wire.new(b.x , b.y , b.x , y+20),
Wire.new(b.x , y+20, b.x , y+30),
Wire.new(b.x , y+20, d.x-20, y+20),
Wire.new(d.x-20, y+20, d.x-20, y+30),
Wire.new(c.x , c.y , c.x , y+60),
Wire.new(c.x , y+60, b.x+30, y+60),
Wire.new(b.x+30, y+60, b.x+30, y+70),
Wire.new(d.x , d.y , d.x , y+10),
Wire.new(d.x , y+10, d.x , y+30),
Wire.new(d.x , y+10, b.x+20, y+10),
Wire.new(b.x+20, y+10, b.x+20, y+30),
Wire.new(b.x+10, y+60, b.x+10, y+70)
$gates.push Gate.new(b.x+10, y+60 , "AND Gate"),
Gate.new(d.x-10, y+70 , "XOR Gate"),
Gate.new(b.x+20, y+100, "OR Gate" )
end
while toMerge.count > 2
puts "#{toMerge.count} left to merge"
nextToMerge = []
while toMerge.count > 3
puts "merging four"
d, c, b, a, *toMerge = toMerge
balance a, b
balance c, d
sum *$gates[-4..-1]
nextToMerge.push *$gates[-2..-1]
end
if toMerge.count == 3
puts "merging three"
c, b, a, *toMerge = toMerge
balance b, c
sum3 a, *$gates[-2..-1]
nextToMerge.push *$gates[-2..-1]
end
nextToMerge.push *toMerge
toMerge = nextToMerge
puts "layer done"
end
if toMerge.count == 2
b, a = toMerge
x = (a.x + b.x)/2
x -= x % 10
y = [a.y, b.y].max
$wires.push Wire.new(a.x , a.y , a.x , y+10),
Wire.new(a.x , y+10, x-10, y+10),
Wire.new(x-10, y+10, x-10, y+20),
Wire.new(b.x , b.y , b.x , y+10),
Wire.new(b.x , y+10, x+10, y+10),
Wire.new(x+10, y+10, x+10, y+20)
$gates.push Gate.new(x, y+70, "XNOR Gate")
toMerge = [$gates[-1]]
end
a = toMerge[0]
$wires.push Wire.new(a.x, a.y, a.x, a.y+10)
$ports.push Port.new(a.x, a.y+10, true)
def xy (x, y)
"(#{x},#{y})"
end
circ = Nokogiri::XML::Builder.new encoding: "UTF-8" do |xml|
xml.project version: "1.0" do
xml.lib name: "0", desc: "#Base"
xml.lib name: "1", desc: "#Wiring"
xml.lib name: "2", desc: "#Gates"
xml.options
xml.mappings
xml.toolbar do
xml.tool lib:'0', name: "Poke Tool"
xml.tool lib:'0', name: "Edit Tool"
end #toolbar
xml.main name: "main"
xml.circuit name: "main" do
$wires.each do |wire|
xml.wire from: xy(wire.sx, wire.sy), to: xy(wire.tx, wire.ty)
end #each
$gates.each do |gate|
xml.comp lib: "2", name: gate.name, loc: xy(gate.x, gate.y) do
xml.a name: "facing", val: "south"
xml.a name: "size", val: "30"
xml.a name: "inputs", val: "2"
if gate.attrs
gate.attrs.each do |name, value|
xml.a name: name, val: value
end #each
end #if
end #comp
end #each
$ports.each.with_index do |port, index|
xml.comp lib: "1", name: "Pin", loc: xy(port.x, port.y) do
xml.a name: "tristate", val: "false"
xml.a name: "output", val: port.out.to_s
xml.a name: "facing", val: port.out ? "north" : "south"
xml.a name: "labelloc", val: port.out ? "south" : "north"
xml.a name: "label", val: port.out ? "out" : "B#{index}"
end #port
end #each
end #circuit
end #project
end #builder
File.open "divisibility3.circ", ?w do |file|
file << circ.to_xml
end
puts "done"
Auf die Aufforderung hin, eine Ausgabe für 32 Bit zu erstellen, generiert mein Layouter diese. Zugegebenermaßen ist es für sehr breite Eingaben nicht sehr kompakt:
