一种可在线错误检测的可逆容错乘法器制造技术

本发明专利技术公开了一种可在线错误检测的可逆容错乘法器，包括四位可逆容错乘法器电路和检测电路，其中，所述的检测电路包括输入信号复制电路、输出信号复制电路、输入信号异或和电路、输出信号异或和电路和错误检测器；其中，输入信号复制电路的两部分输出信号分别输入输出信号复制电路和输入信号异或和电路；输出信号复制电路的输出信号一部分输入输出信号异或和电路，另一部分作为所述乘法器的输出信号；输入信号异或和电路和输出信号异或和电路输出信号输入所述的错误检测器，检测器得到电路错误信号。本发明专利技术进行了基于可逆逻辑门的设计，避免了电路时因为计算过程中逻辑信息位的丢失而产生的能量损耗，大大降低了系统能耗，提高了系统的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可逆容错乘法器，尤其涉及一种可以线检测电路中错误的可逆容错乘法器。
技术介绍
乘法是数值计算和数据分析中最常用的运算之一。许多高级运算如平方、指数等都与其有关。乘法器是电子
的基础电路，广泛应用于数字信号处理和数字电路系统设计中。但是传统的乘法器存在一些不足，比如传统乘法器的不可逆性导致计算过程中信息位的丢失，能耗较大。Landauer指出，传统的数字电路中常用的与门、异或门等这些不可逆的门构造的电路在运行过程中，不可避免的会产生能量的损耗。每一位信息的丢失对应KT*Ln2焦耳的热量产生，其中K是波尔兹曼常量，T是绝对温度，在室温下，虽然能量的散失很少，但是在计算过程中消耗的总能量同信息位丢失的数目成正比的，在大规模集成电路中，带来的能耗损失直接会导致功耗急剧增加，同时大量的热量产生也会使系统变得更不稳定。Bennett 证明了如果计算是以可逆的方式进行，就会产生KT*Ln2的能量消耗。但是只有当系统由全部由可逆逻辑门构成时，才能够实现可逆计算。Deutsch证明了量子逻辑门均为通用逻辑门，而量子逻辑门具备可逆操作的特性， 满足可逆计算的要求，其通过级联的方式可以综合设计量子逻辑电路，量子电路由于其特殊的结构性，不存在信息位的丢失和电能与热能的转换，从而从根本上解决了传统不可逆逻辑电路的热耗问题。
技术实现思路
技术问题本专利技术要解决的技术问题是提供一种可在线错误检测的四位可逆容错乘法器，其通过将构造乘法器电路中所用的普通门替换成具有奇偶保持特性的可逆逻辑门，最后使整个电路也具有奇偶保持特性，并对电路进行在线错误检测，构造具有在线错误检测能力的可逆容错乘法器。技术方案为了解决上述的技术问题，本专利技术的可在线错误检测的可逆容错乘法器包括四位可逆容错乘法器电路和检测电路，其中，所述的检测电路包括输入信号复制电路、输出信号复制电路、输入信号异或和电路、输出信号异或和电路和错误检测器；其中，输入信号复制电路的第一部分输出信号经过四位可逆容错乘法器电路输入输出信号复制电路，输入信号复制电路的第二部分输出信号输入输入信号异或和电路；输出信号复制电路的输出信号一部分输入输出信号异或和电路，另一部分作为所述乘法器的输出信号；输入信号异或和电路和输出信号异或和电路输出信号输入所述的错误检测器，检测器得到电路错误信号。更进一步地，所述的错误检测器为奇偶校验器，其实际上为一个re门，其第一比特的输入为乘法器所有输入信号的异或和，第二比特的输入为乘法器所有输出信号的异或和。通过re的异或作用后，实时检测re门的第二比特输出，若输出为1，则乘法器部分出现问题，以此达到对错误进行实时检测。所述的四位可逆容错乘法器电路包括输入变量生成电路、乘法器输出电路，以及起复制作用的若干个具有奇偶保持特性的容错F2G门。其中，所述的输入变量生成电路由 16个具有奇偶保持能力的容错FRG门、12个F2G门级联构成，F2G门主要起到信号的复制， F2G的输出作为FRG门的输入，FRG主要是对输入信号进行与运算，同时也完成对部分信号的复制操作；乘法器输出电路由8个可逆全加器电路和4个可逆半加器电路构成，所述的可逆全加器电路由2个具有奇偶保持特性的容错MIG门级联构成，其中第一个MIG门的第一和第二比特作为加法器两个信号的输入位，第三和第四比特的输入都设置为常量0。第一个 MIG门的第一比特输出作为第二个MIG门的第四比特的输入，第一个MIG门的第二比特输出作为第二个MIG门的第一比特的输入，第一个MIG门的第三比特输出作为第二个MIG门的第三比特的输入。第二个MIG门的第二比特输入为全加器对应的前一位进位输出；所述的可逆半加器电路由1个具有奇偶保持特性的容错MIG门构成，其中MIG门的第一和第二比特作为加法器两个信号的输入位，第三和第四比特的输入都设置为常量0。第二比特输出为对应的和，第三比特输出为进位位的输出。更进一步地，所述的输入信号复制电路和输出信号复制电路分别由至少两个相互独立的对输入端的信号进行复制的re门成，其中，每个re门的第一个输入比特为需要被复制的信号，而第二输入比特设置为常量0，在re门的两个输出比特端得到两组完全相同的信号。输入信号异或和电路和输出信号异或和电路亦由至少两个re门相互级联构成， 对其输入端的所有输入信号进行异或和运算。以四个re门组成的信号异或和电路为例，其中第一个re门的两个输入比特为 ， ，然后第一个re门的第二输出比特作为第二个re门的第一比特的输入，而第二个re门的第二比特输入则为 。后面以此按照这种方式级联， 最后一个re门的第二比特的输入位最后一个有用信号知，信号通过此电路后能够得到了所有信号的异或和。有益效果本专利技术的可在线错误检测的四位可逆容错乘法器进行了基于可逆逻辑门的设计， 避免了电路时因为计算过程中逻辑信息位的丢失而产生的能量损耗，大大降低了系统能耗，提高了系统的稳定性。附图说明图1(a)是TO门示意图；(b)是F2G门示意图2是FRG门示意图图3是可逆半加器电路示意图4是可逆全加器电路示意图5是信号异或和电路示意图6是信号复制电路示意图7是输入向量生成电路示意图8是乘法器输出电路示意图9是四位可逆容错乘法器原理图10本专利技术一个实施例的可在线错误检测的可逆容错乘法器示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的技术方案进行进一步说明。如图9所示，本实施例的可在线错误检测的可逆容错乘法器为四位可逆容错乘法器。电路主要由检测电路和四位可逆容错乘法器电路构成。其中四位可逆容错乘法器电路由输入信号生成电路和乘法器输出电路组成。通过前一级的输入信号生成电路对初始输入的两组四位数据进行相应操作，将产生的信号输入到乘法器输出电路中，通过乘法器输出电路得到最终乘法器结果。所述的检测电路由信号复制电路，输入信号异或和电路、输出信号异或和电路以及奇偶校验器构成，主要是在对四位可逆容错乘法器的输入以及输出变量分别进行异或和运算后，所得到的两个信号作为奇偶校验器的输入，通过奇偶校验器进行错误检测，其通过对两个信号异或和电路的输出结果进行处理，检验两个信号是否相同，若不同则说明乘法器本身了出现问题。在四位可逆容错乘法器中，如图7所示，输入变量生成电路为一可逆电路，其由16 个FRG门(如图2所示)和12个F2G门(如图1(b)所示)构成，其中F2G门主要完成对信号的复制操作，FRG门完成对信号的与运算操作。其工作原理如下数字电路中乘法器的实质是进行加法运算，是由多个加法器构成的，但是作为加法器部分的输入输出变量不是最初的输入输出信号，而是由输入信号经过与运算操作才能得到所需信号，继而进行加法器运算。其中表1列举的就是实现乘法器功能所需的加法器输入变量。表1可逆4位乘法器变量真值表权利要求1.一种可在线错误检测的可逆容错乘法器，其特征在于，包括四位可逆容错乘法器电路和检测电路，其中，所述的检测电路包括输入信号复制电路、输出信号复制电路、输入信号异或和电路、输出信号异或和电路和错误检测器；其中，输入信号复制电路的第一部分输出信号经过四位可逆容错乘法器电路输入输出信号复制电路，输入信号复制电路的第二部分输出信号输入输入信号异或和电路；输出信号复制电路的输出信号一部分输入输出信号异或和电路，另一部分作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王友仁，张培喜，周影辉，张砦，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：