專利名稱：比二進(jìn)制計(jì)算機(jī)速度至少翻倍的二進(jìn)制小孔倒像制計(jì)算機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明比二進(jìn)制計(jì)算機(jī)速度至少翻倍的二進(jìn)制小孔倒像制計(jì)算機(jī)，其是涉及一種制造新型超速計(jì)算機(jī)的原理和技術(shù)。確切的說(shuō)，是涉及區(qū)別于二進(jìn)制計(jì)算機(jī)的可仍用二值數(shù)字邏輯元件制造的，真正有原碼意義下的包含減法器、除法器的運(yùn)算器的是跟二進(jìn)制互為光學(xué)小孔成倒像的一種新型計(jì)數(shù)制的超速計(jì)算機(jī)的制造原理和技術(shù)。更確切的說(shuō)，是涉及當(dāng)采用跟制造現(xiàn)有一切二進(jìn)制計(jì)算機(jī)同樣的軟硬件提速措施所制成的新計(jì)算機(jī)，其不但作減法跟做加法速度至少一樣快，更使得做除法跟作乘法速度至少一樣快，從而總運(yùn)算速度至少比原二進(jìn)制機(jī)要快一倍以上的新型超速計(jì)算機(jī)的制造原理和技術(shù)。
現(xiàn)有技術(shù)中，不管是電子管的、晶體管的、集成電路的、超大規(guī)模集成電路的這前四代的巨(或小或微或PC)型的所有計(jì)算機(jī)，均沒(méi)有真正只采用原碼意義下制成的減法器。作減法特別是作除法均是采用補(bǔ)碼或反碼結(jié)構(gòu)去間接用加法去完成的。這是因?yàn)楝F(xiàn)有一切計(jì)算機(jī)是采用二進(jìn)制去完成四則運(yùn)算的。而二進(jìn)制和十進(jìn)制一樣，在當(dāng)位減不夠減使差是負(fù)的，必須向臨位高位借，鄰高位借不到又需逐級(jí)向更高臨位去借位，使被借及以下各低位均要變值后才能完成當(dāng)位的減的過(guò)程，這太復(fù)雜了。所以現(xiàn)有一切計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器設(shè)計(jì)時(shí)，通通不是采用這種直接用原碼去向高位借位去完成減法的技術(shù)去設(shè)計(jì)，是被迫采用先把減數(shù)的原碼變成反碼或補(bǔ)碼后去跟被減數(shù)相加得出結(jié)果后再恢復(fù)成原碼，或者把減數(shù)的原碼加到被減數(shù)上去恢復(fù)原當(dāng)位被減數(shù)之后使此當(dāng)位被減數(shù)再左移一位后重新啟動(dòng)減法的過(guò)程，作除法的過(guò)程必然要采用大量的此種復(fù)雜過(guò)程。這樣不但要保留出單元給減法的原碼結(jié)構(gòu)作儲(chǔ)存占用，也要有變?cè)a減數(shù)為反碼或補(bǔ)碼的結(jié)構(gòu)，并且還要留出單元給這種補(bǔ)碼或反碼結(jié)構(gòu)作儲(chǔ)存占用。這說(shuō)明現(xiàn)有一切二進(jìn)制計(jì)算機(jī)，為了作減法和除法使運(yùn)算器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜了，最重要的是，做減法的速度當(dāng)然要比做加法的速度平均要快上一倍之多，特別是作除法的速度因需作大量減法才能完成造成至少比作乘法的速度慢上一倍以上。
現(xiàn)有技術(shù)中，有使在觸發(fā)器設(shè)計(jì)上采用多觸發(fā)頭并行的技術(shù)，以及采用數(shù)量極多的，多到高達(dá)500臺(tái)到一千臺(tái)以上的處理器并行連接的技術(shù)，配上數(shù)學(xué)上的并行算法相結(jié)合，再配上高速傳輸數(shù)字電路的技術(shù)，這樣就以把沒(méi)有前因后果的有關(guān)運(yùn)算，盡量提前作并行計(jì)算去達(dá)到節(jié)省運(yùn)算時(shí)間去實(shí)現(xiàn)提高計(jì)算機(jī)整體的運(yùn)算速度?？墒沁@種技術(shù)雖實(shí)現(xiàn)巨型機(jī)提速(如橫濱的四個(gè)網(wǎng)球場(chǎng)大投資35億美元35萬(wàn)億次/秒，NEC公司的36萬(wàn)億次/秒，CRAY公司的X1機(jī)52萬(wàn)億次/秒，美國(guó)用于核試驗(yàn)的ASCI White機(jī)12.5萬(wàn)億次/秒，美國(guó)2003年開(kāi)始工作的100萬(wàn)億次/秒的ASCIPurple機(jī)，IBM公司計(jì)劃投2.9億美元于2005年制造Blue Gene/l的單臺(tái)機(jī)360萬(wàn)億次/秒和雙臺(tái)相互連接機(jī)的460萬(wàn)億次/秒及中國(guó)目前的1萬(wàn)億次/秒機(jī))的目的，但不能使單臺(tái)普通計(jì)算機(jī)特別是使單臺(tái)PC機(jī)提高運(yùn)算速度。
現(xiàn)有待實(shí)現(xiàn)技術(shù)中，有日本文部省確定了開(kāi)發(fā)利用光技術(shù)等把多個(gè)大型計(jì)算機(jī)及個(gè)人電腦連接起來(lái)，預(yù)定設(shè)置多個(gè)網(wǎng)格上的入口以便為下一代半導(dǎo)體、高密度電子元件、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)分析等11個(gè)領(lǐng)域的研究等提供通道的“網(wǎng)格式超大型電子計(jì)算機(jī)”。而美國(guó)和歐洲也相繼提出了要實(shí)施這一計(jì)劃，想一舉開(kāi)發(fā)出世界上運(yùn)算速度最快的電子計(jì)算機(jī)，可是這種網(wǎng)格式技術(shù)仍不適用于提高單臺(tái)小型機(jī)或單臺(tái)微機(jī)或單臺(tái)PC機(jī)的運(yùn)算速度。
本發(fā)明的目的是可以不采用反碼和補(bǔ)碼結(jié)構(gòu)，而直接采用原碼去設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)CPU的運(yùn)算器，以使新計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度至少比傳統(tǒng)的巨(或小或微或PC)型計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快上至少一倍以上。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的由萬(wàn)金華矛盾共同體展開(kāi)法技術(shù)，即由“在任何特殊的系統(tǒng)(不管是自然界系統(tǒng)、社會(huì)界系統(tǒng)、精神界系統(tǒng)、肉體系統(tǒng)、自然和社會(huì)混合系統(tǒng))內(nèi)，對(duì)該系統(tǒng)內(nèi)存在的相異的甚至互為矛盾或互為對(duì)抗的諸方，使其任何一方均按照同時(shí)包含該系統(tǒng)內(nèi)事物的所有相異的諸方去展開(kāi)表現(xiàn)出來(lái)，則該系統(tǒng)內(nèi)事物的任何方跟相異諸他方間的交往聯(lián)系方式，相處方式，轉(zhuǎn)化方式，交斗方式均達(dá)到了高度的統(tǒng)一”的技術(shù)，知道只要把常規(guī)的M≥2值多項(xiàng)式計(jì)數(shù)制即M≥2進(jìn)位制中表示的數(shù)要么正要么負(fù)的絕對(duì)分明狀態(tài)改變成“任何實(shí)數(shù)均是正負(fù)數(shù)的代數(shù)和”去用一種新計(jì)數(shù)制去表示，就不再需要單獨(dú)的表示正和負(fù)的符號(hào)位就可直接表示任何正負(fù)數(shù)了，那在這種計(jì)數(shù)制中，加減乘除的運(yùn)算法則就可能達(dá)到高度的統(tǒng)一；且由萬(wàn)金華破譯出(其是區(qū)別于文藝復(fù)興起盛興的西方科學(xué)傳統(tǒng)是直接把“物理空間”量化投影成“數(shù)學(xué)空間”)的失傳了七千年的伏羲“仰則觀象于天，俯則觀法于地，觀鳥(niǎo)獸之文與地之宜，近取諸身，遠(yuǎn)取諸物”的觀天察地先把“物理空間”模擬投影成“象形(仿真)符號(hào)空間”后再量化投影成抽象的“數(shù)學(xué)空間”畫(huà)出河圖、洛書(shū)、八卦的技術(shù)，知道M≥2進(jìn)制的光學(xué)小孔成倒像正好是符合表示“任何實(shí)數(shù)均是正負(fù)數(shù)的代數(shù)和”的一種新型計(jì)數(shù)制；再由萬(wàn)金華破譯出的失傳了三千多年的構(gòu)造《周易》經(jīng)文的六十四個(gè)一級(jí)，八個(gè)二級(jí)，四個(gè)三級(jí)，一個(gè)五級(jí)，一個(gè)零級(jí)共八十個(gè)“雙螺旋結(jié)構(gòu)”的《周易》密碼技術(shù)，指出所需的可表示“任何實(shí)數(shù)均是正負(fù)數(shù)的代數(shù)和”的相對(duì)論型新計(jì)數(shù)制，最好是每相鄰位數(shù)是均勻交錯(cuò)地實(shí)際分別表示正負(fù)數(shù)時(shí)更能充分發(fā)揮“雙螺旋結(jié)構(gòu)”帶來(lái)的優(yōu)越性。
事實(shí)上，對(duì)任何實(shí)數(shù)Y，令M≤-2為整數(shù)，則有Y＝∑yiMi，0≤yi≤|M|-1，yi為非負(fù)整數(shù)-m≤i≤n簡(jiǎn)寫(xiě)成Y=ynyn-1......y1y0.y-1y-2......y-m(yi為當(dāng)位系數(shù))yi＝M·{Y/Mi+1}-{Y/Mi}＝[Y/Mi]-M[Y/Mi+1]有遞推關(guān)系K0＝y(tǒng)yi＝Ki-M[Ki/M]Ki＝(Ki-1-yi-1)/M其中雖然y2i≥0，y2i+1≥0。但其所表數(shù)的實(shí)際分別為y2i(-M)2i＝y(tǒng)2i(M)2i≥0y2i-1(-M)2i+1＝-y2iM2i+1≤0，Y＝ΣyiMi＝Σy2i|M|2i-Σ|M|2i+1，這表明M≤-2為基底的多項(xiàng)項(xiàng)計(jì)數(shù)制Y＝ΣyiMi＝y(tǒng)nyn-1......y1y0.y-1y-2......y-m是相臨各位均勻正負(fù)交錯(cuò)的多項(xiàng)式計(jì)數(shù)制，簡(jiǎn)稱為“M≤-2”進(jìn)位制。(當(dāng)然，當(dāng)相臨各位是正負(fù)交錯(cuò)，但并不均勻交錯(cuò)地多項(xiàng)式計(jì)數(shù)制，當(dāng)均以M≤-2為基底時(shí)，其計(jì)數(shù)制是無(wú)窮的，而我們這里只取均勻交錯(cuò)地這一種)本發(fā)明是選擇了M＝-2的“負(fù)二進(jìn)制”作為新型計(jì)算機(jī)用計(jì)數(shù)制。
在“負(fù)二進(jìn)制中”，任何實(shí)數(shù)均可唯一表示。且不需要表示正負(fù)數(shù)的符號(hào)。四則運(yùn)算在“負(fù)二進(jìn)制”中得到了高度統(tǒng)一加法(或減法)既可以用加法(或減法)法則完成，又可以用減法(或加法)法則完成。作減法時(shí)不管夠減不夠減是照減，不夠時(shí)不但不向高位借位反而向高位進(jìn)位，這跟作加法只有進(jìn)位一樣。同樣的作除法時(shí)，不管夠除不夠除是照除，根本不再需要恢復(fù)當(dāng)位原被除數(shù)這種復(fù)雜的過(guò)程去完成除法過(guò)程。作減法的速度至少跟作加法的速度一樣快，作除法的速度至少跟作乘法的速度一樣快。
在負(fù)二進(jìn)制中，加法法則是0 0 1 1 1 11 1111 0+0 ，+1 ，+0， +1 ， +11 ，+ 1 ， +11 ，+0 ，+11．---- ---- ---- ---- -------- ---- ---- ----0 1 1 110 0 0 10 11 11減法法則是0 0 1 11 11 11 11 0-0 ， -1 ， -0，-1 ， -11 ， - 1，-11 ， - 0 ， -11．---- ---------------- ---- ------------0 11 1 0 110 10 0 111乘法法則0 011 111 11 11 0x0 ，x1 ， x0， x1 ，x11 ， x 1，x11 ，x 0 ，x11．---- ---- ---- ---- ---- ---- -------- ----0 001 11111 0 0除法法則-2/3+L≤A/B≤L+1/3(A為被除數(shù)，B為除數(shù)，L為整數(shù))被除數(shù)是除數(shù)的1/3倍，商上；1，被除數(shù)是除數(shù)的-2/3倍商上“-1＝11”。(1/3=0.0·1·,-2/3=0.1·0·)]]>簡(jiǎn)稱為加法時(shí)逢正2進(jìn)負(fù)1(1+1＝110，11＝-1)。
逢負(fù)2進(jìn)正1(11+11＝10，11＝-1)。
減法時(shí)零減1在當(dāng)位得1，且向高臨位進(jìn)1。(0-1＝11)，(零減1得進(jìn)1)。
零減負(fù)1在當(dāng)位得1，但不進(jìn)位(0-11＝1)，(零減11得1)。
除法時(shí)被除數(shù)滿1/3倍除數(shù)時(shí)商上1。(根據(jù)是在負(fù)二進(jìn)制中1/3=0.0·1·]]>)(其是被除數(shù)“減去”除數(shù)時(shí)得“正商”的根據(jù))被除數(shù)滿-2/3倍除數(shù)時(shí)商上“負(fù)1”＝11。(根據(jù)是在負(fù)二進(jìn)制中-2/3=0.1·0·]]>)(其是被除數(shù)“加上”除數(shù)時(shí)得“負(fù)商”的根據(jù))當(dāng)A/B≥1/3就使商得1，或當(dāng)A/B≤-2/3時(shí)就使商得-1＝11。
就稱為“贏除法”當(dāng)-2/3＜A/B＜1/3時(shí)使商得1或-1＝11。
就稱為“虧除法”乘法時(shí)1XA相當(dāng)于多位的A的每位跟1進(jìn)行“邏輯與”運(yùn)算。
11XA＝-1XA相應(yīng)于0-A或左移一位與本身相加，實(shí)際是使A變號(hào)。
變號(hào)時(shí)把A變成-A可用0-A，或11XA，或把A左移一位與本身相加。
移位向左(高位)位移一位，擴(kuò)大“負(fù)2”＝10倍向右(低位)位移一位，縮小“負(fù)2”＝10倍。
本發(fā)明根據(jù)“負(fù)二進(jìn)制”特點(diǎn)，在字長(zhǎng)設(shè)計(jì)中，可以象二進(jìn)制情形時(shí)一樣在階碼和尾數(shù)上均可仍保留有表示正負(fù)數(shù)的符號(hào)位，也可均完全取消這符號(hào)位。例如在總字長(zhǎng)設(shè)計(jì)成k+I位(一般是4位，8位，16位，32位，64位等2n位時(shí))，使階碼設(shè)計(jì)成I位。由于在“負(fù)二進(jìn)制”中的小數(shù)共有四種形式00.xx......x 為I型數(shù) “X”可為“0”，也可為“1”01.xx......x 為II型數(shù)10.xx......x 為III型數(shù)11.xx......x 為IV型數(shù)這樣字長(zhǎng)中的尾數(shù)這小數(shù)部分因有1/3=0.0·1·,]]>-2/3=0.1·0·,]]>-1＝11，-2＝10，1＝1，0＝0負(fù)二進(jìn)制表示，故就有-2/3＜I型數(shù)＜1/31/3＝1-2/3＜II型數(shù)＜1+1/3＝4/3-8/3＝-2-2/3＜III型數(shù)＜-2+1/3＝-5/3-5/3＝-1-1/3＜IV型數(shù)＜-1+1/3＝-2/3由此，可根據(jù)“負(fù)二進(jìn)制”特點(diǎn)，對(duì)負(fù)二進(jìn)制的浮點(diǎn)數(shù)A＝(-2)a(N)·A(M)規(guī)定I、II、III、IV型規(guī)格化數(shù)的K位A(M)尾數(shù)(15)分別為A(M)＝00.1xx......x.
A(M)＝01.1xx......x.
A(M)＝11.1xx......x.
A(M)＝10.1xx......x.
其中小數(shù)點(diǎn)左為二位整數(shù)部分(1-2)，小數(shù)點(diǎn)右邊部分(k-2)而i位階碼(1-1)例當(dāng)i＝7時(shí)，因-42＝0101010(-2)，85(10)＝1010101(-2)∴-42≤a(N)≤85因此在總字長(zhǎng)(1)為k+i位時(shí)(a(N)為i位，A(M)為k位)，則在“負(fù)二進(jìn)制”字長(zhǎng)(1)中A＝(-2)a(N)·A(M)為范圍為±2-(k-1)∽±(2k-2→2-1)
具體地當(dāng)含αk-2＝(2-2-k+2)/2，βk-2＝(1-2-2k+4)/3時(shí)，I型規(guī)格化數(shù)A表示范圍為表示正數(shù)時(shí)，(-2)-k+4(-αk-2)≤A≤(-2)k-3·βk-2表示負(fù)數(shù)時(shí)，(-2)-k+3(-αk-2)≤A≤(-2)k-2·βk-1A可最多左移k-2位，A可最多右移k-3位；II型規(guī)格化數(shù)A表示范圍為表示正數(shù)時(shí)，(-2)-k+3(1-αk-2)≤A≤(-2)k-3·(1+βk-2)表示負(fù)數(shù)時(shí)，(-2)-k+2(1-αk-2)≤A≤(-2)k-2·(1+βk-2)A可最多左移k-2位，A可最多右移k-2位；III型規(guī)格化數(shù)A表示范圍為表示正數(shù)時(shí)，(-2)-k+2(-1-αk-2)≤A≤(-2)k-2·(-1+βk-2)表示負(fù)數(shù)時(shí)，(-2)-k+1(-1-αk-2)≤A≤(-2)k-23(-1+βk-2)A可最多左移k-2位，A可最多右移k-1位；IV型規(guī)格化數(shù)A表示范圍為表示正數(shù)時(shí)，(-2)-k+2(-2-αk-2)≤A≤(-2)k-2·(-2+βk-2)表示負(fù)數(shù)時(shí)，(-2)-k+1(-2-αk-2)≤A≤(-2)k-3·(-2+βk-2)A可最多左移k-2位，A可最多右移k-1位；本發(fā)明根據(jù)“負(fù)二進(jìn)制”的特點(diǎn)和布爾二值邏輯及二值數(shù)字門電路設(shè)計(jì)出負(fù)二進(jìn)制的加法器(21)、減法器(25)、乘法器(27)、除法器(28)。而為了對(duì)比“負(fù)二進(jìn)制”運(yùn)算器的優(yōu)越性及其跟“二進(jìn)制”運(yùn)算期及“M≥2進(jìn)制”運(yùn)算器在數(shù)字邏輯電路上的兼容性，也給出了“二進(jìn)制”加法器(21)、由布爾型三值邏輯構(gòu)造的“三進(jìn)制加法器(22)”、“負(fù)二進(jìn)制”加法器(24)、“負(fù)三進(jìn)制”減法器(26)來(lái)。從開(kāi)關(guān)函數(shù)及數(shù)字邏輯電路上看，知道“負(fù)二進(jìn)制”的加法器和減法器在結(jié)構(gòu)形式上，完全跟“二進(jìn)制”的加法器的結(jié)構(gòu)形成，以及“三進(jìn)制”的加法器和“負(fù)三進(jìn)制”的加法器和減法器的在結(jié)構(gòu)形式上是驚人的相似和互相兼容。


圖1(1)為k+i位總字長(zhǎng)結(jié)構(gòu)圖。
(1-1)為I位階碼a(N)結(jié)構(gòu)圖。各位分別γ1→γi。其中無(wú)符號(hào)位。i最宜為奇數(shù)，但也為偶。
(1-2)為尾數(shù)中2位整數(shù)部分結(jié)構(gòu)圖。各位分別為t1，t2。
(1-4)為k位尾數(shù)A(M)結(jié)構(gòu)圖。各位分別為t1→tk、其中無(wú)符號(hào)位(1-3)為尾數(shù)中小數(shù)點(diǎn)右邊的k-2位結(jié)構(gòu)圖。各位分別為t3→tk(2)為k+i位總字長(zhǎng)中每位順序編號(hào)結(jié)構(gòu)圖。各位分別t1→tk+i(3)為I型規(guī)格化數(shù)結(jié)構(gòu)圖。其中t1＝ti+1＝t2＝t1+2＝0(4)為II型規(guī)格化數(shù)結(jié)構(gòu)圖。其中t1＝ti+1＝0，t2＝ti+2＝1(5)為III型規(guī)格化數(shù)結(jié)構(gòu)圖。其中t1＝ti+1＝1，t2＝ti+2＝0(6)為IV型規(guī)格化數(shù)結(jié)構(gòu)圖。其中t1＝ti+1＝t2＝ti+2＝1(7)為I型規(guī)格化數(shù)A圖。A可為圖(二)中加數(shù)A，或?yàn)閳D(三)中加數(shù)A，或?yàn)閳D(四)中被減數(shù)A，或?yàn)閳D(五)中被乘數(shù)A，或?yàn)閳D(六)中被除數(shù)A。
(8)為I型規(guī)格化數(shù)B圖。B可為圖(二)中加數(shù)B，或?yàn)閳D(三)中加數(shù)B，或?yàn)閳D(四)中減數(shù)B，或?yàn)閳D(五)中乘數(shù)B，或?yàn)閳D(六)中除數(shù)B。
(9)單位整數(shù)L1＝1結(jié)構(gòu)圖。即(2)中ti+2＝1，其他ti＝0。
(10)單位整數(shù)L2＝-1＝11結(jié)構(gòu)圖。即(2)中ti+1＝ti+2，其他ti＝0(11)計(jì)數(shù)器<i>結(jié)構(gòu)圖。
(12)尾數(shù)寄存器E1結(jié)構(gòu)圖。即圖(六)中E1，其為k位。
(13)尾數(shù)寄存器E2結(jié)構(gòu)圖。即圖(六)中E2，其為k位。
(14)運(yùn)算結(jié)果尾數(shù)F(M)結(jié)構(gòu)圖。
(15)數(shù)A的K位尾數(shù)A(M)結(jié)構(gòu)圖。
(16)數(shù)B的K位尾數(shù)B(M)結(jié)構(gòu)圖。
(17)中間結(jié)果K位尾數(shù)A；寄存器結(jié)構(gòu)圖。
(18)數(shù)A的i位階碼a(M)結(jié)構(gòu)圖。
(19)數(shù)B的i位階碼b(M)結(jié)構(gòu)圖。
(20)運(yùn)算結(jié)果的i位階碼f(N)結(jié)構(gòu)圖。
圖2二進(jìn)制和三進(jìn)制加法器開(kāi)關(guān)函數(shù)線路圖。
(21)二進(jìn)制加法器開(kāi)關(guān)函數(shù)線路圖。
H(x，y)＝x·y為“與門”1·1＝1，1·x＝x，0·x＝0；σ(x，y)＝x·y+x·y為“異或門”ō＝1，ī＝0，1+x＝1，0+x＝x；σN為半和，hN+1為半進(jìn)位，∑N為全和，HN+1為全進(jìn)位；A2，BN為加數(shù)A，B的尾數(shù)的第N位，(22)三進(jìn)制加法器開(kāi)關(guān)函數(shù)線路圖。
H(x,y)=[(x·y-)Δ0]+[(x=·y)Δ0]+[(x=·y=)Δ0]]]>為三值“與門”。
其中o·x＝0，1·x＝x，x·x＝x，ō＝1，2+x＝x，0+x＝x，x+x＝x，ī＝2，1Δx＝1，2Δx＝x，xΔx＝x，2＝0；σ(x,y)=(xΔo)·y‾+(x‾Δo)·y+(x=Δo)·y‾]]>為三值“異或門”。
σN為半和，hN+1為半進(jìn)位，∑N為全和，hN+1為全進(jìn)位；AN，BN分別為加數(shù)A，B的尾數(shù)的第N位。
圖3負(fù)二進(jìn)制和負(fù)三進(jìn)制加法器開(kāi)關(guān)函數(shù)線路圖。
(23)負(fù)二進(jìn)制加法器開(kāi)關(guān)函數(shù)線路圖σN為半和，pN+1為半鄰位進(jìn)位，hN+1為半隔位進(jìn)位，∑N為全和，PN+1為全鄰位進(jìn)位，HN+1為全隔位進(jìn)位；(24)負(fù)三進(jìn)制加法器開(kāi)關(guān)函數(shù)線路圖σN為半和，pN+1為半鄰位進(jìn)位，hN+1為半隔位進(jìn)位，∑N為全和，PN+1為全鄰位進(jìn)位，HN+1為全隔位進(jìn)位；圖4負(fù)二進(jìn)制和負(fù)三進(jìn)制減發(fā)器開(kāi)關(guān)函數(shù)線路圖。
(25)負(fù)二進(jìn)制減法器開(kāi)關(guān)函數(shù)線路圖σN為半差，pN+1為半鄰位進(jìn)位，hN+1為半隔位進(jìn)位，∑N為全和，PN+1為全鄰位進(jìn)位，HN+1為全隔位進(jìn)位；(26)負(fù)三進(jìn)制減法器開(kāi)關(guān)函數(shù)線路圖σN為半差，pN+1為半鄰位進(jìn)位，hN+1為半隔位進(jìn)位，∑N為全和，PN+1為全鄰位進(jìn)位，HN+1為全隔位進(jìn)位；圖5負(fù)二進(jìn)制乘法器線路圖結(jié)構(gòu)圖。
A，B為乘數(shù)，按I型規(guī)格化處理，用總字長(zhǎng)k+I位表示。
A＝(-2)a(N)·A(M)，B＝(-2)b(N)·B(M)，f(N)＝a(N)+b(N)，F(xiàn)(M)＝A(M)·B(M)，A·B＝(-2)f(N)·F(M)此結(jié)果未最后作規(guī)格化處理。
(-2)f(N)·F(M)→Ω表最后結(jié)果。
由于用到11×11＝1，在線路設(shè)計(jì)中就二位二位地進(jìn)行乘后再累加，比二進(jìn)制的乘法要訣。其所用代碼跟(1)相同。
圖6負(fù)二進(jìn)制除法器線路結(jié)構(gòu)圖。
對(duì)被除數(shù)A，除數(shù)B按I型規(guī)格化處理。用總字長(zhǎng)k+I位表示。
本除法器是一種“贏虧混合”法進(jìn)行除法過(guò)程的。其作除法的速度至少跟作乘法的速度一樣快。不夠除照除，不需象二進(jìn)制除法器中需恢復(fù)當(dāng)位被除數(shù)的復(fù)雜過(guò)程。其所用代碼跟(1)相同。
圖7負(fù)二進(jìn)制四則運(yùn)算運(yùn)算法則高度統(tǒng)一例圖。
(29)加法乘減法運(yùn)算法則高度統(tǒng)一例圖。減法不夠減不再借位，而只有進(jìn)位。
(30)除法跟加法及減法運(yùn)算法則高度統(tǒng)一例圖。除法不夠除照除，不需要再恢復(fù)當(dāng)位被除數(shù)的復(fù)雜過(guò)程。
圖8(30-1)用被除數(shù)減去除數(shù)得正商例圖。
(30-2)用被除數(shù)加上除數(shù)得負(fù)商例圖。
由于本發(fā)明有原碼意義下的減法器，省去反碼和補(bǔ)碼結(jié)構(gòu)以外，不夠減照減反而象加法一樣是向高位進(jìn)位，除法不夠除時(shí)照除，不需要恢復(fù)當(dāng)位被除數(shù)的復(fù)雜過(guò)程，字長(zhǎng)設(shè)計(jì)中由于負(fù)二進(jìn)制數(shù)不要設(shè)正負(fù)符號(hào)位而也同樣省去階碼和尾數(shù)的符號(hào)位。這樣，負(fù)二進(jìn)制計(jì)算機(jī)不但結(jié)構(gòu)上得到了一定的簡(jiǎn)化，而且運(yùn)算速度比傳統(tǒng)二進(jìn)制的單臺(tái)計(jì)算機(jī)在采用同樣的提速的軟硬件措施制造的條件，要至少快一倍。而在設(shè)計(jì)中，也可同時(shí)保留二進(jìn)制的運(yùn)算器，也可去掉二進(jìn)制的運(yùn)算器，但均要新增負(fù)二進(jìn)制運(yùn)算器，設(shè)計(jì)出來(lái)后，把其當(dāng)成“黑箱”，使其跟控制器的接口引出來(lái)跟控制器連上，就成為“負(fù)二進(jìn)制計(jì)算機(jī)”或“二進(jìn)制與負(fù)二進(jìn)制混合型計(jì)算機(jī)?！北景l(fā)明的技術(shù)可以應(yīng)用到巨型或小單臺(tái)計(jì)算機(jī)上使運(yùn)算速度至少提高一倍以上，應(yīng)用在DNA計(jì)算機(jī)、分子計(jì)算機(jī)、光子計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)上意義重大，應(yīng)用在氣象在預(yù)報(bào)、地震預(yù)報(bào)、經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)、導(dǎo)彈和反導(dǎo)彈的彈上計(jì)算機(jī)及彈的地面控制計(jì)算上的意義更重大。
權(quán)利要求
1.一種比二進(jìn)制計(jì)算機(jī)速度至少翻倍的二進(jìn)制小孔倒像制計(jì)算機(jī)，是使相應(yīng)型計(jì)算機(jī)的CPU中運(yùn)算器更換(或新增)成新的是使用由“萬(wàn)金華矛盾共同體展開(kāi)法”技術(shù)和是使用由萬(wàn)金華破譯出(其是區(qū)別于文藝復(fù)興起盛興的西方科學(xué)傳統(tǒng)是直接把“物理空間”量化投影成“數(shù)學(xué)空間”)的失傳了七千年的伏羲“仰則觀象于天，俯則觀法于地，觀鳥(niǎo)獸之文與地之宜，近取諸身，遠(yuǎn)取諸物”的觀天察地先把“物理空間”模擬投影成“象形(仿真)符號(hào)空間”后再量化投影成抽象的“數(shù)字空間”畫(huà)出河圖、洛書(shū)、八卦的技術(shù)及是使用由萬(wàn)金華破譯出的失傳了三千多年的構(gòu)造《周易》經(jīng)文的由16個(gè)“周易堿基”構(gòu)成64個(gè)“周易堿易對(duì)”和六十四個(gè)一級(jí)、八個(gè)二級(jí)、四個(gè)三級(jí)、二個(gè)四級(jí)、一個(gè)五級(jí)、一個(gè)零級(jí)共八十個(gè)“雙螺旋結(jié)構(gòu)”的《周易》密碼技術(shù)所構(gòu)造出的一種跟二進(jìn)制互為光學(xué)小孔成倒像的基底為(-2)的多項(xiàng)式計(jì)數(shù)制的正負(fù)交錯(cuò)相對(duì)論型新數(shù)制為基礎(chǔ)制成的運(yùn)算器，其特征在于這種負(fù)二進(jìn)制運(yùn)算器仍然用二值數(shù)字邏輯元件去設(shè)計(jì)制造，且完全可以拋棄(雖然也可同時(shí)仍保留)掉補(bǔ)碼和反碼結(jié)構(gòu)而只用原碼結(jié)構(gòu)去設(shè)計(jì)運(yùn)算器，該運(yùn)算器的字長(zhǎng)(1)設(shè)計(jì)中階碼(1-1)和尾數(shù)部分(1-4)均可(也可仍保留)不再設(shè)置符號(hào)位；運(yùn)算器不但有原碼結(jié)構(gòu)的加法器(23)，有原碼結(jié)構(gòu)的乘法器(27)；重要的是具有不夠減照減，反而象作加法一樣向高位進(jìn)位，再不要恢復(fù)當(dāng)位被減數(shù)的過(guò)程就完成減法，具有作減法速度至少跟作加法速度一樣快的完全是原碼意義下的減法器(25)；更重要是具有不夠除照除，再不要恢復(fù)當(dāng)位被除數(shù)就完成除法，被除數(shù)減去除數(shù)得正商，被除數(shù)加上除數(shù)得負(fù)商，作除法的速度至少跟作乘法一樣快的完成是原碼意義下的除法器(28)，采用同樣提速的軟硬件措施制造，單臺(tái)新型計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度至少比傳統(tǒng)單臺(tái)計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快一倍以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求，比二進(jìn)制計(jì)算機(jī)速度至少翻倍的二進(jìn)制小孔成倒像計(jì)算機(jī)，其特征在于，其所述的跟二進(jìn)制互為光學(xué)成倒像的“負(fù)二進(jìn)制”所根據(jù)的“萬(wàn)金華矛盾共同體展開(kāi)法”技術(shù)，是為“在任何特殊系統(tǒng)(不管是自然界系統(tǒng)、社會(huì)界系統(tǒng)、精神界系統(tǒng)、肉體系統(tǒng)、自然和社會(huì)混合系統(tǒng))內(nèi)，對(duì)該系統(tǒng)內(nèi)所存在著的相異的甚至互為矛盾的或互為對(duì)抗的諸方，使其任何一方均按照同時(shí)包含該系統(tǒng)內(nèi)事物的所有相異的諸方去展開(kāi)表現(xiàn)出來(lái)，則該系統(tǒng)內(nèi)事物的任何一方跟相異諸他方間的交往聯(lián)系方式、相處方式、轉(zhuǎn)化方式、交斗方式就達(dá)到了高度的統(tǒng)一”。在這里所指的是，區(qū)別于傳統(tǒng)的把數(shù)分成要正絕對(duì)正要負(fù)絕對(duì)負(fù)的分類法，是依據(jù)一切數(shù)均是正負(fù)數(shù)的代數(shù)和去表示數(shù)，這樣數(shù)間的加減乘除運(yùn)算法則就統(tǒng)一了，減法跟加法一樣，只有進(jìn)位，沒(méi)有向高位進(jìn)位了。具體的是把實(shí)數(shù)Y，在基底為(-2)的多項(xiàng)式計(jì)數(shù)制的“負(fù)二進(jìn)制”中展開(kāi)有唯一的表示Y＝∑yi(-2)i，0≤yi≤|-2|-1＝1，即yi取0或1，-m≤i≤n簡(jiǎn)寫(xiě)成Y＝y(tǒng)nyn-1......y1y0.y-1y-2，.....y-m
3.根據(jù)
權(quán)利要求
比二進(jìn)制計(jì)算機(jī)速度至少翻倍的二進(jìn)制小孔成倒像計(jì)算機(jī)，其特征在于，其所述的字長(zhǎng)(1)是可以設(shè)計(jì)成階碼(1-1)和尾數(shù)(1-4)均不再(也可以仍舊)設(shè)置表示正負(fù)的符號(hào)位，在總字長(zhǎng)(1)中的階碼(1-1)占i位(即r1，r2，......，ri位)，尾數(shù)(1-4)占K位(即t1，t2，......，tk位)，且在尾數(shù)(1-4)中設(shè)置2位(t1，t2)為尾數(shù)的整數(shù)部分(1-2)，和尾數(shù)的小數(shù)點(diǎn)右邊的小數(shù)部分(1-3)為k-2位。i為奇數(shù)為宜，偶數(shù)也行。
4.根據(jù)
權(quán)利要求
比二進(jìn)制計(jì)算機(jī)速度至少翻倍的二進(jìn)制小孔成倒像計(jì)算機(jī)，其特征在于，其所述的減法器(25)，是采用“負(fù)二進(jìn)制”進(jìn)行演算和仍采用傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)二值數(shù)字邏輯元器件和門電路去設(shè)計(jì)的。負(fù)二進(jìn)制減法器(25)的開(kāi)關(guān)函數(shù)電子線路結(jié)構(gòu)其半減器為半差σN＝σ(AN，BN)＝AN·BN+AN·BN(即為普通二值異或門)半臨位進(jìn)位pN+1＝AN·BN(即為普通的AN和BN的與門)半隔位進(jìn)位hN+1＝0而其全加器為全差∑N＝σ(PN，σN)＝PN·σN+PN·σN全臨位進(jìn)位PN+1＝σ(HN，qN)＝HN·qN+HN·qN全隔位進(jìn)位HN+1＝HN·PN·AN·BN+HN·PN·AN·BN＝HN·PN·AN·BN其中AN為被減數(shù)，BN為減數(shù)；qN＝PN·AN·BN+PN·AN·BN其跟負(fù)二進(jìn)制加法(23)，負(fù)三進(jìn)制加法器(24)，負(fù)三進(jìn)制減法器(26)、及二進(jìn)制加法器(21)和三進(jìn)制加法器(22)的開(kāi)關(guān)函數(shù)線路結(jié)構(gòu)有驚人的線性相似。負(fù)二進(jìn)制減法器(25)之所以存在，之所以作減法的速度至少跟作加法速度一樣快，是因?yàn)椴捎昧恕?-1＝11”、“1+11＝0、”“1+1＝110”、“11+11＝10”的運(yùn)算法則，不管加也不管減，只存在進(jìn)位，不存在借位問(wèn)題。形象化可喻為“逢二進(jìn)負(fù)一(11)”、“逢負(fù)二進(jìn)一”、“0減去1，不夠減照減，個(gè)位得1，再向臨高位進(jìn)1”。
5.根據(jù)
權(quán)利要求
比二進(jìn)制計(jì)算機(jī)速度至少翻倍的二進(jìn)制小孔成倒像計(jì)算機(jī)，其特征在于，其所述的除法器(28)，被除數(shù)A滿1/3倍除數(shù)B時(shí)商得1，被除數(shù)滿-2/3倍除數(shù)B時(shí)，商得負(fù)一即“11”。因此當(dāng)采用被除數(shù)超1/3倍除數(shù)時(shí)商至少可得1次1，設(shè)計(jì)“贏除法”是采用夠除時(shí)才得商的技術(shù)，此時(shí)A/B≥1/3時(shí)商至少得一次1，A/B≤-2/3時(shí)商至少得一次-1＝11；設(shè)計(jì)“虧除法”是不夠除照除，此時(shí)在-2/3＜A/B＜1/3時(shí)也得商的技術(shù)，把兩者結(jié)合起成為“贏虧混合除法器”。這種除法器的特點(diǎn)是不夠除照除，不需要恢復(fù)當(dāng)位被除數(shù)。這種除法器(28)之所作除數(shù)速度至少跟作乘數(shù)速度一樣快，是因-2/3+L≤A/B≤L+1/3恒成立(L為整數(shù))，此時(shí)必有-5/3+L≤A/B-1≤-2/3+L≤A/B≤L+1/3≤A/B+1≤L+4/3。
6.根據(jù)
權(quán)利要求
比二進(jìn)制計(jì)算機(jī)速度至少翻倍的二進(jìn)制小孔成倒像計(jì)算機(jī)，其特征在于，其所述的乘法器(27)，其結(jié)構(gòu)上不但跟二進(jìn)制相似，且比二進(jìn)制的簡(jiǎn)捷。是因?yàn)榈靡嬗?-1)×(-1)＝11×11＝1。和1×1及1×11＝11，0×1＝0×0＝0這樣就可設(shè)計(jì)出乘數(shù)是每?jī)晌灰唤M乘一次，使乘法過(guò)程比二進(jìn)制時(shí)速度要快。
7.根據(jù)權(quán)利要求3比二進(jìn)制計(jì)算機(jī)速度至少翻倍的二進(jìn)制小孔成倒像計(jì)算機(jī)，其特征在于，其所述的字長(zhǎng)(1)，所對(duì)應(yīng)的規(guī)格化數(shù)表示法，有四種結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于A＝(-2)a(N)×00.xx……x＝(-2)a(N)A(M)有I型規(guī)格化結(jié)構(gòu)(3)，其中t1，t2設(shè)置成t1＝t2＝0；對(duì)應(yīng)于A＝(-2)a(N)×01.xx……x＝(-2)a(N)A(M)有II型規(guī)格化結(jié)構(gòu)(4)，其中設(shè)置t1，＝0，t2＝1；對(duì)應(yīng)于A＝(-2)a(N)×10.xx……x＝(-2)a(N)A(M)有III型規(guī)格化結(jié)構(gòu)(5)，其中設(shè)置成t1＝1，t2＝0；對(duì)應(yīng)于A＝(-2)a(N)×11.xx……x＝(-2)a(N)A(M)有IN型規(guī)格化結(jié)構(gòu)(6)，其中設(shè)置成t1＝t2＝1；其中“階碼a(N)”(18)是i位，“尾數(shù)A(M)”(15)是K位。i最宜為奇數(shù)，i也可為偶數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求，又根據(jù)權(quán)利要求2比二進(jìn)制計(jì)算機(jī)速度至少翻倍的二進(jìn)制小孔成倒像計(jì)算機(jī)，其所述的“雙螺旋結(jié)構(gòu)”技術(shù)在負(fù)二進(jìn)制Y＝∑yi(-2)i(0≤yi≤1，yi取0或取1)中，清楚表明Y＝y(tǒng)nyn-1…y1y0.y-1y-2.......y-m的y2i≥0，y2i+1≥0，但其所表數(shù)的實(shí)際分別為y2i(-2)2i＝y(tǒng)2i(2)2i≥0，而y2i+1(-2)2i+1＝y(tǒng)2i+1(2)2i+1≤0，這說(shuō)明負(fù)二進(jìn)制數(shù)的系數(shù)y2i＝與y2i+1所實(shí)際代表的數(shù)是均勻正負(fù)交錯(cuò)，是正負(fù)雙螺旋交錯(cuò)分布的。
全文摘要
本發(fā)明屬原始基礎(chǔ)創(chuàng)新的涉及一種比二進(jìn)制計(jì)算機(jī)速度至少翻倍的二進(jìn)制小孔倒像制計(jì)算機(jī)的制造原理和技術(shù)，是由萬(wàn)金華矛盾共同體展開(kāi)法技術(shù)和由萬(wàn)金華破譯出失傳七千多年的伏羲觀天察地畫(huà)出河圖、洛書(shū)、八卦的技術(shù)及由萬(wàn)金華破譯出失傳三千多年的構(gòu)造《周易》經(jīng)文的80個(gè)雙螺旋的密碼技術(shù)，設(shè)計(jì)出是二進(jìn)制對(duì)光學(xué)小孔成倒像的正負(fù)交錯(cuò)相對(duì)論型新數(shù)制，完全用此數(shù)制原碼和二值元件制造新運(yùn)算器，其作除法跟作乘法至少一樣快。把現(xiàn)有一切二進(jìn)制機(jī)換成增成新運(yùn)算器就成超速計(jì)算機(jī)。采用跟二進(jìn)制計(jì)算機(jī)同樣提速的軟硬件措施，新計(jì)算機(jī)的巨型或單臺(tái)機(jī)均比原二進(jìn)制機(jī)速度至少快一倍，可望淘汰現(xiàn)有二進(jìn)制計(jì)算機(jī)。
文檔編號(hào)G06F9/00GK1567179SQ0313065
公開(kāi)日2005年1月19日 申請(qǐng)日期2003年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月5日
發(fā)明者萬(wàn)金華 申請(qǐng)人:萬(wàn)金華