Głębokość: 7 (logarytmiczna), 18x AND, 6x OR, 7x XOR, 31 bramek (liniowy)
Pozwól mi obliczyć sumę cyfr w bazie czwartej, modulo trzy:
obwód narysowany w Logisim
Uogólnienie, formalnie (mam nadzieję, że w pewnym stopniu czytelne):
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
teraz w języku angielskim:
Chociaż liczba zawiera więcej niż dwa bity, weź dwie najniższe pary bitów i zsumuj je modulo 3, a następnie dołącz wynik z tyłu liczby, a następnie zwróć, jeśli ostatnia para ma zero modulo 3. Jeśli jest nieparzysta liczbę bitów w liczbie, dodaj dodatkowy zero bitów na górę, a następnie wypoleruj ze stałą propagacją wartości.
Dołączenie do tyłu zamiast do przodu zapewnia, że drzewo dodatków jest zrównoważonym drzewem, a nie połączoną listą. To z kolei zapewnia głębokość logarytmiczną w liczbie bitów: pięć bramek i trzy poziomy anulowania pary oraz dodatkowa bramka na końcu.
Oczywiście, jeśli pożądana jest przybliżona płaskość, przepuść górną parę niezmodyfikowaną do następnej warstwy zamiast owijać ją do przodu. Łatwiej to jednak powiedzieć niż zaimplementować (nawet w pseudokodzie). Jeśli liczba bitów w liczbie jest potęgą dwóch (jak to jest w każdym nowoczesnym systemie komputerowym od marca 2014 r.), Nie wystąpią jednak żadne pojedyncze pary.
Jeśli router układający zachowuje lokalizację / wykonuje minimalizację długości trasy, powinien zachować czytelność obwodu.
Ten kod Ruby wygeneruje schemat połączeń dla dowolnej liczby bitów (nawet jednego). Aby wydrukować, otwórz w Logisim i wyeksportuj jako obraz:
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"
na koniec, gdy poproszono mnie o utworzenie wyjścia dla 32 bitów, mój Layouter generuje to. Trzeba przyznać, że nie jest bardzo kompaktowy dla bardzo szerokich wejść:
