[发明专利]一种可在线错误检测的可逆容错乘法器

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。乘法器是电子技术领域的基础电路，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。

发明内容

技术问题

本发明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，本发明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FG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FG的异或作用后，实时检测FG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FG门成，其中，每个FG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FG门的两个输出比特端得到两组完全相同的信号。