लॉजिक गेट्स के साथ दशमलव (DPD) को घनत्व में पैक किया


13

TNB पर nandgame की हालिया लोकप्रियता से प्रेरित होकर , और मेरी अपनी पिछली चुनौती

पृष्ठभूमि

सघन रूप से पैक्ड दशमलव (DPD) द्विआधारी में दशमलव अंकों को कुशलता से संग्रहीत करने का एक तरीका है। यह 10 दशमलव में तीन दशमलव अंक (000 से 999) संग्रहीत करता है, जो भोली बीसीडी (जो 4 अंकों में एक अंक संग्रहीत करता है) की तुलना में बहुत अधिक कुशल है।

रूपांतरण तालिका

डीपीडी को बिट्स और अंकों के बीच आसानी से परिवर्तित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, सरल पैटर्न द्वारा ऊपर से नीचे तक मिलान किया जाता है। प्रत्येक बिट पैटर्न परिभाषित करता है कि कितने उच्च अंक (8-9) की संख्या है, वे कहाँ हैं, और बिट्स को दशमलव प्रतिनिधित्व बनाने के लिए कैसे स्थानांतरित करें।

निम्नलिखित डीपीडी के 10 बिट्स से तीन दशमलव अंकों में रूपांतरण तालिका है। प्रत्येक दशमलव अंक को 4-बिट बाइनरी (बीसीडी) के रूप में दर्शाया गया है। दोनों पक्षों को सबसे महत्वपूर्ण अंक से दाएं बाएं लिखा जाता है।

Bits                 =>  Decimal         (Digit range)

a b c d e f 0 g h i  =>  0abc 0def 0ghi  (0-7) (0-7) (0-7)

a b c d e f 1 0 0 i  =>  0abc 0def 100i  (0–7) (0–7) (8–9)
a b c g h f 1 0 1 i  =>  0abc 100f 0ghi  (0–7) (8–9) (0–7)
g h c d e f 1 1 0 i  =>  100c 0def 0ghi  (8–9) (0–7) (0–7)

g h c 0 0 f 1 1 1 i  =>  100c 100f 0ghi  (8–9) (8–9) (0–7)
d e c 0 1 f 1 1 1 i  =>  100c 0def 100i  (8–9) (0–7) (8–9)
a b c 1 0 f 1 1 1 i  =>  0abc 100f 100i  (0–7) (8–9) (8–9)
x x c 1 1 f 1 1 1 i  =>  100c 100f 100i  (8–9) (8–9) (8–9)

अंकन

  • छोटे अक्षरों aको iबिट्स कि दशमलव प्रतिनिधित्व करने के लिए कॉपी कर रहे हैं कर रहे हैं।
  • 0और 1इनपुट या आउटपुट बिट पैटर्न में सटीक बिट्स हैं।
  • x रूपांतरण में बिट्स को अनदेखा किया जाता है।

कार्य

BCD के 12 बिट्स को DPD के 10 बिट्स में बदलने के लिए दो-इनपुट NAND गेट्स का उपयोग करके एक तार्किक सर्किट बनाएँ ।

उदाहरण

जोर बिट्स पैटर्न-मिलान बिट्स हैं।

DPD                    Decimal  BCD
0 0 0 0 0 0 0 1 0 1    005      0000 0000 0101
            ^
0 0 0 1 1 0 0 0 1 1    063      0000 0110 0011
            ^
0 0 0 1 1 1 1 0 0 1    079      0000 0111 1001
            ^ ^ ^
0 0 0 0 0 1 1 0 1 0    090      0000 1001 0000
            ^ ^ ^
0 0 0 1 0 1 1 1 1 0    098      0000 1001 1000
      ^ ^   ^ ^ ^
1 0 1 0 1 1 1 0 1 0    592      0101 1001 0010
            ^ ^ ^
0 0 1 1 0 0 1 1 0 1    941      1001 0100 0001
            ^ ^ ^
1 1 0 0 1 1 1 1 1 1    879      1000 0111 1001
      ^ ^   ^ ^ ^
1 1 1 0 0 0 1 1 1 0    986      1001 1000 0110
      ^ ^   ^ ^ ^
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1    999      1001 1001 1001
      ^ ^   ^ ^ ^
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1    999      1001 1001 1001
      ^ ^   ^ ^ ^

स्कोरिंग और जीतने की कसौटी

स्कोर आपके सर्किट में उपयोग किए जाने वाले दो-इनपुट नंद द्वार की संख्या है । सबसे कम स्कोर जीतता है।

आप दो-इनपुट नंद द्वार के संदर्भ में छोटे घटकों को परिभाषित कर सकते हैं, और फिर उन्हें अपने अंतिम निर्माण में उपयोग कर सकते हैं। यदि किसी घटक Xमें Nदो-इनपुट नंद द्वार शामिल हैं, तो प्रत्येक का उपयोग आपके स्कोर में Xजोड़ता Nहै। बेसिक लॉजिक गेट्स के लिए, इसका मतलब है:

  • नहीं: +1
  • 2-इनपुट और: +2
  • 2-इनपुट OR: +3
  • 2-इनपुट XOR: +4

लुइस वापस लुढ़का 'क्योंकि परमाणु-कोड-गोल्फ एक जीतने की कसौटी टैग है और कोड-चुनौती उन सवालों के लिए है जिनके पास जीतने का मापदंड है जो अन्य टैग द्वारा कवर नहीं किया गया है।
पीटर टेलर

यह अभी भी मेरे लिए स्पष्ट नहीं है। मुझे लगता है कि अक्षरों aके iअर्थ और रूपांतरित करने की प्रक्रिया के बारे में और वर्णन करने की आवश्यकता है । केवल उदाहरणों को दिखाने के बजाय कदमों से गुजरें और उम्मीद करें कि हम इससे समझें।
mbomb007

@ mbomb007, शायद यह मेरे लिए स्पष्ट है क्योंकि मेरी एक भाषा एसएमएल है। यह पहला कोड ब्लॉक वस्तुतः एक पैटर्न-मिलान भाषा में एक संदर्भ कार्यान्वयन है (हालांकि यह एसएमएलएनजे में बेहतर काम करता है, जो एमएलटन की तुलना में प्रत्येक कथन का परिणाम इकोस करता है)।
पीटर टेलर

@ mbomb007 मैंने रूपांतरण तालिका की पैटर्न-मिलान प्रकृति को स्पष्ट करने का प्रयास किया। क्या इसने सहायता की?
बब्बलर

1
@ बब्बलर हाँ, यह मददगार है
mbomb007

जवाबों:


4

45 नंद (या 43)

45 पूर्ण न्यूनतम लगता है, लेकिन एक चाल से 43 एनएएनडी तक पहुंचना संभव है: यह मानकर कि सबसे बड़ी संख्या सही ढंग से कोडित है।

888, 889, 898, 899, 988, 989, 998, 999 को 2 MSB के साथ 00 के रूप में एनकोड किया जाना चाहिए, जिसमें डिकोडिंग के लिए सिर्फ 43 NAND की आवश्यकता होती है।

हालांकि, डिकोडिंग के लिए विनिर्देश में, उन्हें अनदेखा करने के लिए निर्दिष्ट किया जाता है, जिसका अर्थ है कि वे कुछ भी हो सकते हैं। यह एक उचित धारणा है कि इस फ्रीर विनिर्देश को कम फाटकों की आवश्यकता हो सकती है, लेकिन विपरीत सच है। इसके लिए 45 गेट आवश्यक हैं। यह बचत वास्तविक सर्किट के लिए वास्तविक लाभ दे सकती है।

मुझे ऐसे सर्किट भी मिले जो काफी अधिक कुशल और तेज थे, जिनमें कुछ और द्वार थे।

इस बार सर्किट की कोई पेंसिल नहीं खींची गई। शायद बाद में।

सर्किट को स्पष्ट वेरिलॉग कोड में प्रस्तुत किया गया है, जिसमें शामिल परीक्षण के साथ चलने के लिए तैयार है।

वेरिलोग कोड:

// Densely packed decimal (DPD) to decimal, circuit in Verilog.
// 45 NANDs only, which seems to be minimal.
//
// By Kim Øyhus 2019 (c) into (CC BY-SA 3.0.)
// This work is licensed under the Creative Commons Attribution 3.0
// Unported License. To view a copy of this license, visit
// https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/
//
// This is my entry to win this Programming Puzzle & Code Golf
// at Stack Exchange: 
// /codegolf/176557/densely-packed-decimal-dpd-to-decimal-with-logic-gates
//
// TASK:
// 3 decimal digits are stored in 10 bits in the DPD format,
// and this circuit transforms them into 3 decimal digits in
// 4 bits each, BCD format.
//
// 45 gates seem to be the smallest possible NAND circuit there is
// for this task, but I can get even lower by a trick, to 43:
// I assume that the largest numbers are correctly encoded.
//   888, 889, 898, 899, 988, 989, 998, 999 are to be encoded
// with the 2 MSB as 00, requiring just 43 NANDs for decoding.
//
//   However, in the specification for decoding, they are specified
// to be ignored, meaning they can be anything. It is a reasonable
// assumption that this freer specification could require even fewer
// gates, but the opposite is true. 45 gates are required for this.
// This saving could give real benefits for real circuits.
//
//   This DPD format seems to be used a lot for storing decimal numbers
// in computers and IO for ALUs, even though it is stored as 12 bits
// per 3 digits inside the ALUs and for other calculations.
// It is also used in many patents.


module decode1000 ( in_000, in_001, in_002, in_003, in_004, in_005, in_006, in_007, in_008, in_009, out000, out001, out002, out003, out004, out005, out006, out007, out008, out009, out010, out011 );
  input  in_000, in_001, in_002, in_003, in_004, in_005, in_006, in_007, in_008, in_009;
  output out000, out001, out002, out003, out004, out005, out006, out007, out008, out009, out010, out011;
  wire   wir000, wir001, wir002, wir003, wir004, wir005, wir006, wir007, wir008, wir009, wir010, wir011, wir012, wir013, wir014, wir015, wir016, wir017, wir018, wir019, wir020, wir021, wir022, wir023, wir024, wir025, wir026, wir027, wir028, wir029, wir030, wir031, wir032;

  nand gate000 ( wir000, in_007, in_007 );
  nand gate001 ( wir001, in_003, in_001 );
  nand gate002 ( wir002, in_002, in_003 );
  nand gate003 ( wir003, wir001, in_006 );
  nand gate004 ( wir004, wir002, in_001 );
  nand gate005 ( wir005, wir001, wir001 );
  nand gate006 ( wir006, in_005, in_001 );
  nand gate007 ( wir007, wir006, in_003 );
  nand gate008 ( out008, wir000, wir000 );
  nand gate009 ( wir008, wir004, wir007 );
  nand gate010 ( wir009, wir005, in_006 );
  nand gate011 ( wir010, wir007, wir007 );
  nand gate012 ( wir011, wir009, in_002 );
  nand gate013 ( wir012, wir011, wir009 );
  nand gate014 ( wir013, wir011, wir011 );
  nand gate015 ( wir014, in_008, wir013 );
  nand gate016 ( wir015, in_009, wir013 );
  nand gate017 ( wir016, wir010, wir014 );
  nand gate018 ( wir017, wir014, wir005 );
  nand gate019 ( wir018, wir015, wir015 );
  nand gate020 ( wir019, wir011, wir008 );
  nand gate021 ( wir020, wir019, wir006 );
  nand gate022 ( wir021, wir010, wir018 );
  nand gate023 ( wir022, wir020, wir004 );
  nand gate024 ( wir023, wir016, wir008 );
  nand gate025 ( out001, wir023, wir023 );
  nand gate026 ( out003, wir022, wir022 );
  nand gate027 ( wir024, wir005, wir008 );
  nand gate028 ( wir025, wir012, wir002 );
  nand gate029 ( wir026, wir019, in_003 );
  nand gate030 ( wir027, in_004, in_004 );
  nand gate031 ( out007, wir024, wir009 );
  nand gate032 ( out011, wir026, wir026 );
  nand gate033 ( wir028, wir017, in_005 );
  nand gate034 ( wir029, in_000, in_000 );
  nand gate035 ( wir030, wir026, in_008 );
  nand gate036 ( out005, wir028, wir028 );
  nand gate037 ( out009, wir030, wir030 );
  nand gate038 ( out000, wir029, wir029 );
  nand gate039 ( wir031, wir026, in_009 );
  nand gate040 ( out004, wir027, wir027 );
  nand gate041 ( out010, wir031, wir031 );
  nand gate042 ( wir032, out003, wir018 );
  nand gate043 ( out006, wir003, wir032 );
  nand gate044 ( out002, wir025, wir021 );
endmodule

module test;
   reg  [ 9:0] AB; // input DPD
   wire [11:0] C; // output BCD

  decode1000 U1 ( 
  .in_000 (AB[ 0]), 
  .in_001 (AB[ 1]), 
  .in_002 (AB[ 2]), 
  .in_003 (AB[ 3]), 
  .in_004 (AB[ 4]), 
  .in_005 (AB[ 5]), 
  .in_006 (AB[ 6]), 
  .in_007 (AB[ 7]), 
  .in_008 (AB[ 8]), 
  .in_009 (AB[ 9]), 
  .out000 ( C[ 0]),
  .out001 ( C[ 1]),
  .out002 ( C[ 2]),
  .out003 ( C[ 3]),
  .out004 ( C[ 4]),
  .out005 ( C[ 5]),
  .out006 ( C[ 6]),
  .out007 ( C[ 7]),
  .out008 ( C[ 8]),
  .out009 ( C[ 9]),
  .out010 ( C[10]),
  .out011 ( C[11])
  ); 

   initial  AB=0;  //unary=0;  binary=0
  always  #1  AB = AB+1;
  initial  begin
    $display("\t\ttime,\tinn 10bit   \tout 3x4bit"); 
    $monitor("%d,\t%b %b %b\t%b %b %b\t %d%d%d",$time, AB[9:7],AB[6:4],AB[3:0], C[11:8], C[7:4], C[3:0],  C[11:8], C[7:4], C[3:0]); 
  end 
  initial  #1023  $finish; 
endmodule

// How I run and test it:
// iverilog -o decode1000 decode1000.v
// vvp decode1000

3

65 62 60 58 नंद

के रूप में आदानों ले रहा है i0करने के लिए i9के रूप में और आउटपुट o0के लिए o9, oa, obहमारे पास

t0 = nand(i6, i7)
t1 = nand(t0, t0)
t2 = nand(i3, i4)
o0 = nand(nand(nand(t2, i3), t1), nand(nand(t2, i8), t1))
t3 = nand(o0, o0)
t4 = nand(i0, t3)
o1 = nand(t4, t4)
t5 = nand(i1, t3)
o2 = nand(t5, t5)
o3 = i2
# Score 13 for the first decimal digit

u0 = nand(i6, i8)
u1 = nand(u0, t0)
u2 = nand(i4, t2)
o4 = nand(nand(nand(u2, u0), u2), nand(u1, t0))
u3 = nand(o4, o4)
u4 = nand(o0, i8)
u5 = nand(u4, u4)
u6 = nand(u3, nand(nand(u5, i0), nand(u4, i3)))
o5 = nand(u6, u6)
u7 = nand(u3, nand(nand(u5, i1), nand(u4, i4)))
o6 = nand(u7, u7)
o7 = i5
# Score 20 for the second decimal digit

o8 = nand(nand(nand(nand(i4, i8), o0), t1), nand(nand(i6, u1), i6))
v2 = nand(o8, o8)
v3 = nand(i6, i6)
v4 = nand(i7, i7)
v5 = nand(v2, nand(nand(i6, nand(nand(i7, i0), nand(v4, i3))), nand(v3, i7)))
o9 = nand(v5, v5)
v6 = nand(v2, nand(nand(i6, nand(nand(i7, i1), nand(v4, i4))), nand(v3, i8)))
oa = nand(v6, v6)
ob = i9
# Score 25 for the third decimal digit

निर्माण की शुद्धता को मान्य करने के लिए अजगर परीक्षण रूपरेखा

हमारी साइट का प्रयोग करके, आप स्वीकार करते हैं कि आपने हमारी Cookie Policy और निजता नीति को पढ़ और समझा लिया है।
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.