一、技术背景
  电子计算机采用二进制码进行编码解码与算术运算。由于二进制码在运算时必须发生连续的进位或借位,无论是硬件电路运算,还是软件运算,用二进制码进行运算的速度都很慢。目前世界上最快的巨型计算机每秒钟能进行二千亿次浮点数运算,这样的速度也难以在每秒钟处理出一亿个64位的算术浮点数结果。

  二、技术介绍
  电子计算机必须使用二进制码,但是,进行算术运算可以不用二进制规则。
  河南籍技术人员魏营隆经几年研究,找出了一种不用二进制规则进行编码解码的方法,形成了数十种编码解码规则,由编码解码规则形成了数十种基本编码解码电路,由基本编码解码电路可以组合成各种算术运算电路,可以组合成各种码转换电路。此前向国家专利局提交了申请专利的技术文件。
  (一)基本算术电路的级数
  基本算术电路是指无符号运算的整数算术电路。以128位算术电路为例,假设与门、或门、非门三种基本逻辑元件的任意一种元件都为1级电路,二进制操作数从进入运算电路到二进制结果数从电路输出,加法电路为6级,减法电路为8级,乘法电路约20级,倒数电路约20级,除法电路约40级。其中,减法运算的结果是两个操作数差值的绝对值,带符号标志。
  (二)所用的电子元件
  以128位的算术电路为例,6级加法电路及8级减法电路所用的基本逻辑元件的平均值少于五千个,20级乘法电路所用元件少于三万个,20级倒数电路所用元件略少于乘法电路所用元件,除法电路所用元件约为乘法电路与倒数电路所用元件的和。
  拉长电路级数可以减少所用元件的数量。32位的加法或减法电路级数拉长到一百多级时,所用的基本逻辑元件小于300个。32位的乘法或倒数电路的级数拉长后所用的元件减少到几千个。
  (三)接口电路
  在基本算术电路前端加上输入接口,后端加上输出接口,就成了多种数据形式的有符号算术运算电路。一个有符号运算的算术电路,输入接口由整数接口、定点数接口、浮点数接口并列组成,CPU选择其中的一个接口并从选中的接口中送入相应数据。一个有符号运算的算术电路,输出接口由并列接口组成,并列接口输出的数据数值相同但数据形式不同,CPU可以从并列接口中任意取数。特别指出:有符号的加减运算输出接口中有符号标志、进位位标志、操作数的0或非0标志。
  不同的运算电路中的不同接口其电路级数不相同,电路级数从2级到6级不等。
  (四)算术电路的接口可以由CPU编码管理并外挂到CPU上,运算过程不占用CPU。

  三、技术展望
  本发明使电子计算机的算术运算技术达到了封顶高度,不可能再有新的方法使算术电路的级数小于本方法,即使将来的量子计算机也难以超超这样的运算速度。以128位有符号的算术运算电路为例,假设CPU里集成的基本逻辑元件的开关速度为每秒一百亿次,理论上加法或减法每秒钟能运算10亿个完整数据,乘法能运算5亿个完整数据,除数能运算2.5亿个完整数据。每运算一个128位的完整数据,加法或减法相当于光在真空中传播0.3米的距离,乘法相当于0.6米光距,除法相当于1.2米光距。显然,用每秒钟能处理多少完整数据并不准确,用每处理一个完整数据的光距数来表达才准确。
  (一)CPU将由提高元件的集成度转向提高元件的开关速度。过去,CPU速度的提高主要靠增加集成的元件数量。今后,CPU速度的提高主要靠提高元件的开关速度。
  (二)CPU将由过去自己进行数制转换、寻址计算、编码解码、数据处理,转向由外挂电路进行数制转换、寻址计算、编码解码、数据处理。以本发明的编码解码规则、基本电路为基础,算术运算从现有的加、减、乘、除、倒数五种运算,将拓展到开N次方及数百种函数的算术运算,并且全外挂。全外挂将极大地提高CPU的效率与程序运行速度。由于全外挂可以并行,CPU的程序运行可能向并行程序发展。
  (三)在过去,CPU的数据倒仓速度远远高于数据处理速度。今后,CPU的数据倒仓速度将远远低于数据的的处理速度,仅CPU与内存条之间的传输距离就达1米光距,还不包括倒仓时间。显然,CPU需要提高倒仓速度。
  (四)单片机的总线无论是多少位,都可以采用32位的加、减、乘、倒数四个算术电路。过去,单片机有强大的控制管理功能与低廉的价格,但数据实时处理能力差。今后,单片机将补上它的短板,拥有超强的实时数据处理能力。

  四、对计算机产业的影响
  (一)对CPU产业的影响。如果说本发明是在CPU产业发现了新大陆,那么接下来就是CPU产业的跑马圈地。因为这项技术涉及了N次方的开方电路,由CPU编码管理的能进行上百种函数运算的函数电路,各种码之间的转换电路,并以本发明为基础产生许多新的知识产权,这些新的知识产权将围绕着CPU的全外挂设备展开。
  (二)对软件产业的影响。软件产业的基础是操作系统,有操作系统的支撑就能形成软件产业体系。操作系统软件依赖于CPU硬件,CPU的硬件产业又靠操作系统的支持与促进而发展。当CPU运算方式要发生变化时,就需要产生新的、与原有的高级语言相兼容的操作系统。
  (三)对单片机产业的影响。性能高价格低的单片机渗透到了工业活动的各个细节与产品的各个领域,在经济上扮演着一个非常重要的角色。现单片机的缺陷是数据处理速度慢,实时性差。当单片机内能集成进32位的高速算术电路时,单片机技术也将发生很多变化。

  五、对CPU制造业的影响
  CPU产品分为两类,一类是高档的个人电脑CPU,一类是工业用CPU(称单片机)。前者与操作系统及众多软件密集组合,满足兼容性及互联网的大众化要求,后者各成体系以高性能与低成本满足工业技术进步及产品技术进步的需求,并且,全都是以全球的最高技术水平为标尺。CPU产业是一个技术有国籍产品无国界的产业。
  高档CPU产业一直由美国软硬兼备而领袖世界,其他国家难以插足。低档CPU由于对象是工业,各家可自成体系,全世界有十几家单片机生产厂家,这些厂家几乎都是科技发达的国家与地区,都具备国际级的水准。所有的CPU厂家都必须拥有众多高水平技术人员组成的产品研发机构进行不间断地技术开发。无论是高档CPU还是低档CPU,与国家安全、科技进步、工业发展、经济繁荣关系密切,各个国家尤其是发达国家对其十分重视。
  对于高档CPU,无论是欧洲、日本、还是中国,都想进入这个产业。但是,高档CPU产业就象是一列高速运行的火车,要从高速运行状态上车是一件很难的事情,只有在火车到站暂停的时候才有上车的机会,同时还得有车票,这个车票就是知识产权。
  当一种新的编码解码技术使CPU的运算速度一下子提高了几个数量级时,CPU产业这列火车就得进站换车头。想上车的有了机会,坐在车上的也得换车票,最终谁能留在车上得看谁有下一程车票。
  对于低档CPU,它在原有的低价格、高性能的基础上又增加了运算高速度,为进入这一产业提供了机遇。
  做为本项技术的发明人,希望自己的国家能抓住这一机遇,能利用好专利公开前的关门期多拿些知识产权。北京、上海都具备形成高档CPU产业的人才、设施、资金三个条件。其他不少城市具备形成单片机产业的人才、设施、资金的条件,比如深圳、西安、天津等城市。如果能够利用有利机遇迅速进行人才、设施、资金组合,向CPU制造业的国际最高技术水平发起冲击,相信能有一到两家高档CPU厂家与三到四家单片机厂家进入国际先进水平。


   关于编码解码与算术运算专利的基本情况介绍