海明码的生成和校验
海明码校验例题
海明码校验例题
海明码是一种错误检测和纠正的校验码，它通过在数据中添加额外的校验位来检测和纠正错误。
下面是一个海明码的例题，通过这个例题来演示海明码的原理和计算方法。
题目：求信息1011的海明码。
首先，我们需要确定海明码的长度。
根据海明码的规则，数据位和校验位的总长度应该是2的整数次幂。
在本题中，我们可以选择长度为4的数据位和3个校验位，因此海明码的总长度为7位。
接下来，我们需要确定校验位的位置。
根据海明码的规则，校验位应该位于2的n（n=0，1，2....）次方位置上。
在本题中，我们可以将校验位分别放在第1、第2和第4位上。
然后，我们需要计算每个校验位的值。
海明码的每个校验位都是对应的数据位的异或运算结果。
在本题中，我们可以按照如下方式计算每个校验位的值：
●校验位1的值 = 数据位1 ^ 数据位2 ^ 数据位3 ^ 数据位4
●校验位2的值 = 数据位1 ^ 数据位2 ^ 数据位3
●校验位3的值 = 数据位1 ^ 数据位2
最后，我们将计算出的校验位和数据位组合在一起，得到海明码。
在本题中，我们的数据位为1011，因此我们可以将校验位计算结果放在第1、第2和第4位上，得到海明码为：1011 001 000。
通过这个例题，我们可以看出海明码通过添加额外的校验位来检测和纠正错误。
在实际应用中，海明码可以用于数据传输、存储等领域，提高数据的可靠性和安全性。
说明海明码校验的工作机制
说明海明码校验的工作机制海明码校验的工作机制。
海明码校验是一种常用的错误检测和纠正技术，它可以帮助我们在数据传输过程中检测和纠正错误，确保数据的完整性和准确性。
海明码校验是由美国数学家理查德·W·海明提出的，它利用了一些数学原理和算法来实现对数据的检验和纠正。
在本文中，我们将详细介绍海明码校验的工作机制，包括海明码的生成和校验过程，以及它的应用场景和优缺点。
海明码的生成过程。
海明码是一种特殊的纠错码，它可以通过一些简单的数学运算来生成。
海明码的生成过程包括以下几个步骤：1. 数据分组，首先，需要将要传输的数据分成若干个数据块，每个数据块包含若干个比特（0或1）。
2. 添加校验位，对于每个数据块，需要添加一些校验位来实现错误检测和纠正。
校验位的数量取决于数据块的大小和需要实现的纠错能力。
3. 计算校验位，校验位的计算是通过一些数学运算来实现的，通常是利用异或操作和位移操作来计算。
校验位的值是通过对数据块中的比特进行运算得到的。
4. 合并数据块，将数据块和对应的校验位合并成一个完整的海明码。
海明码的校验过程。
一旦生成了海明码，就可以在数据传输过程中使用它来进行校验。
海明码的校验过程包括以下几个步骤：1. 数据传输，将生成的海明码发送给接收方进行数据传输。
2. 接收数据，接收方接收到海明码后，需要对其进行解码，得到原始的数据块和校验位。
3. 计算校验位，接收方利用接收到的海明码中的数据块和校验位，重新计算校验位的值。
4. 检测错误，接收方将重新计算得到的校验位和接收到的校验位进行比较，如果两者不一致，则说明数据传输过程中出现了错误。
5. 纠正错误，如果检测到错误，接收方可以利用海明码中的校验位来纠正错误，通常是通过一些数学运算来实现的。
海明码的应用场景。
海明码校验在计算机网络、通信系统、存储系统等领域都有广泛的应用。
它可以帮助我们在数据传输过程中检测和纠正错误，确保数据的完整性和准确性。
海明码的实验报告
海明码的实验报告一、实验目的和背景海明码（Hamming Code）是一种能够检测和纠正单一错误的错误检测和纠正编码方法，它使用了冗余位（Redundancy Bit）来增加数据的可靠性。
本实验的目的是通过编写程序来实现海明码的生成、纠正和检测功能，并验证海明码的可靠性。
二、实验内容与步骤1. 生成海明码：编写程序实现海明码的生成功能，读取输入的原始数据并生成相应的海明码。
2. 引入错误：编写程序在生成的海明码中引入1个错误位。
3. 纠正错误：编写程序实现海明码的错误纠正功能，通过纠正之后的码字与原始数据进行比对，验证纠正效果。
4. 检测错误：编写程序实现海明码的错误检测功能，通过检测错误的海明码数据，输出错误位置。
三、实验过程与结果1. 生成海明码根据海明码的生成规则，我们编写了一个生成海明码的程序。
用户在控制台输入原始数据，程序经过处理后输出相应的海明码。
例如，输入数据为`1101`，生成的海明码为`1101001`。
2. 引入错误在生成的海明码中，我们通过编写程序随机选择一个位置并进行改写，引入1个错误位。
例如，原本生成的海明码为`1101001`，改写后为`1101101`。
3. 纠正错误根据海明码的纠正规则，我们编写了一个纠正错误的程序。
用户输入引入错误后的海明码，程序经过处理后输出经过纠正后的码字。
例如，输入的海明码为`1101101`，经过纠正后输出的码字为`1101001`。
4. 检测错误根据海明码的检测规则，我们编写了一个检测错误的程序。
用户输入海明码，程序经过处理后输出错误位置。
例如，输入的海明码为`1101101`，程序输出错误位置为`5`。
四、实验结果分析通过实验结果可以得出以下结论：1. 海明码的生成功能能够准确地将原始数据转换成相应的海明码。
2. 引入错误后，海明码的纠正功能可以将引入的错误位纠正回原始数据。
3. 海明码的检测功能能够准确地检测出错误位置。
综上所述，海明码具有较高的可靠性，能够有效地检测和纠正单一错误。
海明编码规则
海明编码规则如下：
设k个校验位为Pk,Pk-1,...,P1,n个数据位为Dn-1,Dn-2,...,D1,D0,对应的海明码为Hn+k,Hn+k-1,...,H1。
海明码的编码位数是n+k，其中n是数据位的位数，k是校验位的位数。
校验位Pi在海明码的第2^i-1位置上，数据位则依序从低到高占据海明码中剩下的位置。
海明码中的任何一位都是由若干个校验位来校验的。
其对应关系如下：被校验的海明位的下标等于所有参与校验该位的校验位的下标之和，而校验位由自身校验。
以上就是海明编码的基本规则，按照这些规则，可以构造出海明码，实现数据的错误检测和纠正。
海明码
1.海明码的概念海明码是一种可以纠正一位差错的编码。
它是利用在信息位为k位，增加r位冗余位，构成一个n=k+r位的码字，然后用r个监督关系式产生的r个校正因子来区分无错和在码字中的n个不同位置的一位错。
它必需满足以下关系式：2^r>=n+1 或2^r>=k+r+1海明码的编码效率为：R=k/(k+r)式中k为信息位位数r为增加冗余位位数[font class="Apple-style-span" style="font-weight: bold;"id="bks_cu2htj1g"]2.[/font][font class="Apple-style-span" style="font-family: ����; font-size: 12px; line-height: normal; " id="bks_4dxtg15k"][font]海明码的原理[/font]在数据中间加入几个校验码，将玛距均匀拉大，将数据的每个二进制位分配在几个奇偶校验组里，当某一位出错，会引起几个校验位的值发生变化。
海明不等式：校验码个数为K，2的K次幂个信息，1个信息用来指出“没有错误”，其余2K-1个指出错误发生在那一位，但也可能是校验位错误，故有N<=2的K次-1-K能被校验。
海明码的编码规则：1.每个校验位Ri被分配在海明码的第2的i次的位置上，2.海明玛的每一位（Hi)是由多个/1个校验值进行校验的，被校验玛的位置玛是所有校验这位的校验位位置玛之和。
一个例题：4个数据位d0,d1,d2,d3, 3个校验位r0,r1,r2，对应的位置为：d3 d2 d1 r2 d0 r1 r0 ======b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1校验位的取值，就是他所能校验的数据位的异或b1为b3,b5,b7的异或，b2为b3,b6,b7 b4为b5,b6,b7 [/font][font class="Apple-style-span" style="font-family: ����; font-size: 12px; line-height: normal; " id="bks_4dxtg15k"]海明玛传送到接受方后，将上三式的右边（b1,b2,b4)的逻辑表达式分别异或上左边的值就得到了校验方程，如果上题采用偶校验G1=b1 b3 b5 b7的异或G2=b2 b3 b6 b7的异或G3=b4 b5 b6 b7的异或若G1G2G3为001是第四位错若为011是第六位错[/font][font class="Apple-style-span" style="font-family: ����; font-size: 12px; line-height: normal;"] [/font]3.海明码的生成与接收特注：以下的+均代表异或方法一：1)海明码的生成。
海明校验码
例如：欲传递信息为b4b3b2b1(n=4)，根据 2k≥n+k+1，可求出配置成海明码需增添检测位 k=3，且它们位置的安排如下：
二进制序号 1 2 3 4 5 6 7
ห้องสมุดไป่ตู้名称
C1 C2 b4 C4 b3 b2 b1
如果按照配偶原则来配置海明码，则
C1 应使1,3,5,7位中的“1”的个数为偶数；
1234567
正确的海明码 0 1 0 0 1 0 1
接收到的海明码 0 1 0 0 1 1 1
则新的检测位为：
P4=4⊕5⊕6⊕7，即P4=0⊕1⊕1⊕1=1
P2=2⊕3⊕6⊕7，即P2=1⊕0⊕1⊕1=1
P1=1⊕3⊕5⊕7，即P1=0⊕0⊕1⊕1=0
• 由此可见，传送结果P4、P2均不呈偶数， 显然出了差错。那么，错位在哪一位呢？ 极为有意思的是，P4、P2、P1所构成的二 进制值恰恰是出错的位置，即P4P2P1=110， 表示第六位出错。发现错误后，计算机便 自动地将错误的第六位“1”纠正为“0”。
P1=1⊕3⊕5⊕7，即P1=C1⊕b4⊕b3⊕b1 P2=2⊕3⊕6⊕7，即P2=C2⊕b4⊕b2⊕b1 P4=4⊕5⊕6⊕7，即P4=C4⊕b3⊕b2⊕b1
设已知传送的正确海明码（按配偶原则配置）为 0100101，若传送后接收到的海明码为0100111， 其出错位可按下述步骤进行：
令：
二进制序号
• 又如，若收到按偶配置的海明码为1100101， 则经检测得：
P4=4⊕5⊕6⊕7，即P4=0⊕1⊕0⊕1=0 P2=2⊕3⊕6⊕7，即P2=1⊕0⊕0⊕1=0 P1=1⊕3⊕5⊕7，即P1=1⊕0⊕1⊕1=1 • 所以，出错位为：P4P2P1=001，即第一位。 可是第一位不是欲传送的信息位，而是检 测位，在一般情况下，可以不予纠正。
海明码和CRC
二、CRC校验法
1、循环校验码（CRC码）：
是数据通信领域中最常用的一种差错校验码，其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。
2、生成CRC码的基本原理：
任意一个由二进制位串组成的代码都可以和一个系数仅为‘0’和‘1’取值的多项式一一对应。例如：
代码10111对应的多项式为x6+x4+x2+x+1，而多项式为x5+x3+x2+x+1对应的代码1011。
2)冗余码与信息码合成的海明码是：
"0010a2a1a0"。
设S2=S1=S0=0,由监督关系式得：
a2=a4+a5+a6=1
a1=a3+a5+a6=0
a0=a3+a4+a6=1
因此，海明码码字为：
"00101"
2)海明码的接收。
例2.已知：
海明码的监督关系式为：
S2=a2+a4+a5+a6S1=a1+a3+a5+a6
A．11001
B．11011
C．11010
D．11011要正确的传输数据不出错，则在监督关系式中的S0，S1，S2的值就要为0，这样的话，将监督关系式化为：
a0=a3+a4+a6；a1=a3+a5+a6；a2=a4+a5+a6。若要发送的信息为1101，则接受端的码字格式应该为：
a6a5a4a3a2a1a0=1101XXX，这样就能求出a0，a1,a2的值（把a6，a5，a4，a3带入上面所化的关系式中）。
1#10#1#
1101###
4位数据海明校验码的生成与纠错
数据在传输或存储过程中常常会出现错误，为了保证数据的完整性和准确性，通常会采用校验码来进行数据校验和纠错。
海明码是一种常用的校验码之一，它能够在一定程度上实现数据的纠错和校验。
本文将详细介绍4位数据海明校验码的生成与纠错原理及方法。
一、海明码的基本原理海明码是由美国数学家理查德·海明提出的一种能够检测和纠正数据中出现的错误的编码方式。
它通过向数据中添加校验位来实现对数据进行校验和纠错。
海明码的基本原理可以概括为以下几点：1. 通过向数据中添加冗余位来实现纠错功能。
2. 通过对数据进行位的异或运算来计算校验位。
3. 通过校验位的比较来检测错误位并进行纠错。
二、4位数据海明校验码的生成方法在生成4位数据海明校验码时，需要依据原始数据的位数来确定校验位的数量。
对于4位数据，通常采用2位校验位。
而具体的生成方法如下：1. 将4位原始数据表示成二维矩阵形式。
2. 根据原始数据矩阵的每一列，计算出校验位的值。
3. 将校验位添加到原始数据矩阵中。
4. 根据生成的数据矩阵，计算出校验位的值并添加到数据中。
三、4位数据海明校验码的纠错方法当使用4位数据海明校验码进行数据传输或存储时，若出现错误，需要通过校验位来检测错误位并进行纠错。
纠错方法如下：1. 对接收到的数据进行校验，计算出校验位的值。
2. 将计算得到的校验位的值与接收到的校验位的值进行比较。
3. 根据比较结果确定错误位的位置，并将其进行纠正。
四、4位数据海明校验码的应用场景4位数据海明校验码主要应用于对数据进行短距离传输和存储过程中。
其应用场景包括但不限于以下几种情况：1. 在计算机内存中对数据进行校验和纠错。
2. 在通信传输过程中对数据进行校验和纠错。
3. 在存储介质中对数据进行校验和纠错。
4. 在传感器数据采集过程中对数据进行校验和纠错。
五、4位数据海明校验码的优缺点4位数据海明校验码作为一种常见的纠错码，具有一定的优点和缺点。
主要表现在以下几个方面：优点：1. 能够有效检测和纠正数据中出现的错误。
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航空航天大学
课程设计报告
课程设计名称：计算机组成原理课程设计
课程设计题目：海明码生成与校验电路的设计
院（系）：计算机学院
专业：计算机科学与技术（物联网方向）班级：
学号：
姓名：
指导教师：
完成时间：2016年1月4日-2016年1月15日
目录
第1章总体设计方案 (1)
1.1设计原理 (1)
1.2设计思路 (1)
1.3设计环境 (1)
第2章详细设计方案 (1)
2.1顶层方案图的设计与实现 (1)
2.1.1设计方案 (1)
2.1.2器件的选择与引脚锁定 (1)
2.2底层模块的设计与实现 (1)
2.2.1产生模块的设计与实现 (1)
2.2.2出错模块的设计与实现 (1)
2.2.3 纠正模块的设计与实现 (1)
2.3仿真调试 (1)
第3章编程下载与硬件测试 (1)
3.1编程下载 (1)
3.2硬件测试及结果分析 (1)
参考文献 (1)
附录（程序清单或电路原理图） (1)
第1章总体设计方案
1.1 设计原理
海明校验码是由理查得·海明（Richard Hanmming）于1950年提出的，它不仅具有检测错误的能力，同时还具有给出错误所在的准确位置的能力，这在通信领域有着很广泛的应用。
海明码是奇偶校验的一种扩充。
它采用多位校验码的方式，在这些校验位中的每一位都对不同的信息数据位进行奇偶校验，通过合理地安排每个校验位对原始数据进行校验位组合，可以达到发现错误，纠正错误的目的。
（1）数据位和校验位的关系
假设数据位有m位，如何设定校验位k的长度才能满足纠正一位错误的要求呢?我们这里做一个简单的推导。
k位的校验码可以有2k个值。
如果能够满足：2k>=m + k+1，在理论上k个校验码就可以判断是哪一位(包括信息码和校验码)出现问题。
（2）海明码的编码规律
若海明码的最高位号为m，最低位号为1，即H m H m-1…H2H1，则海明码的编码规律通常是：
a.校验位与数据位之和为m，每个校验位P i在海明码中被分在2i-1的位置，其余各位为数据位，并按从低向高逐位依次排列的关系分配各数据位。
b.海明码的每一位H i（包含数据位和校验位本身）由多个校验位校验，其关系是被校验的每一位位号要等于校验它的各校验位的位号之和。
这样安排的目的，
是希望校验的结果能正确反映出出错位的位号。
1.2 设计思路
（一）海明码的生成：因为要求的是8位的二进制数据，所以此处的m为8，按照数据位和校验位的对应关系，k应为4，故海明码的总位数为12，可表示为：H12——H1，4个校验位P4～P1对应的海明码位号分别为：H8/H4/H2/H1，则有如下排列关系：D8D7D6D5P4D4D3D2P3D1P2P1
按照海明码的原理得出如下的表格：
P1=D1⊕D2⊕D4⊕D5⊕D7
P2=D1⊕D3⊕D4⊕D6⊕D7
P3=D2⊕D3⊕D4⊕D8
P4=D5⊕D6⊕D7⊕D8
（二）海明码的校验：
海明码校验函数（S函数）及校验过程<偶校验>
S1=P1⊕D1⊕D2⊕D4⊕D5⊕D7
S2=P2⊕D1⊕D3⊕D4⊕D6⊕D7
S3=P3⊕D2⊕D3⊕D4⊕D8
S4=P4⊕D5⊕D6⊕D7⊕D8
1.3 设计环境
·硬件环境：伟福COP2000型计算机组成原理实验仪、XCV200实验板、微机；
·EDA环境：Xilinx foundation f3.1设计软件、COP2000仿真软件。
图1.1Xilinx foundation f3.1设计平台
第2章详细设计方案
2.1 顶层方案图的设计与实现
实现海明码的生成与校验逻辑功能，采用原理图设计输入方式完成，电路实现基于XCV200可编程逻辑芯片。
完成原理图的设计后，把输入/输出信号安排到XCV200指定的引脚上去，实现芯片的引脚锁定。
2.1.1设计方案
顶层图形文件是由产生（如图2.1），出错(如图2.2)和纠正(如图2.3)三个模块元件组装而成的一个完整的设计实体组成。
图2.1 产生模块
图2.2 出错模块
图2.3 纠正模块
2.1.2器件的选择与引脚锁定
（1）器件的选择
由于硬件设计环境是基于伟福COP2000型计算机组成原理实验仪和XCV200实验板，故采用的目标芯片为Xlinx XCV200可编程逻辑芯片。
（2）引脚锁定
把顶层图形文件中的输入/输出信号安排到Xlinx XCV200芯片指定的引脚上去，实现芯片的引脚锁定。
2.2 底层模块的设计与实现
海明码生成与校验设计电路是由3个模块组成，其中产生模块是由8个输入端输入海明码的8位数据位，经异或门求得校验位P1,P2,P3,P4,由此输出12位海明码；出错模块是由三八译码器来改变输入数据的某一位，从而产生错误的海明码；纠正模块是对错误的数据进行纠正修改。
2.2.1产生模块的设计与实现
（1）元件结构
海明码产生模块，原理是通过输入的数据IN1~IN8按照公式：
P1=D1⊕D2⊕D4⊕D5⊕D7，
P2=D1⊕D3⊕D4⊕D6⊕D7，
P3=D2⊕D3⊕D4⊕D8，
P4=D5⊕D6⊕D7⊕D8，
生成了4位校验码P1/P2 /P3/P4，从而得出了12位海明码。
图2.4 产生模块部电路
（2）功能仿真
对产生模块进行功能仿真，验证其功能的正确性。
图2.5 产生模块仿真
结果分析：输入IN1-IN8为10011001，输出O1-O12为1，结果是正确的海明码。
2.2.2出错模块的设计与实现
（1）元件结构
本模块的原理是通过3线8线译码器的3进1出，输出一个1，与8位输入数据中的一位异或，使之发生错误，从而得出一组错误的数据。
图2.6 出错模块部电路
（2）功能仿真
对创建的出错元件进行功能仿真，验证其功能的正确性
图2.7 出错模块仿真
结果分析：输入IN1-IN3为000，输入IN1-IN8为10011001，输出O1-O8为1，其中O1为出错位，产生了一位错误。
2.2.3 纠正模块的设计与实现
（1）元件的部结构
原理是通过公式：
S1=P1⊕D1⊕D2⊕D4⊕D5⊕D7，
S2=P2⊕D1⊕D3⊕D4⊕D6⊕D7，
S3=P3⊕D2⊕D3⊕D4⊕D8，
S4=P4⊕D5⊕D6⊕D7⊕D8，连成的电路对数据进行校验，判断数据是哪一位出错，并对出错的那一位与错误数据异或，从而得出正确的数据。
图2.8 纠正模块部电路（2）功能仿真
对纠正模块进行功能仿真，验证其功能的正确性
图2.9 纠正模块仿真
2.3 仿真调试
仿真调试是为了验证设计电路逻辑功能的正确性，输入8位二进制数据位生成12位海明码,中间经三八译码器来改变一位数据位,经校验电路修改,最后输出正确的8位二进制数据位。
（1）创建仿真信号
在进行仿真时，输入数据位用了上面的两组数据。
第一组数据，IN1～IN8为10011001，生成的海明码O1~O12为1。
第二组数据，IN1~IN8为11001100，生成的海明码O1~O12为0。
这两组数据又经三八译码器改变其中一位错的数据输入到纠正电路里，经纠正校验后输出原本的数据位，最终实现了海明码生成和校验功能。
（2）仿真结果
功能仿真结果如图2.10、图2.11所示，仿真数据结果如表2.3所示。
对表中容进行计算，可以看出功能仿真结果是正确的，进而说明此次电路设计成功。
表2.3：
10011001 000(第一位) 1 00011001 11001100 001第二位）0 10001100
图2.10 第一组数据功能仿真结果
图2.11 第二组数据功能仿真结果
第3章编程下载与硬件测试
3.1 编程下载
利用Xilinx ISE的编程下载功能，下载编译我的工程，从而得到的*.bin文件，即可下载到XCV200实验板的XCV200可编程逻辑芯片中，完成编译下载。
3.2 硬件测试及结果分析
利用XCV200实验板进行硬件功能测试。
海明码数据位的输入数据通过XCV200实验板的输入开关实现，输出数据通过XCV200实验板的LED指示灯实现，其对应关系如表3.1所示。
表3.1 XCV200实验板信号对应关系
输入数据，逐个测试输出结果，即用XCV200实验板的开关K0、K1输入数据，同时观察LEDA和LEDB的输出，得到如表3.2所示的硬件测试结果。
表3.2 硬件测试结果
输入信号输出信号
K1 K0B7-A4
000 10010001 1
图3.1 cop2000仿真下载结果
结果分析：输入K1:1-K1:3为000，对应CHUCUO.IN3-CHUCUO.IN1，输入CHANSHENGIN.1-CHANSHENG.IN8为1001001，输出B7—A4为1对应CHANSHENG.O1-CHANSHEN.O12。
参考文献
[1] 延滨，微型计算机系统原理、接口与EDA设计技术（第三版）.：
邮电大学，2006
[2] 王爱英.计算机组成与结构(第4版)[M].：清华大学，2006
[3] 唐朔飞，计算机组成原理（第二版）.：高等教育，2007
[4] 周大海，计算机组成原理实验与课程设计教程.：航空航天大学，
2015
. . . . . 附录（程序清单或电路原理图）
总电路原理图。