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国际先进研究期刊》的研究在电子、电子、仪表工程

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设计和实现16位可逆逻辑运算器15次手术

阿卜杜勒卡里姆1太太,E Kavitha2
  1. PG学生[M。科技电子产品),部门电子与通信工程、HKBK工程学院,印度班加罗尔
  2. 研究学者,圣彼得学院高等教育和研究,圣彼得,钦奈,Avadi大学教授PG-coordinator HKBKCE,卡纳塔克邦,印度班加罗尔
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文摘

可逆逻辑是一种新兴技术在量子计算领域有应用前景。这个项目将处理16位的设计可逆的算术逻辑单元(ALU)与15操作提出了利用双佩雷斯大门,Fredkin大门,Toffolli大门,DKG门与非门。一个新的VLSI架构ALU的使用提出了可逆逻辑门。ALU是CPU最重要的组件之一,可以是一个可编程的一部分可逆计算量子计算机等设备。第一单位可逆ALU和第二位ALU设计然后16单位ALU的级联ALU执行LSB操作的执行作为输入进行LSB的ALU执行下一个操作。设计实现和验证在modelsim Verilog阿尔特拉6.6 d。

关键字
可逆逻辑,可逆ALU,模型模拟,摩尔定律。

介绍
众所周知,摩尔定律将停止功能早和一些戏剧性因此将不得不在微电子在不久的将来发生。更快和更复杂的数字系统正在建造,功耗CMOS电路已成为一个主要问题。
蓝道[2]证明了功率损耗是一个积分特性的不可逆电路信息损失无论技术实现的电路。
另外,班尼特[3]表明,为了防止电路驱散任何权力,必须是由可逆的大门。
可逆电路(门)有相同数量的输入和输出之间存在一对一的映射向量的输入和输出。因此向量的输入状态可以总是独特重构向量的输出状态。因为真正的低功率电路不能建立不可逆逻辑的概念,各种技术和可逆逻辑电路是最近被研究[2]。
算术逻辑单元(ALU)本质上是一个CPU的核心。这使得计算机可以进行加、减、和执行等基本逻辑运算,或等。因为每台计算机必须能够做这些简单的功能,他们总是包含在一个CPU。ALU基因是一个组合逻辑电路,只能有一个或多个输入和一个输出。ALU的输出只依赖输入应用即时作为时间的函数,而不是过去的条件。一个简单运算器的基本形式包括两个操作数的输入,选择所需的操作的一个输入和一个输出的结果。运算器的复杂性可能会有所不同从处理器到处理器。在[1],一个可逆ALU的三分之一二进制算术和逻辑运算的目的是在原纸。在当前工作16位ALU 15操作设计。

相关工作
可逆Arthematic逻辑单元与4-operation[1],或者,x或添加,4比特加法器、减法器[7],4比特2的补充设计可逆电路[9],为低功耗设计的控制单元ALU每桶移器使用可逆逻辑[10],设计的32位可逆ALU [11] 7-operations和算术逻辑单元(ALU),设计使用可逆控制单元与相关9-operations[12],最近的工作领域的可逆逻辑电路。

可逆的盖茨
可逆逻辑门设计电路中使用本文不是门[8],费曼门[4],Toffoli门[5],Fredkin门[6],[1]& DKG登机口双佩雷斯[7]。
非门[8]是一个简单的可逆的大门,是一个1 * 1门。非门所示图1及其量子成本是零。
图像
费曼门[4]控制不把CNOT门是2 * 2门的一个例子。可逆的2 * 2门和量子的成本。这是显示在图2
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TOFFOLI门[5]2把CNOT gatesis 3 * 3可逆门三输入三输出。它的量子成本是5,如图3所示
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FREDKIN门[6]是3 * 3门地图输入(A, B, C)输出(P =, = ' B + AC, R = AB + 'C)在量子成本5和图4所示
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双佩雷斯门[1]是4 * 4门和量子成本6。这是显示在公布
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DKG门[7]是4 * 4可逆DKG门[6],可以单独作为一个可逆的充分加法器和一个可逆满减法器如图6所示。可以验证,输入模式对应于一个特定的输出模式可唯一地确定。如果输入= 0,该门是一个可逆加法器,如果输入= 1,那么它是一个可逆的充分减法器。
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提出工作

1-BIT-ALU
ALU,提出了15次手术。ThereALU有2个部分。1日,双佩雷斯门[1]为基础的电路和选择当选择行s3是零。这里有缓冲区,执行的操作,或者,NAND,而且,前任伴侣或者,EX-NOR。第二部分DKG门的基本电路和选择当选择行s3就是其中之一。这里的操作添加、增量2的补,集,减、减量,不是,清晰。选定的操作取决于各种选择线显示在表1
图像
图像
2:1多路复用器的设计使用Fredkin门当我们做出选择行和(B和C)作为输入。选择B或C根据分别为0或1。框图如图7所示。
设计1 st1-bit ALU和15操作图8所示。
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16位ALU我们设计的级联16 1-BIT-ALU如图10所示。我们需要注意,只有1位添加一个增量和2的补充或减去减量。有轻微的改变设置和清除操作。因此不同1-BIT-ALU设计如图9和级联从第二位开始到16位。从图10 (A1-A15)。A0图8所示的图10是电路中。
图像
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仿真结果
仿真结果为16-bit-ALU代码设计用Verilog编写和验证模型simaltera 6.6 d所示数据(11、12、13、14)。
图像
图11。结果1日4-operations (NAND,或也)
图11显示了结果的前4操作(与非,或也)。这些操作是选择取决于选择行s3-s0如表2所示。图显示每个4-operations因为它不能适应在同一个屏幕上。在当前工作ALU 16位和15-operational特性在现有工作仿真结果和设计是最多为8到10的特性。
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表2显示了前4操作选择取决于选择行。on2执行操作输入的A和B和输出。
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图12显示了结果的第二4-operations (Buffer-A、ex或缓冲B, EX-NOR)。这些选择取决于选择行s3-s0as表3所示
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表3显示了第二个4操作选择取决于选择行。操作上执行2输入的A和B和输出。执行的操作是Buffer-A、ex或缓冲B, EX-NOR。
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图13。结果第三4-operations(添加、增量2的补,集)
图13显示了结果的第三4-operations(添加、增量2的补,集)。这些选择取决于选择行s3-s0如表4所示
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表4展示了所选择的第三个4操作取决于选择行。操作上执行2输入的A和B和输出给出了有限公司是考虑添加和设置操作。
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图14显示了结果的第四4-operations(减法,衰减,不清楚)。这些选择取决于选择行s3-s0如表4所示
图像
表4显示了第四4操作选择取决于选择行。操作上执行2输入的A和B和输出。执行的操作是减法,减量,不是,清晰。

结论
这16位可逆Alu Verilog使用模型中设计和实现SIM阿尔特拉6.6 d。本文设计的主要目的是提高ALU功能增加到15次手术和宽度增加到16位。为进一步研究这个运算器可以扩展到32位和64位,也可以添加更多的功能。
这个设计是用Verilog验证约束的输入输出单向功能,如果我们能够设计可逆逻辑电路使用的工具支持双向功能可逆逻辑的结果可以在更好的模拟和分析。

引用
  1. Y。syamala & A.V.N小红点,“可逆Arthematic逻辑单位”、IEEE会议,没有页:207 - 211年,2009年
  2. r .蓝道“不可逆性和计算过程产生的热量”,IBM j .研发、5(3),页:183 - 191,1961。
  3. c·h·班尼特,“计算的逻辑可逆性”,IBM j .研发、17日,页。525 - 532年,November1973。
  4. 费曼,R。,“Quantum mechanical computers” Optics, News, and pp.: 11-20 11, 1985.
  5. Toffolli T,“可逆计算”,麻省理工学院技术备忘录/ LCS / tm - 151,麻省理工学院计算机科学实验室(2月),1980年。
  6. Fredkin,大肠和t . Toffolli”Intl保守的逻辑”。j理论体育。,21,pp.: 219-253, 1982.
  7. B。Raghukanth B。Murali克里希纳m . bloom V.G. SanthiSwaroop“区分可逆和传统逻辑门”,国际期刊的工程研究和应用程序(IJERA),卷2,pp.148 - 151,问题2,2012年3 - 4月。
  8. b·拉Kanth b Murali克利须那神,“较研究可逆逻辑门”,国际期刊的VLSI和信号处理应用程序,二,问题1页:(51-55),2012年2月。
  9. Vandana Shukla说,共和党辛格·g·r·Mishra & r·k .女子ASET,友好大学。“设计4比特2的补可逆电路的算术逻辑单元应用程序”,计算机应用国际杂志的特刊(0975 - 8887),国际会议交流、计算和信息技术(ICCCMIT), 2012年。
  10. Md.Sazzad侯赛因,Uttam Kumar Acharjee &NazmulHaque MawlanaBhashani科技大学的“设计每桶低功率的控制单元ALU和移动装置使用可逆逻辑”,国际期刊的工程、商业和企业应用程序(IJEBEA), 2013年。
  11. 安·苏珊Varghese M技术的学生,Anjali V,助理教授,电子和通讯部门,Mangalam工程学院Ettumanoor,戈德印度,“32位可逆运算器的设计”,国际期刊的电子与通信工程研究(IJECER),页面:53-56,1期3卷,2013年8月,。
  12. VinodKapse Akanksha基金会武断的话,“算术和逻辑单元(ALU)设计利用可逆控制单元”,国际工程和创新技术杂志》上(IJEIT)卷1,问题6页:则高达55 - 2012年6月