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国际期刊的创新在计算机和通信工程的研究

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算术和逻辑单元设计低功率低区

Ajay Kumar沙玛1Anshul耆那教的,2
  1. M。科技研究学生,ECE称,SRCEM Banmore,瓜廖尔,印度
  2. 助理教授、ECE系SRCEM Banmore,瓜廖尔,印度
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文摘

低功率处理器设计中是具有挑战性的工作。所有组件的处理器上实现电力优化设计是主要问题。处理器中的一个最基本的作战单位是ALU基因。铝合金微处理器是一个重要的组成部分,是中央处理单元的核心组件。介绍了低功耗设计技术,低区算术和逻辑单元的设计。ALU是其中一个最经常访问的模块在CPU和利用在大多数指令执行。在设计电力消耗是主要问题。在我们的论文低功率ALU设计使用可逆逻辑。可逆逻辑是特殊的优化技术在低功率设计中的应用。在我们的论文数量的门和功率减少,面积设计也减少了在计划的设计。

关键字
ALU,可逆逻辑,完整的加法器,算术和逻辑运算,CMOS

介绍
在今天的技术力量是主要的问题。可逆逻辑得到了极大关注近年来由于他们的能力来减少功耗的主要需求在超大规模集成电路低功耗设计。它已经广泛应用在低功耗CMOS和光学信息处理,DNA计算。1960年R。蓝道表明,高技术的电路和系统使用不可逆的硬件构造导致能量耗散由于信息丢失。计算被称为可逆如果输入总是可以计算从它的输出。可逆逻辑首先是相关能源当蓝[1]指出,信息损失函数不可逆性导致能量耗散在1961年表示,有少量的散热电路中由于缺乏一个比特的信息,它等于kTln2“k”是波尔兹曼常数和T是温度。这一原则进一步支持贝内特,零能量耗散只能当电路包含可逆盖茨在1973年。班纳特证明了[2],能量kTln2不会消散从电路如果输入可以从输出中提取,有可能当且仅当可逆盖茨。
在现代VLSI系统功耗很高由于内部信号的快速切换。它已经表明,你的每一点信息迷失在逻辑计算是不可逆的,kT log2焦耳热能生成。不会导致信息丢失的设计被称为可逆的。它自然负责加热生成的由于信息丢失。盖茨或电路允许复制从观察到的输入输出,我们可以确定的输入输出。因此可逆性将成为未来的电路设计的基本属性。可逆逻辑应用程序在不同的低功耗CMOS设计等研究领域。

可逆逻辑
一个门被认为是不可逆转的,如果输入和输出向量并不是唯一可收回。由于这将有快速内部功耗。这是证明了蓝[1]的计算机必须至少消散KTln2能源的每一点信息,写或擦除。因为输入向量的个数不能从输出向量然后信息将丢失中恢复过来。
为了克服上述缺点通过蓝说班纳特[2]提出了一种逻辑称为可逆逻辑的输入和输出向量是唯一可收回。盖茨可逆电路的数字输出等于输入的数量和之间存在一一对应的输入和输出向量。可逆门图所示的一个例子。这是一个n输入n个输出逻辑函数之间存在一一对应的输入和输出。因为这种映射的输入向量可以唯一确定的输出向量。这可以防止信息的损失的根源不可逆逻辑电路的功耗。
答:费曼门
费曼门口就是一个2 * 2门,也称为控制,广泛用于扇出目的。输入(A, B)和输出P =,问= xor B。
b . FREDKIN门
图3显示了一个3 * 3 Fredkin门。输入向量是我(A, B, C)和输出向量是O (P, Q, R),输出是由P =定义Q = A′B xor AC和R = C′xor AB。
c·佩雷斯门
佩雷斯门这是一个3 * 3门有输入(a, B, C)和输出P =一个;Q = A XOR, R = AB XOR C。
d .全加器
全加器是许多计算单位的基本构建块。完整的加法器电路的输出是由以下方程:图像
图像
的可逆逻辑实现全加器电路和其他加法器电路和他们的最小化问题已经讨论[4 - 7]。它已被证明在以前的设计,任何可逆逻辑实现全加器电路包括至少两个垃圾输出和一个常数输入。高效的可逆的充分加法器电路,实现了使用两个3 * 3佩雷斯盖茨只有(如图5)。

相关工作
在[1]蓝罗尔夫。“不可逆性和计算过程产生的热量”。R蓝显示,热量代由于失去一些kTlog2,和这个值大约2.8 * 10-21焦耳,很小,但不可以忽略不计。蓝道的原则由Bannet也支持。班纳特在1973年[2]证明了逻辑可逆性避免能耗计算。班尼特,查尔斯H。“计算的逻辑可逆性”。班尼特表明,这散热由于信息损失是可以避免的,如果电路设计使用可逆逻辑门。不会消散热量的系统只要能够从其最终状态回到初始状态。
E。Fredkin T Toffoli,佩雷斯提出可逆逻辑门。低功率组合使用可逆逻辑电路设计提供了低功耗的[3]。摘要各种逻辑门设计和可逆性。加法器电路是运算器的主要模块设计。低功耗和低成本加法器使用可逆逻辑设计我们用佩雷斯门全加器的低功耗和低区。
算术和逻辑单元设计使用可逆逻辑是非常重要的,因为低功耗。ALU是计算任何处理器的主要部分。运算器的设计与可逆逻辑[9]本文可逆ALU设计22号盖茨和12个垃圾产出和更多的区域。这个区域和[8]的门数量减少到10,也更多的面积和功耗。[13]的门数量减少到8和功耗,主要问题是减少门的数量也减少了能源消耗。在我们设计门的数量减少到4,能耗也很低,我们建议的设计是1.254微瓦特。

提出工作
在以前的ALU设计我们有更多数量的盖茨,晶体管。常数输入,垃圾产量和更多的能源消耗。在我们提出的设计门的数量,晶体管,常数输入,垃圾产量和能耗降低。
提出AIRTHEMATIC单元:
Airthmetic单位可以通过控制一个输入加法器的设计。在我们的设计我们使用fredkin门控制的一个输入加法器。在我们的设计,我们使用佩雷斯门全加器图7所示
提出了逻辑单元:
在逻辑单元执行许多逻辑操作,比如,或者,NAND闪存,而且,前任伴侣或者。
我们使用逻辑单元中佩雷斯和Feymn登机口加法器。

仿真结果
在模拟研究中我们涉及的晶体管级实现算术和逻辑单元和输出波形的算术和逻辑单元来实现。我们在坦纳T香料工具模拟我们的设计。运算器fig.8所示的仿真。逻辑单元的电路实现和模拟输出波形fig.9所示
在我们的仿真结果平均能耗降低和晶体管的数量也非常少比以前的设计。Fig.8算术运算的仿真波形显示最低功耗ans只有两个可逆逻辑门。在fig.9显示模拟输出逻辑运算以更少的力量,只有两个可逆逻辑门。

权力的结果
先前的权力分析设计和提出设计fig.10所示。功耗在以前的设计更fig.10所示。在我们提出的设计降低了功耗,在最近的研究领域是很重要的。之前我们计算的平均功耗设计和我们建议的设计在不同电压水平以下功耗图所示。平均能耗降低我们的设计。

结论
在我们提出的设计门的数量,晶体管的数量,不断输入的数量非常少比以前的设计。在我们的设计我们有低功率和更少的区域是设计中最重要的区域。在算术,逻辑单元设计我们使用FREDKIN大门,佩雷斯和FEYMAN门PFAG门。相比我们有这些提议的设计与现有的设计使用的盖茨数量而言,晶体管,垃圾输出,常数输入,逻辑与运算功能,和硬件的复杂性。
提出设计有4个门,7垃圾输出,1常数输入比较现有设计中非常少。所以运算器的设计提出实现使用的盖茨数量而言,垃圾输出的晶体管数量,常数输入可用于低功率应用程序。在未来我们可以设计完成计算机体系结构的帮助下提出了设计。

数据乍一看
图1 图2 图3 图4 图5
图1 图2 图3 图4 图5
图1 图2 图3 图4 图5
图6 图7 图8 图9 图10

引用