LUT BASED FREDKIN GATE

Autor: Tyurin, S. F.
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Radio Electronics, Computer Science, Control; № 1 (2020): Radio Electronics, Computer Science, Control; 44-53
Радиоэлектроника, информатика, управление; № 1 (2020): Радиоэлектроника, информатика, управление; 44-53
Радіоелектроніка, iнформатика, управління; № 1 (2020): Радіоелектроніка, інформатика, управління; 44-53
ISSN: 1607-3274
2313-688X
Popis: Context. The concept of existing computers when achieving nanoscale hardware has almost exhausted itself. This also applies to computing power and related energy costs. Reversible computing, for example billiard-ball computer, is the base model of the quantum computing which are considered to be the prospect of IT technology. Billiard-ball computing is energy-effective computing or green computing. Base of such paradigm are special logic gates. However, the mathematical apparatus for creating such computers has not yet been fully developed. The problem is that for new reversible elements that have a one-to-one correspondence between inputs and outputs, the application of well-known methods of analysis and synthesis encounters certain difficulties. So, for example, it is forbidden to use branching, which significantly complicates the synthesis. Reversible elements should provide signal transmission in the forward and reverse directions, which is in principle feasible in binary logic based on tri-states buffers, but significantly complicates the device, increases the crystal area and power consumption, which they are designed to reduce.Objective. The goal of the work is the analysis of the functionally complete reversible gates that named Toffoli gate, Fredkin gate, the analysis of the binary full adder, based on Fredkin gates and to design method for circuits based proposed gate. Methods. Analysis of the digital circuits with Boolean algebra. Synthesis digital circuits with proposed decomposition method. Design Fredkin gate in term of the FPGA’s Look up Table. Simulation of proposed element in the system NI Multisim by National Instruments Electronics Workbench Group.Results. Analysis of the full adder based on Fredkin gates. Synthesis method of the reversible circuits based on Fredkin gates. LUT based Fredkin gate and it simulation.Conclusions. The conducted studies allows us to build circuits based on Fredkin gates from proposed novel elements.
Актуальность. Концепция существующих компьютеров при достижении наноразмеров аппаратных средств практически исчерпала себя. Это также относится к вычислительной мощности и связанными с ней затратами на энергию. Обратимые вычисления, например, бильярдный компьютер, являются базовой моделью квантовых вычислений, которые считаются перспективой ИТ-технологий. Бильярдные вычисления – это энергосберегающие или экологически чистые вычисления. Основой такой парадигмы являются специальные логические элементы. Однако математический аппарат для создания таких компьютеров еще не полностью разработан. Проблема заключается в том, что для новых обратимых элементов, которые имеют взаимно однозначное соответствие между входами и выходами, применение известных методов анализа и синтеза сталкивается с определенными трудностями. Так, например, запрещено использовать разветвление, что существенно усложняет синтез. Обратимые элементы должны обеспечивать передачу сигнала в прямом и обратном направлениях, что в принципе возможно в двоичной логике, основанной на буферах с тремя состояниями, но значительно усложняет устройство, увеличивает площадь кристалла и энергопотребление, которые они призваны уменьшить.Цель. Анализ функционально завершенных обратимых вентилей, которые названы вентилем Тоффоли, вентилем Фредкина, анализ двоичного полного сумматора, основанного на вентилях Фредкина, и предложенный логический метод синтеза проектирования на основе предложенного логического элемента. Методы. Анализ цифровых схем с использованием булевой алгебры. Синтез цифровых схем предложенным методом декомпозиции. Дизайн вентиля Фредкина на базе LUT FPGA. Моделирование предложенного элемента в системе NI Multisim от National Instruments Electronics Workbench Group.Результаты. Анализ полного сумматора на основе вентилей Фредкина. Метод синтеза обратимых схем на основе вентилей Фредкина. Вентиль Фредкина на основе LUT и его моделирование. Выводы. Проведенные исследования позволяют строить схемы на основе вентилей Фредкина из предложенных новых элементов.
Актуальність. Концепція існуючих комп’ютерів при досягненні нанорозмірів апаратних засобів практично вичерпала себе. Це також відноситься до обчислювальної потужності і пов’язаними з нею витратами на енергію. Оборотні обчислення, наприклад, більярдний комп’ютер, є базовою моделлю квантових обчислень, які вважаються перспективою ІТ-технологій. Більярдні обчислення – це енергозберігаючі або екологічно чисті обчислення. Основою такої парадигми є спеціальні логічні елементи. Однак, математичний апарат для створення таких комп’ютерів ще не повністю розроблений. Проблема полягає в тому, що для нових оборотних елементів, які мають взаємно однозначну відповідність між входами і виходами, застосування відомих методів аналізу і синтезу стикається з певними труднощами. Так, наприклад, заборонено використовувати розгалуження, що істотно ускладнює синтез. Оборотні елементи повинні забезпечувати передачу сигналу в прямому і зворотному напрямках, що в принципі можливо в двійковій логіці, заснованої на буферах з трьома станами, але значно ускладнює пристрій, збільшує площу кристала і енергоспоживання, які вони покликані зменшити.Мета. Метою даної роботи є аналіз функціонально завершених оборотних вентилів, які названі вентилем Тоффолі, вентилем Фредкіна, аналіз довічного повного суматора, заснованого на вентилях Фредкіна, і запропонований логічний метод синтезу проектування на основі запропонованого логічного елемента.Методи. Аналіз цифрових схем з використанням булевої алгебри. Синтез цифрових схем запропонованим методом декомпозиції. Дизайн вентиля Фредкіна на базі LUT FPGA. Моделювання запропонованого елемента в системі NI Multisim від National Instruments Electronics Workbench Group.Результати. Аналіз повного суматора на основі вентилів Фредкіна. Метод синтезу оборотних схем на основі вентилів Фредкіна. Вентиль Фредкіна на основі LUT і його моделювання.Висновки. Проведені дослідження дозволяють будувати схеми на основі вентилів Фредкіна із запропонованих нових елементів.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: