[發(fā)明專利]基于可逆邏輯的8421BCD碼同步十進(jìn)制加/減法計(jì)數(shù)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510445731.1
• 申請(qǐng)日: 2015-07-27
• 公開（公告）號(hào): CN104967442B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李龍;古天龍;常亮;徐周波;孟瑜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H03K23/72
• 分類號(hào): H03K23/72
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標(biāo)事務(wù)所有限責(zé)任公司45112
• 代理人: 楊雪梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信息技術(shù)領(lǐng)域的低功耗時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)，特別涉及一種基于可逆邏輯的 8421BCD碼同步十進(jìn)制加/減法計(jì)數(shù)器。

背景技術(shù)

在數(shù)字系統(tǒng)中，計(jì)數(shù)器不僅可以對(duì)脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，還具有分頻、定時(shí)、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖序列以及進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算等多種功能。尤其是其中的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器應(yīng)用最為廣泛，且最常被使用的有加法計(jì)數(shù)、減法計(jì)數(shù)兩種基本功能，因此對(duì)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器加/減法電路進(jìn)行設(shè)計(jì)并將加法計(jì)數(shù)、減法計(jì)數(shù)集成于同一電路以實(shí)現(xiàn)可逆計(jì)數(shù)就顯得很有必要。

Landaure已經(jīng)證實(shí)，傳統(tǒng)不可逆邏輯電路中信息位的擦除將導(dǎo)致能量損耗，每一位信息的擦除對(duì)應(yīng)KT·ln2焦耳的熱量產(chǎn)生，其中K為波威茲曼常量，T為執(zhí)行運(yùn)算時(shí)的絕對(duì)溫度。由于能耗產(chǎn)生的熱量會(huì)對(duì)芯片的集成度、工作性能及運(yùn)行效率造成極大影響，因此，解決這一問題的有效途徑之一就是實(shí)現(xiàn)邏輯電路的可逆設(shè)計(jì)，即借助可逆邏輯門的級(jí)聯(lián)構(gòu)造邏輯電路?？赡孢壿嬮T具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，輸入向量與輸出向量間存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，不存在信息位的擦除，也就不會(huì)導(dǎo)致電能到熱能的轉(zhuǎn)換，因此將可逆邏輯門級(jí)聯(lián)成可逆邏輯電路能夠從根本上解決傳統(tǒng)不可逆邏輯電路中存在的能量損耗問題，這也導(dǎo)致對(duì)可逆邏輯的研究受到越來越多的重視。

目前較為常用的可逆邏輯門主要有NOT門、Feynman門、Toffoli門、Fredkin門、Peres 門，其功能分別如圖1—圖5所示。NOT門沒有控制位，直接對(duì)輸入A進(jìn)行取反操作；Feynman 門中A為控制位，B為受控位，能夠?qū)崿F(xiàn)操作，尤其是B＝0時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)A的復(fù)制并避免扇出，B＝1時(shí)同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)A的復(fù)制及取反；Toffoli門中A、B為控制位，C為受控位，主要用于實(shí)現(xiàn)操作，特別地，當(dāng)C＝0時(shí)實(shí)現(xiàn)AB與操作，當(dāng)C＝1時(shí)實(shí)現(xiàn)與非操作； Fredkin門中A為控制位，當(dāng)A＝1時(shí)，實(shí)現(xiàn)B、C的交換，因此Toffoli門也被稱為控制交換門；Peres門中A、B為控制位，C為受控位，主要用于實(shí)現(xiàn)及操作，即兼具Feynman門及Toffoli門兩者的功能。

為了更準(zhǔn)確地衡量可逆邏輯電路的性能，引入可逆邏輯門數(shù)、垃圾位數(shù)及量子代價(jià)3個(gè)指標(biāo)?？赡孢壿嬮T數(shù)即可逆邏輯電路中所使用的可逆邏輯門的總數(shù)量，垃圾位數(shù)即可逆邏輯電路中無用的輸出位，量子代價(jià)反映的是可逆邏輯門的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)成本，表1為上述各個(gè)可逆邏輯門所對(duì)應(yīng)的量子代價(jià)，可逆邏輯電路的量子代價(jià)即所使用的所有可逆邏輯門的量子代價(jià)總和。

表1

量子門 NOT門 Feynman門 Toffoli門 Fredkin門 Peres門 量子代價(jià) 1 1 5 5 4

發(fā)明內(nèi)容