[發明專利]一種基于雙穩態反應的CRNs加法器計算方法

有效

• 申請號: 201610014193.5
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105677293B
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 張川;鐘志偉;戈璐璐;尤肖虎
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F7/50
• 分類號: G06F7/50
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

本發明公開了一種基于雙穩態反應的CRNs加法器的計算方法，包括以下步驟：S1設置參數，S2將被加數與加數相加，被加數與加數對應位的物質同時進行異或反應，得到第一步中間產物與進位物質；S3第一步中間產物在進位物質的催化下轉化為下一步的中間產物；每一步的中間產物轉化為對應的最終產物，并在雙穩態反應下，最后得到穩定的結果。本發明無需數字電路加法器內部復雜的電路結構，尋求簡潔高效的計算方式，使得被加數在加數的“催化”作用下，通過中間產物快速而穩定地轉化為計算結果。

技術領域

本發明屬于化學反應網絡(CRNs)計算領域，尤其涉及一種基于雙穩態反應的CRNs加法器計算方法。

背景技術

2011年，Phillip Senum等人提出”Rate-Independent Constructs for ChemicalComputation”，實現了分子濃度層面上的加法運算。然而分子濃度作為量化單位在數字電路中應用很少，并且計算結果的精確度也有待提高，所以化學反應網絡(CRNs)需要精確的二進制加法器。即在CRNs中，二進制數的每一位用兩種化學物質分別代表邏輯值1和0，并且兩種物質通過雙穩態反應確保該比特0和1的唯一性。這樣，代表兩個二進制數的物質相互作用產生代表“和”的物質。

2013年，Jiang Hua等人提出” Digital Logic with Molecular Reactions”，在雙穩態反應(1)的基礎上為數字電路中的基本邏輯門設計了對應的CRNs，并且把數字電路層面的加法器直接映射到CRNs層面，即用CRNs實現數字電路加法器中每一個邏輯門，從而實現CRNs加法器。這種方法得到的加法器由于受到數字電路設計的約束導致反應體系比較復雜，需要較多的反應物和方程。

發明內容

本發明要解決的技術問題是在簡化CRNs加法器計算方法的同時保證反應體系的穩定性

本發明采用的技術方案是：一種基于雙穩態反應的CRNs加法器的計算方法，包括以下步驟：S1設置參數，所述參數包括被加數、加數與和；被加數+加數=和；所述被加數為反應物，所述加數為催化物，所述和為反應生成物；所述參數包括n位物質位，每一位物質位由兩種物質分別代表該物質位的邏輯值1和0；以和的物質位位數為基準，被加數與加數的物質位位數與和的物質位位數保持一致；S2 將被加數與加數相加，被加數與加數對應位的物質同時進行異或反應，得到第一步中間產物與進位物質；S3第一步中間產物在進位物質的催化下轉化為下一步的中間產物；每一步的中間產物轉化為對應的最終產物，并在雙穩態反應下，最后得到穩定的結果。

本發明的優點是：該方法無需數字電路加法器內部復雜的電路結構，尋求簡潔高效的計算方式，使得被加數在加數的“催化”作用下，通過中間產物快速而穩定地轉化為計算結果。

附圖說明

圖1 是本發明計算方法示意圖（加法器整體的運行過程，實現了0101+0111=1100的二進制加法運算）。

圖2是本發明計算方法示意圖(“被加數”0101的首位A₀在“加數”0111對應位a₀和由低位產生的進位物質At催化下的轉化過程)。

圖3是本發明計算方法示意圖(“被加數”的首位A₀在a1消失之前并且無進位物質的情況下大部分A₀轉化為A1p，并且得到少部分的A0p)。

圖4 是本發明采用的單比特的雙穩態反應，圖3得到的大量A1p、少量A0p分別轉化為A1、A0后將在雙穩態反應下完全生成A1。

圖5 是本發明0101 + 0111 = 1100 的主要方程。

具體實施方式