Ishning umumiy xususiyatlari Mavzuning dolzarbligi

To'rtinchi bob hisoblash uskunalarini kvant uyali avtomat (Quantum Cell Automata - QCA) asosida loyihalash usullarini ishlab chiqishga bag'ishlangan.
Raqamli qurilmalar klassik CMOS davri tamoyillarini QCA bilan qurilmalarga o'tkazish mumkin emas, chunki ular turli tushunchalarga asoslangan. Dastlabki ishlar QCA bilan hisoblash uskunalarini arxitekturaviy loyihalashda yuzaga keladigan muammolarni hal qilishning yo'nalishlarini taklif qildi. Biroq, bir vaqt zonasida hujayralar sonini kamaytirish, vaqt zonalari topologiyasini birlashtirish, foydalanish maydoni yo'qolishini kamaytirish, axborot fikr-mulohazalarini qurish va boshqalar kabi bir qator hal qilinmagan muammolar mavjud.
To'rtta o'zgaruvchining funksiyalari uchun QCA sxemalarini qurish usuli ishlab chiqildi. Sxemalar ikki qatordan iborat: birinchi darajali uchta majoritar elementlar mavjud, ikkinchi o'rinda birinchi darajali elementlarning chiqishlarini birlashtiradi (11-bob).
ariq. 11. Majoritar elementlardan iborat umumiylashgan sxema
Metodning protseduralaridan maqsad sxemaning birinchi darajali qismida joylashgan uchta ko'pchilik elementlarning kirish nomlari (S to'plamlari) to'plamlarini aniqlashdan iborat. Bunday har bir to'plam (set) alifbodan kiruvchi signallar nomlaridan tashkil topgan
Z = {a, b, c, d,a,b,c,d, 0, 1},
kimning kuchi | Z| = 10. Loginlar to'plami uchta elementdan iborat
S = {i1,i2,i3},
bu erda i1 Z, i2 Z, i3 Z.
Boshqacha qilib aytganda, nomlarning barcha mumkin bo'lgan kombinatsiyalaridan (Z to'plami elementlaridan) yechim topish muammosi yechiladi:
M{S Z}.
Ishlab chiqilgan usul quyidagi qadamlardan iborat:
- boshlang'ich limitlarni belgilash;
- mumkin bo'lgan variantlarni aniqlash;
- birinchi elementning har bir varianti uchun ikkinchi elementning qo'shimcha cheklovlari tasnifi;
- birinchi va ikkinchi elementlarning har bir varianti uchun uchinchi elementning qo'shimcha cheklovlari tasnifi;
- yakuniy versiyani tanlash.
Birinchi qadamda target Carnot xaritasida 0 va 1 qiymatlariga ega bo'lgan har qanday ikki pozitsiya (to'rtta o'zgaruvchining funksiyalari) tanlanadi. Qabul qilingan sxemaning o'ziga xos xususiyatlarini hisobga olgan holda, tanlangan ikkala holatda ham birinchi darajali elementlarning kamida bittasida bir xil qiymatlar bo'ladi, degan xulosaga kelish mumkin. Bundan tashqari, boshqa kartaning pozitsiyalaridan bittasida (faqat bittasida) uning dastlabki qiymatini tuzatish mumkin. Kartalardan birining pozitsiyalarida qiymatlarning bunday konsolidatsiyalanishi ko'rib chiqilayotgan variantlarning cheklanishidir (kombinatsiyalar oralig'ini qisqartirish).
Ikkinchi bosqichda, cheklovlar to'plami asosida, mumkin bo'lgan echimlar diapazoni aniqlanadi. Buning uchun ikkita Boolean tenglamalar sistemasi tuziladi:
,
bu erda P₁ va P₂ - bu Karonot xaritalarida berilgan ikkita pozitsiya uchun Z to'plamidan barcha signallarning qiymatlari.
Olingan tenglamalar asosida S to'plamlardagi nomlar o'rtasidagi shartli munosabatlarning graflari tikiladi. Har bir tenglama uchun ikkita grafigi olinadi - biri ruxsat etilgan kombinatsiyalar uchun, ikkinchisi taqiqlanganlar uchun.
Uchinchi qadamda har bir variant uchun qo'shimcha cheklovlar belgilanadi. Agar elementlardan biri uchun boshlang'ich cheklovlar belgilangan bo'lsa, u holda bu cheklovlar birinchi darajali ikkinchi (ikkinchi) element uchun belgilanadi.
Olingan cheklanishlar uchun, ikkinchi bosqichda bo'lgani kabi, boolean tenglamalar sistemasi berilgan tenglamalar sistemasiga o'xshash qilib quriladi, lekin tenglamalar soni yangi cheklanishlarga ega bo'lgan pozitsiyalar soniga bog'liq bo'ladi. Odatda, bunday lavozimlar soni 2 dan 8 gacha.
Keyingi qadamda birinchi ikkita element xaritaga tushirilganda uchinchi element uchun cheklovlar aniqlanadi. Uchinchi element xaritasining cheklanishlarini olish uchun mo'ljal xaritasining pozitsiyalaridagi qiymatlar va aytib o'tilgan elementlarning xaritalari tahlil qilinadi. O'rtacha, uchinchi element xaritasida cheklovlarga ega bo'lgan pozitsiyalar soni 6 dan 12 gacha.
Oxirgi bosqichda tanlangan parametrlarning kartochkalari va mo'ljal xaritasi solishtiriladi.
Funksional bloklarni kvant hujayrali automata asosida loyihalashda taklif etilayotgan usulning samaradorligi ko'pchilik elementlarga asoslangan mavjud loyihalash usullari bilan solishtirma tahlil natijalari bilan isbotlanadi. Elementlar sonining kamayishi o'rtacha 3 martaga etadi. Dizayn vaqtini 14 barobargacha kamaytiring.
2-of-2 NCL elementining mantiqiy g'ayriinsoslik bilan ishlash sxemasi va dizayni ishlab chiqildi va o'rganildi, bu esa QCA funksiya bloklari sintezida asinxron mantiq prinsiplarini amalga oshirish imkoniyatini yaratadi. Taklif etilayotgan sxemada elementning g'azab bilan ishlashini ta'minlaydi (12-fig). Aylanma o'qda ma'lumotlar aylanma harakatlanadigan xotira pastasi ko'rsatiladi. NCL-elementning taklif qilingan sxemasini amalga oshiruvchi topologiya Figda ko'rsatilgan. 13.
ariq. 12. QCA texnologiyasi uchun mantiqiy gʻisterez bilan 2-of-2 NCL element sxemasi
ariq. 13. NCL element topologiyasi 2-of-2 (to'ldirish yorqinligi ma'lum bir soat zonasiga to'g'ri keladi)
Ishlab chiqilgan elementning ishlashini funktsional tekshirish uchun, bistable modellashtirish usuli, shuningdek ochiq litsenziya asosida tarqatilgan QCADesigner CAD tizimi qo'llanildi.
Bistable modellashtirish usulida har bir hujayra ikki holatga ega oddiy sistema ekanligi hisobga olinadi. Hujayra o'tish vaqtlari bo'yicha eksperimental ma'lumotlar yo'qligi sababli, simulyatsiya vaqtinchalik ma'lumotlarni o'z ichiga olmaydi. Javob funksiyasi yordamida har bir hujayraning holati ta'sir etuvchi radiusga tushadigan boshqa hujayralarga nisbatan hisoblab chiqiladi. Ushbu hisoblash butun tizimning tavsifi ruxsat etilgan xatoga yaqinlashgunga qadar takroran amalga oshiriladi.
Ushbu yondashuv loyihalarni funktsional tekshirish uchun etarli bo'lsa-da, uni ishonchli dinamik modellashtirish uchun ishlatish mumkin emas. Ammo qabul qilingan soddalashtirishlar tufayli katta sxemalarni nisbatan tez modellashtirish uchun foydali bo'lishi mumkin.