طراحی مدارهای محاسباتی با استفاده از دروازه اکثریت 7 ورودی جدید در آتوماتای سلولی کوانتومی
محورهای موضوعی : انرژی های تجدیدپذیر
فرزانه جهانشاهی جواران
1
,
سمیه جعفرعلی جاسبی
2
,
حسین خادم الحسینی
3
*
,
راضیه فرازکیش
4
1 - گروه مهندسی کامپیوتر- واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 - گروه مهندسی کامپیوتر- واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
3 - گروه مهندسی کامپیوتر- واحد بیضا، دانشگاه آزاد اسلامی، بیضا، ایران
4 - گروه مهندسی کامپیوتر- واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
کلید واژه:
چکیده مقاله :
آتوماتای سلولی کوانتومی (QCA) نوعی فن آوری محاسباتی است که جهت ساخت مدارهایی در ابعاد نانو به کار برده می‌شود. با کاهش ابعاد قطعات، حساسیت مدار بیشتر شده و مدارهای کوانتومی نسبت به وقوع عیوب و تشعشعات محیط آسیب پذیرتر هستند. دو دروازه پایه در این فن آوری دروازه معکوس کننده و دروازه اکثریت هستند که بیشتر مدارها بر پایه این دو ساخته می شوند. در این مقاله دروازه اکثریت هفت ورودی در QCA طراحی می شود، به گونه ای که حداقل سربار به مدار تحمیل شود. استفاده از دروازه اکثریت با ورودی های بیشتر باعث کاهش تعداد سلول ها، تاخیر و پیچیدگی در مدار QCA می شود. هرچند شاید ضرورت استفاده از دروازه هفت ورودی هنوز چندان احساس نمی شود. گیت پیشنهادی در این مقاله با 19سلول کوانتومی در فضای اشغالی 24564 نانومتر مربع در یک لایه و با یک فاز کلاک طراحی شده است. سپس تعدادی از دروازه های منطقی از جمله دروازه های منطقی "و" و"یا" چهار ورودی، دروازه "نقیض یای انحصاری" و "یای انحصاری" دو ورودی، دروازه"یای انحصاری" سه ورودی و تمام جمع کننده چند بیتی را با استفاده از دروازه هفت ورودی پیشنهادی طراحی و پیاده سازی می شود. جمع کننده پیشنهادی با دروازه اکثریت هفت ورودی و یک دروازه اکثریت سه ورودی تحمل پذیر اشکال، طراحی شده است. پس می توان گفت که جمع کننده طراحی شده تا حدودی تحمل پذیر اشکال است یعنی در برابر خطاهایی که در این فن آوری رخ می دهد تا حدودی تحمل پذیر است. سپس از نرم افزار QCAPro برای تجزیه و تحلیل توان مصرفی دروازه پیشنهادی استفاده شده و در ادامه عملکرد مدار با استفاده از نرم افزار شبیه ساز آتوماتای سلولی کوانتومی QCADesigner 2.0.3 مورد ارزیابی قرار گرفته است.
The quantum-dot cellular automata (QCA) technology is a computational technology used to build nano-scale circuits. When the dimensions of the components decrease, the sensitivity of the circuit increases and the quantum circuits become more vulnerable to the occurrence of defects and radiation in the environment. The two major gates in this technology are inverter and majority gates, and most circuits are built based on these two gates. This paper aimed to design a seven-input majority gate in quantum-dot cellular automata by imposing low overhead on the circuit. Using a majority gate with more inputs reduces cell count, latency, and complexity in the QCA circuit. However, perhaps the need to use the seven-input gate is not yet felt we then design and implement a number of logic circuits. A new 7-input majority gate is designed in this paper, with 19 cells. The proposed structure is single-layer with an occupied area of 24564 nm2 that produces the correct output in one clock phase, then a four-input AND gate, a four-input OR gate, a two-input XOR gate, a two-input XNOR, a three-input XOR gate and a full adder are implemented using the designed seven-input gate. Including all multi-bit full adders, using the proposed seven-input gate. The proposed full adder is designed by the seven-input majority gate proposed and a fault-tolerant three-input majority gate. Therefore, it can be said that the designed full adder is somewhat tolerable, that means, it is somewhat tolerable against the fault that occur in this technology. QCAPro software is used to analyze the energy consumption of the recommended structure. Then, the circuit performance is evaluated using QCADesigner 2.0.3 simulator software for quantum-dot cellular automata.