可逆计算机系统设计,一位十进制与二进制转换的可逆计算模型设计与研究

摘要：

技术发展到如今,需求向着在更小的芯片上实现更加复杂的功能,以及计算能力更强的超级计算机的方向发展。在发展过程中,一个制约技术进一步发展的重要因素便是在计算的过程中的能量损耗。在20世纪60年代,通过对计算过程中产生热的过程的深入研究,科学家发现了计算的可逆性对这所谓的热,即是能量损耗的产生有着巨大的影响,两者之间的联系是客观存在的。自此以后,科学家对于可以根据每一步骤的结果来反推其输入,并且该输入是确定唯一的可逆计算展开了广泛深入的研究。从理论上来说,如果希望计算的过程当中没有能量损耗,方法之一便是将所有的计算由不可逆变成可逆。因此以计算机发展的眼光来看,自然而然会考虑将计算过程中的不可逆变成可逆,即可逆计算模型。可逆计算的研究有着重要的意义和价值。由于技术实现简单,运算法则简洁,适合逻辑运算等优点,当前计算机基本使用二进制系统。进制转换对科学研究有着基本的支撑作用。本文提出来一种可逆计算模型以及可逆电路,该模型主要功能是将一位十进制转换成二进制,以及相反的将二进制转换成一位十进制。在证明了相关可逆逻辑元件的通用性后,整个模型的功能的可逆实现只需要利用模型内部的可逆元件。在模型的构造过程中,使用了从上至下的构造方法,利用该方法构造的可逆电路以及可逆计算模型能够在异步情况之下有效工作,即可以在异步系统中实现。与此同时,本文在证明可逆逻辑元件通用性以及设计可逆计算模型时应用了互构以及模块化的思想。这为构造两位十进制与二进制之间的相互转换的可逆计算模型,十六进制与二进制之间相互转换的可逆计算模型等具有其他功能的模型提供了思路和基础。也意味着该模型具有一定的灵活性和扩展性,在构造较大规模或者功能较为复杂的可逆计算模型时能够以其为基础扩展。

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