[发明专利]四位可逆数值比较器

说明书

技术领域

本发明涉及信息技术领域的低功耗的组合逻辑电路设计，特别涉及一种低功耗的四位可逆数值比较器。 

背景技术

在数字电路中，经常需要对两个位数相同的二进制数进行比较，以判断它们的相对大小或者是否相等，用来实现这一功能的逻辑电路就成为数值比较器。但传统的数值比较器是不可逆的，并且存在信息位的丢失，能耗较大。 

Landauer已证实，由与门、异或门等这些不可逆的传统逻辑门构造的电路在运行过程中，不可避免的会产生能量的损耗。因为在计算过程中，每比特信息的丢失会消耗kT*ln2焦耳的能量，其中k是波尔茨曼常量，T是绝对温度。尽管与其它形式的能耗相比，kT*ln2是一个非常小的量，但在计算中消耗的总能量同信息丢失的个数是成正比的，也就是说，随着信息丢失个数的增加，能耗也随之增加，所以在进行低能耗电路设计时，这一能耗不能忽视。 

1973年，Bennett指出，在电路中，为了避免因每比特信息丢失而产生的kT*ln2能耗，必须使用可逆逻辑门。可逆逻辑电路是无信息损失的，在理论上能实现零能耗。因此，用可逆逻辑门设计成的比较器可以大大的降低系统能耗。 

发明内容

本发明的目的是提供一种信息位不丢失、能耗较小的四位可逆数值比较器，本发明是通过以下的技术方案实现的： 

一种四位可逆数值比较器，包括：四个1位可逆数值比较器单元、两个作为1位可逆与门的NG1、NG2，两个3位可逆与门单元、三个4位可逆与门单元、两个4位可逆或门单元以及作为复制的若干个Feynman门； 

所述四位可逆数值比较器对两个四位数进行比较，设这两个数为A＝(A₃A₂A₁A₀)和B＝(B₃B₂B₁B₀)，其中最高位A₃和B₃作为第一1位可逆数值比较器单元的两个输入，第一1位可逆数值比较器单元的第一输出 作为第一4位可逆或门单元的第一输入；第一1位可逆数值比较器单元的第二输出 通过六个Feynman门实现复制，重复利用七次，分别作为NG1、NG2、第一3位可逆与门单元、第二3位可逆与门单元、第一4位可逆与门单元、第二4位可逆与门单元、第三4位可逆与门单元的输入之一，具体为：第一1位可逆数值比较器单元的第二输出 作为Fey01的第一输入，Fey01的第二输入置零，Fey01的第一输出作为Fey03的第一输入，其第二输出作为Fey02的第一输入；Fey02的第二输入置零，Fey02的第一输出作为第三4位可逆与门单元的第一输入，其第二输出作为Fey04的第一输入；Fey03的第二输入置零，它的第一输出作为NG1的第一输入，第二输出作为Fey05的第一输入；Fey04的第二输入置零，第一输出作为NG2的第一输入，第二输出作为Fey06的第一输入；Fey05的第二输入置零，第一输出作为第一3位可逆与门单元的第一输入，第二输出作为第一4位可逆与门单元的第一输入；Fey06的第二输入置零，第一输出作为第二3 位可逆与门单元的第一输入，第二输出作为第二4位可逆与门单元的第一输入；第一1位可逆数值比较器单元的第三输出 作为第二4位可逆或门单元的第一输入； 

A₂和B₂作为第二1位可逆数值比较器单元的两个输入，它的第一输出 作为NG1的第二输入，NG1的第二输出作为第一4位可逆或门单元的第二输入；第二1位可逆数值比较器单元的第二输出 通过四个Feynman门实现复制，重复利用五次，分别作为第一3位可逆与门单元、第二3位可逆与门单元、第一4位可逆与门单元、第二4位可逆与门单元及第三4位可逆与门单元的输入之一，具体为：第二1位可逆数值比较器单元的第二输出 作为Fey11的第一输入，Fey11的第二输入置零，Fey11的第一输出作为Fey13的第一输入，第二输出作为Fey12的第一输入；Fey12的第二输入置零，第一输出作为第三4位可逆与门单元的第二输入，第二输出作为Fey14的第一输入；Fey13的第二输入置零，它的第一输出作为第一3位可逆与门单元的第二输入，第二输出作为第一4位可逆与门单元的第二输入；Fey14的第二输入置零，第一输出作为第二4位可逆与门单元的第二输入，第二输出作为第二3位可逆与门单元的第二输入；第二1位可逆数值比较器单元的第三输出 作为NG2的第二输入，通过NG2后，NG2的第二输出作为第二4位可逆或门单元的第二输入；