[发明专利]基于可逆主从D触发器的八位二进制加法计数器

说明书

技术领域

本发明涉及信息领域的低功耗的时序逻辑电路设计，特别是基于可逆主从D触发器的八位二进制加法计数器。

背景技术

计数器的应用十分广泛，它不仅能用于对时钟脉冲个数进行计数，还可以用作分频、定时、产生节拍脉冲，以满足实现数字测量、运算、程序控制、事件统计及系统定时等应用的需要。但是传统的计数器由传统逻辑门构造，进行不可逆计算时带来信息位的擦除，不可避免地带来了能量的损耗。

Landauer指出，传统不可逆逻辑电路的能量损耗根源是信息位的丢失，每一位信息的丢失对应KT*Ln2焦耳的热量产生，其中K是波尔兹曼常量，T是绝对温度，在室温下，虽然能量的散失很少，但对于低功耗电路设计不能忽略。同时，能耗产生的热量会极大地限制芯片的性能和计算速度。

Deutsch提出量子逻辑门构造量子计算机的思想，而量子逻辑门具备可逆操作的特性，其通过级联的方式可以综合设计量子逻辑电路，量子电路由于其特殊的结构性，不存在信息位的丢失和电能与热能的转换，从根本上解决了传统不可逆逻辑电路的热耗问题；本发明人正是基于此种技术，研究提供本发明所记载的技术方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是针对前述背景技术中的缺陷和不足，提供一种基于可逆主从D触发器的八位二进制加法计数器，其可解决不可逆电路运算中因信息位的丢失而带来的能量损耗问题，大大降低了电路的功耗。

本发明为解决以上技术问题，所采用的技术方案是：

一种基于可逆主从D触发器的八位二进制加法计数器，包括8个可逆主从D触发器和7个用于复制信号的FG门，其中，7个FG门的B输入端均接低电平，用于复制信号；第1个可逆主从D触发器的反向输出端经第一FG门复制后，分别连接该第1个可逆主从D触发器的D输入端和第2个可逆主从D触发器的CLK输入端；而第2个可逆主从D触发器的反向输出端经第二FG门复制后，分别连接该第2个可逆主从D触发器的D输入端和第3个可逆主从D触发器的CLK输入端；第3个可逆主从D触发器的反向输出端经第三FG门复制后，分别连接该第3个可逆主从D触发器的D输入端和第4个可逆主从D触发器的CLK输入端；第4个可逆主从D触发器的反向输出端经第四FG门复制后，分别连接该第4个可逆主从D触发器的D输入端和第5个可逆主从D触发器的CLK输入端；第5个可逆主从D触发器的反向输出端经第五FG门复制后，分别连接该第5个可逆主从D触发器的D输入端和第6个可逆主从D触发器的CLK输入端；第6个可逆主从D触发器的反向输出端经第六FG门复制后，分别连接该第6个可逆主从D触发器的D输入端和第7个可逆主从D触发器的CLK输入端；第7个可逆主从D触发器的反向输出端经第七FG门复制后，分别连接该第7个可逆主从D触发器的D输入端和第8个可逆主从D触发器的CLK输入端；而第8个可逆主从D触发器的反向输出端直接连接该第8个可逆主从D触发器的D输入端；并以第1个可逆主从D触发器的CLK输入端作为时钟信号输入端，第1至8可逆主从D触发器的正向输出端分别作为八位二进制加法计数器的第0位到第7位输出。

上述可逆主从D触发器由两个基本可逆D触发器和一个非门级联构成，其中，第一基本可逆D触发器的第一输入端作为可逆主从D触发器的CLK输入端，第二输入端作为可逆主从D触发器的D输入端，而第三输入端接低电平信号，其第一输出端经由非门连接第二基本可逆D触发器的第一输入端，第一基本可逆D触发器的第二输出端直接连接第二基本可逆D触发器的第二输入端，第一基本可逆D触发器的第三输出端向第二基本可逆D触发器的第三输入端输入低电平信号；第二基本可逆D触发器的第一输出端悬空，第二输出端作为可逆主从D触发器的正向输出端，而第二输出端作为可逆主从D触发器的反向输出端。

上述基本可逆D触发器由一个Fredkin门和两个FG门级联构成，其中，Fredkin门的第一输入端作为基本可逆D触发器的第一输入端，Fredkin门的第二输入端作为基本可逆D触发器的第二输入端，Fredkin门的第一输出端作为基本可逆D触发器的第一输出端，第二输出端悬空，而第三输出端连接第一FG门的第一输入端；第一FG门的第二输入端接低电平，第一FG门的第一输出端连接第二FG门的第一输入端，而第二输出端连接Fredkin门的第三输入端；第二FG门的第二输入端接高电平，第一输出端作为基本可逆D触发器输出正向信号的第二输出端，而第二FG门的第二输出端作为基本可逆D触发器输出反向信号的第三输出端。