[发明专利]三位可逆三值-二值逻辑转换器

说明书

技术领域

本发明设计使用三值可逆逻辑门和二值可逆逻辑门构造出可逆三值-二值转换器（TBC）和可逆逻辑减一转换器（MC），并在此基础上将上述可逆逻辑部件级联，构造出基于可逆逻辑的三位三值-二值转换器。

背景技术

可逆计算是一种计算模型。从某种意义上讲，计算的过程就是对数值按照一定的规则进行转换演算。与传统的不可逆计算不同，可逆计算在整个计算的过程中都是可逆的，即由计算中的任何一步中间结果可以反演算回它的前一步或者最初值，一般情况下，不可逆计算无法做到。

随着信息技术的发展，一方面芯片的集成度越来越高，单位面积中器件数量不断增大，产生的热量也会越来越多，最终将达到芯片所能承受的极限；另一方面芯片功能也会受到量子效应的干扰，这些问题将成为严重制约硅芯片发展的瓶颈。1961年，Landauer在其论文中指出，不可逆计算每一次运算都会引起比特位的丢失，而每丢失一比特信息就会有kTln2（大约3 10-21J）热能散发(其中k是Boltzmann常量，T是热力学温度)。这种热量的散发对于每一个信息位看起来很小，但是随着芯片的集成度越来越高也不可以忽略不计。1973年，Bennett提出并证明了可逆计算在逻辑上是可行的。可逆计算由于没有比特位的丢失，可以很好的解决由比特位丢失引起的热能散发的问题，从而大大降低计算机的逻辑上的能耗。1980年，Toffoli等人提出了几种实现可逆计算的逻辑门。

在二值逻辑中，每一个命题皆取真假二值之一为值 ，每一命题或者真或者假 。但实际上，一个命题可以不是二值的。命题可以有三值，推而广之，还可以有四值，五值。因此，对每一自然数n，有n值，以至于无穷多值。研究这类命题之间逻辑关系的理论，即为多值逻辑。

与二值可逆逻辑不同，三值可逆逻辑存在三个不同的逻辑，即0、1和2。依次类推可以有四值可逆逻辑，五值可逆逻辑等。三值可逆逻辑具有一些二值可逆逻辑没有的特点，在进行可逆逻辑操作时不会丢失信息且消耗非常小的热能，对研究多值可逆逻辑具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种可逆的三值-二值转换器(TBC)和二值可逆减一转换器（MC），用可逆逻辑电路来解决的三值-二值转换问题。

   本发明通过以下的技术方案实现的：

1位可逆三-二转换器（Ternary-Binary Converter）的构造：

在三值逻辑中有0,1,2这三种数字状态，在二值逻辑中只有0,1这两种数字状态，所以1位三值数值需要2位二值数值表示，对于1位三值数值和2位二值数值之间的对应关系，如表1所示。

使用三值可逆逻辑门实现该转换功能，需要添加1位常量输入0，则可逆的三值-二值转换器如表2所示，根据表2，只需要2个控制循环1门就可以很快构造出满足其函数功能的三值可逆电路图，即1位可逆三-二转换器（Ternary-Binary Converter），如图1所示，将其封装成一个可逆逻辑器件TBC，则生成如图2所示。值得注意的是1位可逆三-二转换器TBC是一个三值可逆转换部件，但其输出只包含0和1这两种数字信息，即三值数值信息经过TBC门后的输出信息为二值数值信息，可以直接连接二值可逆电路。

2位可逆三-二转换器：

对于两位以上的三-二转换，首先需要分析它们的逻辑转换关系，如表3所示。