可逆时序逻辑电路的研究与设计

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1、东华大学硕士学位论文可逆时序逻辑电路的研究与设计专业名称：控制科学与工程作者姓名：冯若飞指导教师：赵曙光学校代码：10255学号：2131137可逆时序逻辑电路的研究与设计RESEARCHANDDESIGNOFTHEREVERSIBLESEQUENTIALLOGICCIRCUIT学科专业：控制科学与工程作者：冯若飞指导教师：赵曙光答辩日期：2016年1月15日东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不

2、包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年

3、月日日期：年月日东华大学硕士学位论文可逆时序逻辑电路的研究与设计摘要可逆逻辑是量子计算、超低功耗集成电路等重要的新兴研究领域的基础和关键，可逆逻辑电路特别是可逆时序逻辑电路的设计属于当前国际性的研究前沿和热点。本文研究量子可逆时序逻辑电路的设计方法，主要内容包括：（1）分析了量子可逆逻辑电路的研究现状和背景，简述研究逻辑电路的必要性和可行性，简要说明了可逆逻辑电路的基本性能指标，阐述了组合逻辑电路和时序逻辑电路的区别，以便进一步研究逻辑电路。（2）可逆触发器的设计。可逆时序逻辑电路的基本组成单元是可逆触发器，本文参考已有的可逆RS触发器设计，通过降低量

4、子门代价和垃圾位输出，进行了可逆RS触发器的设计和优化。分析对比结果表明，本文设计的可逆RS触发器具有量子代价更小等优点，此外，还设计了可逆主从JK触发器和可逆主从T触发器。（3）可逆时序电路的设计，特别是对可逆寄存器和可逆移位寄存器的设计和优化。由于可逆D触发器是可逆寄存器的基本组成单元，本文首先设计了可逆D触发器，并在此方法上进行改进。基I东华大学硕士学位论文于可逆D触发器设计了可逆寄存器，然后通过CP级联方式设计可逆移位寄存器，分析结果对比表明，本文设计的可逆移位寄存器具有量子逻辑门更少，垃圾位数更小等优点。此外还进行了可逆计数器的设计。可逆计数

5、器是可逆时序逻辑电路的重要应用，本文在已由的工作基础上，设计了上升沿触发的可逆T触发器，然后基于可逆T触发器构造了可逆异步计数器和可逆同步计数器。最后利用电子波导Y-分支开关(Y-BranchSwitchYBS)构建可逆逻辑门可以用更少的能量来改变开关状态，改进了现有Toffoli门的YBS实现。（4）本文的总结和展望。总结了本课题的前期工作，并提出了课题研究的不足和今后研究的方向，对课题的研究前景进行了分析。本文工作的探索性较强。希望本文对于可逆时序逻辑电路设计方面的研究能够有所促进和帮助。关键字：量子逻辑门；可逆逻辑；可逆时序逻辑电路；可逆RS触发

6、器；可逆移位寄存器II东华大学硕士学位论文RESEARCHANDDESIGNOFTHEREVERSIBLESEQUENTIALLOGICCIRCUITABSTRACTReversiblelogiccircuitisthebasisofnewresearchfield,asquantumcomputingandultra-lowpowerintegratedcircuit.Reversiblelogiccircuitdesigning,especiallythereversibletiminglogiccircuit,isthefrontierandho

7、tpotsofcurrentinternationalresearch.Inthisthesis,methodsofquantumreversiblesequentiallogiccircuitdesigningarediscussed,mainlyincludes:(1)Analyzingoftheresearchingstatusandbackgroundofthequantumreversiblelogiccircuits,sketchingthenecessityandfeasibilityofthelogiccircuit,andbriefe

8、xplainingthebasicperformanceindicatorsofthereve