可逆计算模型的通用性设计方法研究

发布时间：2017-04-02 21:15

  本文关键词：可逆计算模型的通用性设计方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：可逆计算是在研究逻辑计算过程中的能量损耗的过程中被发现的。Landauer[3]发现了计算过程中的能量消耗与计算的可逆性有着必然的联系,而计算的可逆性恰好能够保证计算过程的零能耗。从此,能够根据每步结果确定输入的可逆计算被提出得到广泛研究。如今,更大的超级计算机和更小的迷你芯片成为技术发展趋势,计算过程产生的热不可避免的制约着这些技术的发展。因此,可逆计算的发展和突破有着重要的意义和价值。本文提出一种利用可逆逻辑元件构造可逆计算模型(可逆图灵机或者可逆时序机等等)的通用性方法。利用该方法构成的可逆计算模型或可逆电路将能工作在异步的条件之下。一直以来,因为异步计算过程中的事件发生的不确定性无法在可逆计算的“确定性回溯”系统中进行构造[16],可逆计算要在异步计算系统里面来定义变的非常困难[5]。而利用本文提出的方法构造的可逆计算电路中,信号运行在没有时钟参与的异步的环境中。从而我们在理论上给出了在异步系统中实现可逆计算的可能性。同时,本文提出的方法是对现有构造方法很好的改进:所构造可逆时序机的内部状态可以为任意多个,而没有现有构造方法中只能是2个的限制,构造任意特定的多个内部状态的图灵机也变很方便。而且重构和模块化的思想在本方法中很好的应用使得在构造规模更大的计算模型时将会变得很容易扩展。
【关键词】：可逆计算 可逆时序机 可逆图灵机 可逆逻辑元件 重构性
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP302.2
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-7
• 1 绪论7-12
• 1.1 课题研究的背景和意义7-9
• 1.1.1 课题研究背景7-8
• 1.1.2 课题研究意义8-9
• 1.2 可逆逻辑电路研究现状及发展方向9-11
• 1.2.1 研究现状9-10
• 1.2.2 发展方向10-11
• 1.3 本文的组织结构11-12
• 2 可逆计算模型12-19
• 2.1 撞球系统（BBM）12-14
• 2.2 可逆时序机（Reversible sequential machine, RSM）14
• 2.3 可逆细胞自动机（Reversible cellular automaton, RCA）14-16
• 2.4 可逆图灵机（Reversible Turing machine, RTM）16-18
• 2.5 本章总结18-19
• 3 可逆逻辑元件19-27
• 3.1 无记忆的可逆逻辑元件--Fredkin门和Toffoli门电路19-21
• 3.2 具有记忆的可逆逻辑元件21-26
• 3.2.1 RE（Rotary Element）21-22
• 3.2.2 RT和IRT（Reading Toggle和Inverse Reading Toggle）22-24
• 3.2.3 CDE（Coding-Decoding Element）24-25
• 3.2.4 RD和IRD（Redirector和Inverse Redirector）25-26
• 3.3 本章总结26-27
• 4 利用可逆逻辑元件构造可逆计算模型27-45
• 4.1 利用可逆逻辑元件实现可逆时序机27-38
• 4.1.1 重新定义可逆时序机27-29
• 4.1.2 分解可逆时序机（RSM）直至可逆的逻辑元件29-38
• 4.2 利用可逆逻辑元件构造可逆图灵机38-43
• 4.2.1 重新定义可逆图灵机38-39
• 4.2.2 分解可逆图灵机至可逆逻辑元件39-43
• 4.3 本章总结43-45
• 5 可逆逻辑元件的通用性证明45-56
• 5.1 RE的通用性45-46
• 5.2 RT和IRT的逻辑通用性46-47
• 5.3 CDE的逻辑通用性47-48
• 5.4 RD和IRD的逻辑通用性48-49
• 5.5 带有记忆能力的可逆逻辑元件的通用性49-55
• 5.6 本章总结55-56
• 6 总结和展望56-58
• 6.1 总结56
• 6.2 展望56-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-62
• 附录 A. 作者在攻读硕士学位期间成果目录62

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