可逆计算中逻辑综合若干问题研究

发布时间：2021-05-22 07:20

　　可逆计算是一个新兴的研究领域,它在现代和未来计算机的诸多技术中都具有重要价值。可逆逻辑综合是可逆计算研究的关键问题之一。它是低功耗电路设计和量子信息技术研究的重要组成部分,并在信息安全、纳米技术等现代技术领域也有着重要应用。可逆逻辑综合,就是按照可逆网络无扇出、无反馈等约束条件和限制,实现相应的可逆逻辑网络,并使得代价尽可能小。目前,在可逆逻辑门网络的构造、可逆逻辑综合的算法、规模、优化、代价以及可逆逻辑综合相关应用等方面有许多问题需要解决。本文的主要贡献在于:1.构造了一个可逆逻辑门网络级联系统,主要工作包括:分析和证明了同型Toffoli门串联输出结果与Toffoli门个数之间的关系;给出了Toffoli门串联网络的计数;揭示了输入向量（0,1,…, 2 n ?1）中Hamming重量H （ w）≥n?1的位向量个数与位向量位数之间的关系;给出了Toffoli门串联网络变换种类的计算方法;提出了能够进行Toffoli门串联、并联和混联的网络级联算法。利用这些算法构造了一个基于Toffoli门的可逆网络级联系统,实验验证了该系统的有效性。2.在可逆逻辑综合的模型构造和代价分析方面,提... 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：123 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
目录
图清单
表清单
缩略语
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 可逆计算
    1.3 可逆计算中的逻辑综合
        1.3.1 可逆逻辑综合的概念
        1.3.2 可逆逻辑网络结构
        1.3.3 可逆逻辑综合研究的意义
    1.4 可逆逻辑综合中的一些问题
        1.4.1 可逆逻辑门的级联
        1.4.2 最小代价问题
        1.4.3 无用输出信息位
        1.4.4 可逆逻辑综合的规模
        1.4.5 可逆逻辑综合方法
    1.5 本文的工作
第二章 可逆逻辑门级联
    2.1 引言
    2.2 可逆逻辑门
        2.2.1 一位可逆逻辑门
        2.2.2 多位可逆逻辑门
    2.3 可逆网络
    2.4 可逆逻辑门的通用性
    2.5 可逆逻辑门的级联
        2.5.1 可逆逻辑门的串联
        2.5.2 可逆逻辑门的并联
        2.5.3 Toffoli 可逆网络的构造
    2.6 实验及结果分析
    2.7 本章小结
第三章 基于正反控制门的可逆逻辑综合
    3.1 引言
    3.2 正反控制可逆级联模型（PNCRC）
        3.2.1 正反控制门线型
        3.2.2 正反控制门形式化定义
    3.3 模型的代价分析及NOT 门裁剪
        3.3.1 代价分析
        3.3.2 NOT 门化简
    3.4 基于PNCRC 模型的可逆综合
        3.4.1 相关定义
        3.4.2 可逆综合
    3.5 基准测试及其结果分析
        3.5.1 无用输出信息分析
        3.5.2 基准测试
    3.6 本章小结
第四章 布尔函数优化及其可逆变换
    4.1 引言
    4.2 布尔函数优化
        4.2.1 多输出函数的蕴涵项扩展
        4.2.2 积项集合的补集算法
        4.2.3 布尔函数的无冗余覆盖选择算法
    4.3 布尔函数的RM 变换
        4.3.1 基本定义
        4.3.2 Reed-Muller 系数变换
        4.3.3 固定极性变换
        4.3.4 多段分割技术
    4.4 基于REED-MULLER 的可逆综合
    4.5 实验结果与分析
        4.5.1 等价性及效益验证
            4.5.1.1 估价优化效能
            4.5.1.2 基于最小项的检验
        4.5.2 结果分析
    4.6 本章小结
第五章 基于置换群的可逆综合
    5.1 引言
    5.2 相关知识背景
        5.2.1 关于群论
        5.2.2 可逆网络的群表示
    5.3 基于群的可逆网络构造
    5.4 实例验证
    5.5 本章小结
第六章 基于布尔置换的可逆综合
    6.1 引言
    6.2 可逆与布尔置换
    6.3 可逆网络的迭代构造
        6.3.1 可逆网络的迭代构造
        6.3.2 算法分析
    6.4 基于正形置换的可逆网络级联
        6.4.1 正形置换
        6.4.2 基于正形置换的可逆网络级联
        6.4.3 算法分析
    6.5 本章小结
第七章 可逆逻辑综合在信息安全中的应用
    7.1 引言
    7.2 可逆全加器单元的设计
    7.3 基于可逆逻辑综合的加密方案
    7.4 本章小结
第八章 结束语
    8.1 可逆计算几个相关问题的认识
        8.1.1 逻辑与热能耗
        8.1.2 能量复杂度
        8.1.3 图灵机与可逆图灵机
        8.1.4 可逆计算与量子计算
        8.1.5 可逆计算与摩尔定律
    8.2 可逆计算的几点思考
        8.2.1 可逆计算对计算意义的支持
        8.2.2 计算方式的多样性
        8.2.3 随机性与确定性、必然性与偶然性
        8.2.4 可逆布尔逻辑与传统布尔逻辑
        8.2.5 无热计算
        8.2.6 无尺度限制的三维电路
    8.3 本文总结
    8.4 未来工作展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
附录
    A 本文使用的NCMC BENCHMARK 及对比效果
        A.1 PLA89
        A.2 PLA91
        A.3 PLA93
    B 可逆逻辑综合BENCHMARK


【参考文献】：
期刊论文
[1]一种抗差分功耗攻击的改进DES算法及其硬件实现[J]. 蒋惠萍,毛志刚.  计算机学报. 2004(03)
[2]对“Moore定律”及创新与发展策略的分析讨论（中）[J]. 陈如明.  信息技术与标准化. 2003(10)
[3]国内外密码学研究现状及发展趋势[J]. 冯登国.  通信学报. 2002(05)
[4]正形置换的刻划与计数[J]. 李志慧,李学良.  西安电子科技大学学报. 2000(06)
[5]密码体制中的正形置换的构造与计数[J]. 邢育森,林晓东,杨义先,杨放春.  通信学报. 1999(02)
[6]一种因果推理形式[J]. 王锵,石纯一.  软件学报. 1997(04)
[7]关于正形置换的构造[J]. 冯登国,刘振华.  通信保密. 1996(02)
[8]Reed-Muller型通用逻辑组件的逻辑综合[J]. 陈偕雄,吴训威.  中国科学（A辑 数学 物理学 天文学 技术科学）. 1985(01)
[9]开关函数的RM展开在固定极性下的最小化[J]. 吴训威,徐宗元.  计算机学报. 1984(03)

博士论文
[1]基于生态原理的学科协同进化研究[D]. 王梅.天津大学 2006

硕士论文
[1]密码芯片的功耗分析及抗功耗分析研究[D]. 刘鸣.清华大学 2005



本文编号：3201225