دانلود پروژه:مدار مولد اعداد تصادفی با استفاده از تکنولوژی آتوماتای کوانتومی سلولی نقطه‌ای

فهرست مطالب

فصل 1. ‌أ2

مقدمه: 3

1-1 آتوماتای کوانتومی سلولی نقطه‌ای چیست؟. 3

2-1 سلول های  QCA… 4

3-1 سیم در QCA… 5

4-1 عبور سیم ها از روی هم در QCA… 5

5-1 گیت‌های منطقی در QCA… 6

6-1 گیت اکثریت… 7

7-1 کلاکینگ (کلاک بندی) در QCA… 8

8-1 طراحی مدارهای QCA… 9

9-1 گیت XOR.. 10

10-1 گیت اکثریت با پنج ورودی.. 12

11-1 طراحی مدار در QCA بر مبنای متد   Tile متعامد. 14

12-1 بررسی موضوع پیشنهادی: 16

فصل 2. 17

1-2 مدار تمام جمع کننده: 18

2-2 مدار XOR: 19

3-2 طراحی مدارات ترتیبی در تکنولوژی QCA: 21

1-3-2 فلیپ فلاپ,SR RS: 21

2-3-2 فلیپ فلاپ JK: 23

3-3-2 فلیپ فلاپ D: 25

4-3-2 شمارنده 2 بیتی: 27

4-2 مقایسه‌گر کامل بهبودیافته: 27

5-2 مالتی پلکسر 4*1 بهبودیافته: 29

6-2 ثبات تغییر بازخورد خطی: 35

فصل 3. 39

3-1 نرم‌افزار QCADesigner: 40

1-1-3: منو کناری نرم‌افزار QCADesigner: 40

2-1-3 منوی اصلی برنامه: 43

3-1-3 شبیه‌سازی: 43

4-1-3 کلاک: 45

5-1-3 لایه‌ها: 46

2-3 نحوه طراحی مدار در نرم‌افزار QCADesigner: 47

3-3 موتور شبیه سازی Coherence Vector: 48

4-3 موتور شبیه سازی Bistable: 50

فصل چهار. 51

1-4 طراحی مدار شیف رجیستر: 52

2-4 مدار شیفت رجیستر N بیتی: 55

3-4 طراحی مدار ثبات تغییر بازخورد خطی یک بیتی: 55

4-4 طراحی مدارمولد تولید اعداد تصادفی با استفاده از ثبات تغییر بازخورد خطیچهار بیتی: 57

5-4 مدار مولد تولید اعداد تصادفی یک بیتی با استفاده از گیت XOR: 60

6-4 مدار مولد تولید اعداد تصادفی 4 بیتی با استفاده از گیت XOR: 62

7-4 مدار مولد تولید اعداد تصادفی یک بیتی با استفاده از گیت XOR و نیم جمع کننده: 64

8-4 مدار مولد تولید اعداد تصادفی چهار بیتی با استفاده از گیت XOR و نیم جمع کننده: 68

9-4 مولد تولید اعداد تصادفی با استفاده از تکنولوژی آتوماتای سلولی کوانتومی نقطه ای: 71

فصل 5. 74

1-5 بررسی اعداد تصادفی تولیدشده توسط مولد اعداد تصادفی با استفاده از تکنولوژی آتوماتای سلولی کوانتومی نقطه‌ای: 75

2-5 بررسی مدارهای طراحی شده از نظر تعداد سلول ها و توان مصرفی  و سرعت ذره ای: 78

3-5 مقایسه Layoutهای طراحی‌شده با دیگر مولدهای تولید اعداد تصادفی: 79

1-3-5 مقایسه Layout طراحی‌شده با مولد اعداد تصادفی در تکنولوژی CMOS: 79

2-3-5 مقایسه Layout های طراحی‌شده چهار بیتی ازنظر تعداد سلول و فازکلاک با تکنولوژی‌های دیگر: 80

3-3-5 مقایسه Layout طراحی‌شده با مولد اعداد تصادفی در تکنولوژی QCA: 80

4-3-5 مقایسه Layout طراحی‌شده با مولد اعداد تصادفی در تکنولوژی دیگر: 82

4-5 ویژگی‌های خاص طراحی مولد اعداد تصادفی با استفاده از آتوماتای سلولی کوانتمی: 83

5-5 مشکلات مدارات QCA: 84

6-5 چرا از اعدا تصادفی استفاده می‌کنیم و بسترهای استفاده از این اعداد چیست؟. 84

7-5:نظریه آشوب: 84

8-5 اثر پروانه‌ای: (از ویژگی‌های مهم نظریه آشوب) 85

مراجع: 86

فهرست اشکال

شکل 1-1: سلول QCA [4]…………………………………………………………………………………………….. 4

شکل 2-1: پیاده‌سازی سیم باینری در QCA [5]……………………………………………………………………. 5

شکل 3-1: پیاده‌سازی سیم معکوس گر در QCA [5]…………………………………………………………….. 5

شکل 4-1: نحوه دستیابی به مقدار داده اصلی و متمم یا معکوس یک سیگنال با استفاده از سیم معکوس کننده.[6]      5

5-1 عبور سیم‌ها در QAC [6]…………………………………………………………………………………………. 6

شکل 6-1 گیت معکوس گر در [9] QCA…………………………………………………………………………… 7

7-1 گیت اکثریت و شماتیک مداری این گیت [9]………………………………………………………………… 7

شکل 8-1 کلاکینگ در [9] QCA……………………………………………………………………………………… 9

9-1 شمارنده طراحی‌شده در QCA [12]………………………………………………………………………….. 10

شکل 10-1 شماتیک مداری [13] XOR……………………………………………………………………………. 11

11-1 کلاکبندی مدار XOR…………………………………………………………………………………………….. 11

-12-1 Layout طراحی‌شده گیت [15] XOR…………………………………………………………………… 11

QCA در XOR 13-1 خروجی گیت………………………………………………………………………………… 12

شکل 14-1 شماتیک گیت اکثریت با پنج ورودی…………………………………………………………………. 12

شکل 15-1 شماتیک گیت اکثریت با پنج ورودی…………………………………………………………………. 13

شکل 16-1 مدار تمام جمع کننده با استفاده از گیت اکثریت با پنج ورودی…………………………………. 14

شکل 17-1 Tile متعامد…………………………………………………………………………………………………. 15

شکل 18-1. پیاده‌سازی مولد اعدا تصادفی با استفاده از طراحی بر مبنای متد Tile متعامد……………….. 15

شکل 1-2 شماتیک و layout طراحی‌شده در QCA مدار تمام جمع کننده تک‌بیتی……………………… 18

شکل 2-2 مدار تمام جمع کننده 4 بیتی باکری…………………………………………………………………….. 19

4-2 (a) شماتیک مداری (b) layout طراحی‌شده در [13]QCA…………………………………………… 20

شکل 5-2 لایه‌های مدار Xor طراحی‌شده در QCA……………………………………………………………… 20

شکل 6-2 مدار Xor طراحی‌شده در تکنولوژی Cmos…………………………………………………………. 21

شکل 7-2 خروجی شبیه‌سازی‌شده مدار Xor در تکنولوژی QCA……………………………………………. 21

شکل 8-2 شماتیک مداری RS, SR فیلیپ فلاپ[12]………………………………………………………….. 22

شکل 9-2 (a) فیلیپ فلاپ RS در QCA (b) فیلیپ فلاپ SR در [12] QCA………………………… 22

شکل 10-2 نتیجه شبیه‌سازی(a) فلیپ فلاپ RS در QCA (b)  فلیپ فلاپ SR در [12]QCADesigner 23

شکل 11-2 شماتیک مداری JK فلیپ فلاپ [12]……………………………………………………………….. 24

12-2 فلیپ فلاپ JK در [12] QCA………………………………………………………………………………. 24

شکل 13-2 نتیجه شبیه‌سازی فلیپ فلاپ JK در [12] QCADesigner…………………………………… 25

شکل 14-2 شماتیک مداری D فلیپ فلاپ………………………………………………………………………… 25

شکل 15-2 فلیپ فلاپ D در [12] QCA………………………………………………………………………… 26

شکل 16-2 نتیجه شبیه‌سازی فلیپ فلاپ D در  [12] QCADesigner…………………………………… 26

شکل 17-2 شمارنده 2 بیتی در [12]QCA………………………………………………………………………… 27

شکل 18-2 نتیجه شبیه‌سازی شمارنده 2 بیتی [12]………………………………………………………………. 27

شکل 19-2 (a) دیاگرام مدار منطقی (b)  شماتیک مدار (c)  layout در  [21] QCA………………… 28

شکل 20-2 نتیجه  شبیه‌سازی مقایسه‌گر کامل در [21] QCA…………………………………………………. 29

شکل 21-2 مقایسه مدارات مقایسه‌گر در [21] QCA…………………………………………………………… 29

شکل 22-2………………………………………………………………………………………………………………… 31

شکل 24-2 شماتیک مالتی پلکسر 1*4……………………………………………………………………………… 32

2-24 layout طراحی‌شده مالتی پلکسر 1*4 در [22] QCA………………………………………………… 33

شکل 25-2 جدول مقایسه مالتی پلکسرها در [22] QCA……………………………………………………… 33

شکل 26-2 Layout مالتی پلکسر 4*1 با تکنولوژی [22] Cmos 13 um…………………………….. 34

شکل 27-2 جدول مقایسه مدار مالتی پلکسر 1*4 در دو تکنولوژی QCA و [22] Cmos……………. 34

شکل 27-2 شماتیک مدار Xor [23]……………………………………………………………………………….. 35

29-2 شبیه‌سازی گیت XOR [23]…………………………………………………………………………………… 36

شکل 30-2 فلیپ فلاپ D و شبیه‌سازی این فلیپ فلاپ در QCA [23]………………………………….. 36

شکل 31-2 شماتیک شیفت رجیستر 3 بیتی [23]………………………………………………………………… 37

شکل 32-2 Layout و شبیه‌سازی مدار شیفت رجیستر 3 بیتی در QCA [23]…………………………… 37

33-2 شماتیک مدار ثبات بازخورد خطی سه بیتی [23]………………………………………………………… 38

34-2 Layout و شبیه‌سازی مدار ثبات بازخورد خطی سه بیتی در [23] QCA………………………….. 38

شکل 1-3 صفحه اصلی نرم‌افزار [25]QCADesigner……………………………………………………….. 40

شکل 2-3 منو کناری نرم‌افزار [26] QCADesigner………………………………………………………….. 41

شکل 3-3 منو تغییر عملکرد سلول [25]…………………………………………………………………………… 42

شکل 4-3 سلول چرخیده……………………………………………………………………………………………….. 42

شکل 5-3 موتور شبیه‌سازی Bistable Approximation……………………………………………………. 44

شکل 6-3 موتور شبیه‌سازی [25]Coherence vector………………………………………………………. 45

شکل 7-3 انتخاب کلاک………………………………………………………………………………………………… 45

شکل 8-3 لایه‌ها[26]…………………………………………………………………………………………………… 46

شکل 9-3 دیاگرام مدار مالتی پلک سر [25]………………………………………………………………………. 47

شکل 10-3 Layout طراحی‌شده مالتی پلکسر 1*2 در [24]QCADesigner………………………….. 47

شکل 11-3 شبیه‌سازی مدار مالتی پلکسر 1*2[24]……………………………………………………………… 48

شکل 1-4 شماتیک مدار فلیپ فلاپ D…………………………………………………………………………….. 52

شکل 2-4 Layout مدار فلیپ فلاپ D……………………………………………………………………………. 52

شکل 3-4 شبیه‌سازی فلیپ فلاپ D در QCA……………………………………………………………………. 53

شکل 4-4 شماتیک مدار شیفت رجیستر 5-بیتی…………………………………………………………………… 53

شکل 5-4 Layout مدار شیفت رجیستر 5 بیتی در QCA……………………………………………………… 54

شکل 6-4 شبیه‌سازی مدار شیف رجیستر 5 بیتی………………………………………………………………….. 54

شکل 7-4 شیفت رجیستر 16 بیتی با استفاده از بلوک‌های شیفت رجیستر 4-بیتی…………………………. 55

شکل 8-4 شماتیک مداری مدار ثبات تغییر بازخورد خطی……………………………………………………… 56

شکل 9-4 شماتیک مدار ثبات تغییر بازخورد خطی………………………………………………………………. 56

شکل 10-4 Layout طراحی‌شده ثبات تغییر بازخورد خطی در QCA……………………………………… 57

شکل 11-4 شبیه‌سازی Layout ثبات تغییر بازخورد خطی در QCA……………………………………….. 57

شکل 12-4 Layout مولد تولید اعداد تصادفی با استفاده از ثبات تغییر بازخورد خطی چهار بیتی……. 58

شکل 13-4 Bus مجموع خروجی‌های Layout مولد تولید اعداد تصادفی با استفاده از ثبات تغییر بازخورد خطی چهار بیتی  59

شکل 14-4 خروجی مدار تولید اعداد تصادفی با استفاده از ثبات تغییر بازخورد خطی چهار بیتی…….. 59

شکل 15-4 نمودار اعدا تصادفی تولیدشده با استفاده از ثبات تغییر بازخورد خطی 4 بیتی………………. 60

شکل 16-4 شماتیک مداری مولد اعداد تصادفی یک بیتی با استفاده از گیت XOR………………………. 61

شکل 17-4Layout مدار مولد اعداد تصادفی یک بیتی با استفاده از گیت XOR در QCA…………….. 61

شکل 18-4 خروجی  مدار مولد اعداد تصادفی یک بیتی با استفاده از گیت XOR در QCA……………. 62

شکل 19-4 Layout مدار مولد اعداد تصادفی چهار بیتی با استفاده از گیت XOR در QCA………….. 63

شکل 20-4 مدار مولد تولید اعداد تصادفی 4 بیتی با استفاده از گیت XOR………………………………… 63

شکل 21-4 نمودار توزیع اعداد تولیدشده توسط مولد تولید اعداد تصادفی 4 بیتی با استفاده از گیت XOR    64

شکل 22-4 شماتیک مدار مولد تولید اعداد تصادفی یک بیتی با استفاده از گیت XOR و نیم جمع کننده 65

شکل 23-4 Layout مولد تولید اعداد تصادفی یک بیتی با استفاده از گیت XOR و نیم جمع کننده…. 66

شکل 24-4 شبیه‌سازی Layout مولد تولید اعداد تصادفی یک بیتی با استفاده از گیت XOR و نیم جمع کننده         67

شکل 25-4 layout مولد تولید اعداد تصادفی دوبیتی با استفاده از گیت XOR و نیم جمع کننده…….. 67

شکل 26-4 شبیه‌سازی layout مولد تولید اعداد تصادفی دوبیتی با استفاده از گیت XOR و نیم جمع کننده  68

شکل 27-4 نمودار اعداد تصادفی تولیدشده توسط مولد تولید اعداد تصادفی دوبیتی با استفاده از گیت XOR و نیم جمع کننده……………………………………………………………………………………………………………………………….. 68

شکل 28-4 Layout مولد تولید اعداد تصادفی چهار بیتی با استفاده از گیت XOR و نیم جمع کننده.. 69

شکل 29-4 نتایج شبیه‌سازی مولد تولید اعداد تصادفی چهار بیتی با استفاده از گیت XOR و نیم جمع کننده  70

شکل 30-4 نمودارهای اعداد تولیدشده توسط مولد تولید اعداد تصادفی چهار بیتی با استفاده از گیت XOR و نیم جمع کننده  70

شکل 31-4 شماتیک مولد تولید اعداد تصادفی در تکنولوژی آتوماتای سلولی کوانتومی نقطه‌ای……….. 72

شکل 32-4 Layout مولد تولید اعداد تصادفی با استفاده از تکنولوژی آتوماتای سلولی کوانتومی نقطه‌ای 72

شکل 33-4 شبیه‌سازی‌های Layout مولد تولید اعداد تصادفی با استفاده از تکنولوژی آتوماتای سلولی کوانتومی نقطه‌ای       73

شکل 34-4 نمودار توزیع اعداد تصادفی تولیدشده توسط Layout مولد تولید اعداد تصادفی با استفاده از تکنولوژی آتوماتای سلولی کوانتومی نقطه‌ای…………………………………………………………………………………………………. 73

شکل 1-5 نمودار پراکندگی اعداد تصادفی تولیدشده توسط مولد تولید اعداد تصادفی در شبیه‌سازی اول 76

شکل 1-5 نمودار پراکندگی اعداد تصادفی تولیدشده توسط مولد تولید اعداد تصادفی در شبیه‌سازی دوم 77

شکل 3-5 مقایسه مدار مولد اعداد تصادفی در Cmos و QCA………………………………………………. 79

شکل 4-5 جدول مقایسه مدارات مولد اعداد تصادفی……………………………………………………………. 80

شکل 5-5 جدول مقایسه با مدار تولید اعداد تصادفی……………………………………………………………. 81

شکل 6-5 مقایسه طراحی با مدار LFSR در تکنولوژی QCA………………………………………………….. 81