این تحقیق در زمینه ی نشان دادن پیاده سازی یک fpga (field programmable gate array) توسط کاربرد جالب تکنولوژی qca (quantum-dot cellular automata) است. ساختار نسبتا همگن آنها اجازه ی ساخت در مقیاس نانو را به ما خواهد داد. بعلاوه، ماهیت همه منظوره ی fpga می تواند اجازه ی پیاده سازی خیلی از کاربرد ها را با استفاده از تکنیک qca به ما بدهد. ساخت و پیاده سازی fpga امروزه در دو زمینه بررسی می شود : 1) بلوک های قابل برنامه ریزی 2) ارتباط های متقابل قابل برنامه ریزی . در این تحقیق ما به بررسی روش پیاده سازی بلوک های قابل برنامه ریزی fpga با استفاده از تکنیک qca می پردازیم. دراین تحقیق نشان خواهیم داد که می توان یک بلوک منطقی قابل پیکربندیclb (configurable logic block) را طراحی، جانمایی، شبیه سازی کرد. طرح کلی clb ما در این پایان نامه، مدل xc4000 شرکت xilinx است، که دارای ساختاری بسیار نیرومند و انعطاف پذیر را دارا است. این clb ها از جداول جستجوی lut (look-up tables) به همراه تعداد تسهیم کننده 4 به1 و 2 به 1 (multiplexer) و فلیپ فلاپ های نوع d ساخته شده است، و هر lut می تواند برای تعداد ساخت زیادی از توابع پیکربندی شود، و توابع صحیح در حافظه ذخیره خواهند شد. شبیه سازی های رمزگشای 2 به 4(decoder)، تسهیم کننده های 4 به 1 و 2 به 1، فلیپ فلاپ های نوع d و lut ها توسط نرم افزار qcadesigner نشان از دقیق بودن طراحی ها و صحت در پیاده سازی ها دارد.

آتاماتای سلولی کوانتمی نقطه ای نوعی فناوری محاسباتی است که جهت ساخت مدارهایی در ابعاد نانو به کار برده می شود. این فناوری بر پایه سلول qca شکل گرفته است، سلولی متشکل از چهار حفره که به صورت مربعی در کنار یکدیگر قرار گرفته اند. این نسل جدید از کامپیوترها که مبتنی بر تکنولوژی آتوماتای کوانتومی سلولی نقطه ای می باشند، توان پردازشی بالایی در حد ترابایت دارد، اما مشکلاتی از قبیل دمای نقطه کار بسیار پایین در مسیر تولید آن ها وجود دارد، که اخیراً تلاش های زیادی در جهت بهبود این نقیصه صورت گرفته است. از طرف دیگر این سیستم ها مانند پلی میان کامپیوترهای معمولی و کامپیوترهای کوانتمی هستند که می توانند زمینه ساز گسترش کامپیوترهای کوانتمی باشند. کارهایی که در زمینه qca با استفاده از روش های هوشمند صورت گرفته را به چهار دسته تقسیم نموده ایم که عبارتند از: 1)تحلیل درجه اطمینان مدارها، 2) شبیه سازی مدارها، 3)بهینه سازی مدارها، 4)مشکلات طراحی فیزیکی در مدارها. شبیه سازی مدار qca در واقع تعیین خروجی های یک مدار با توجه به قطبیت ورودی های و شکل مدار است. روش های مختلف هوشمند و غیرهوشمندی بدین منظور تا کنون ارائه شده اند. نرم افزار qcadesigner یک نرم افزار شبیه سازی دقیق است که شبیه سازی را با استفاده از روش های غیرهوشمند و زمانبر انجام می دهد. روش های شبکه بیزین و شبکه عصبی و الگوریتم ذوب فلزات، روش های هوشمندی هستند که در این زمینه ارائه شده اند. در این فصل به تفصیل این روش ها را توضیح خواهیم داد. در مبحث بهینه سازی مدارهای qca، از روش هوشمند الگوریتم ژنتیک به طور عمده استفاده شده است که در مقاله [3] این بهینه سازی در سطح تغییرات مکان و تعداد سلول های مدار صورت گرفته است. از آنجایی که هدف این پایان نامه، ارائه مدلی مبتنی بر روش های هوشمند، جهت بهبود ساختار مدارهای مبتنی بر آتوماتای کوانتومی سلولی می باشد، نتایج بدست آمده از مدل ارائه شده در این پایان نامه با نتایج حاصل از مقاله [3] مقایسه شده است. در بحث مدارهای qca از آنجا که مساحت سلول تاثیر بسزایی در سرعت و درنتیجه افزایش کارایی سلول دارد، ساخت مدارهایی که تعداد سلول های آنها تا حد ممکن کم باشد حائز اهمیت است. از آنجا که نمی توان با قرار دادن سلول ها کنار هم و بدون استفاده از روش های شبیه سازی مختلف خروجی یک مدار را پیش بینی کرد تنها راه پیش بینی دقیق خروجی مدارها، ساختن آن بر اساس مدارهای اولیه که در qca شناخته شده اند می باشد. نکته قابل توجه در این بخش این است که تمام مدارهای ممکن را می توان با استفاده از مدار پایه majority gate در qca ساخت. اما گاهی ساخت مدار به این روش به مداری با مساحت بسیار زیاد منتهی می شود. بنابراین یک روش پیشنهادی استفاده از روش های مکاشفه ای برای دست یابی به مدار مورد نظر با حداقل مساحت ممکن است. در روش اول که مدار qca از مدار پایه majority gate ساخته شود، تحقیقاتی وجود دارند که با اعمال روش های مکاشفه ای مانند الگوریتم ژنتیک، تعداد این مدار پایه را به حداقل ممکن رسانده و مدار مورد نظر را با آن می سازند. مدل جدید پیشنهادی، توجه خود را معطوف به بهبود ساختار مدار با استفاده از الگوریتم ژنتیک در سطح سلول می نماید. در الگوریتم ژنتیک کروموزوم ها، توپولوژی مدار(تعداد، مکان و clock سلول های عادی و تعداد، مکان، clock و قطبیت سلول های ثابت) را دربردارند و تابع مطلوبیت وابسته به تعداد خروجی های صحیح مدار و تعداد سلول های مدار می باشد. هدف رسیدن به مداری است که با کمترین حجم، خروجی های مورد انتظار را تولید نماید و همچنین مکان سلول ها به صورت اتوماتیک تولید شود. از آنجایی که هدف این پایان نامه بهبود ساختار مدارهای qca است، بدین منظور روشی دقیق و سریع جهت شبیه سازی مدارها نیاز می باشد. در شبیه سازی مدارها، دو روش شبکه بیزین و شبکه عصبی هاپفیلد دارای سرعت قابل قبولی می باشند. با استفاده از مدل پیشنهادی، مدارهای مولتی پلکسر، or چهار ورودی و xor بهینه را بدیت آورده و نتایج را با نتایج روش هایی که تا کنون در این زمینه ارائه شده است، مقایسه می نماییم.

اخیرا پیشرفت های چشمگیری در تولید و ارائه سیم ها و سوئیچ های دیود الکترونیک مولکولی رخ داده است در این طرح ما پیشرفت ها را بررسی می کنیم و نشان می دهیم که چگونه دستگاههای مولکولی نشان داده شده شاید بتوانند ترکیب شوند تا منطق دیجیتالی کامپیوتری در مقیاس مولکولی را طراحی کنند . طراحی مربوط به سوئیچ های دیود یکسو کننده ی پالایش شده است و با سیم های ارائه شده اند ، با معرفی گروههای بین مولکولی شیمیایی که به سیم های مولکولی تغییر داده شده متصل هستند همخوانی شان افزایش داده شد . مکانیزم محاسبات کوانتومی اجرا شده اند تا برخی از خصوصیات الکتریکی سوئیچ های دیود مولکولی پیشنهاد شده را تشریح کنند . طراحی های ساختاری واضح برای گیت های and و or و xor نشان داده و از سیم های مولکولی و سوئیچ های دیود مولکولی ساخته شده اند . گیت های منطقی الکترونیکی مولکولی مبتنی بر دیود با هم ترکیب شده اند تا تمام جمع کننده الکترونیکی مقیاس مولکولی ایجاد کنند ، این طراحی ها به ساختار های مدار تک مولکولی رسانا مربوط هستند . تمام جمع کننده ها به علت کاربردی که در طراحی های cpu و aluها دارد ما را به این پنداشت که برویم طراحی مولکولی تمام جمع کننده که بتوانیم به کوچک سازی مدارات مجتمع کمک شایانی کند.

در این پایان نامه ابتدا الکترونیک مولکولی را به عنوان شاخه ای از فناوری نانو معرفی کرده و مزایای متعدد آن را بیان می کنیم. سپس نحوه ارتباط بین مولکول ها و سیم های مولکولی ساخته شده بر مبنای این علم را ارائه خواهیم کرد. در ادامه به معرفی دیود rtd و بررسی رفتار ولتاژ و جریان آن خواهیم پرداخت. سپس با استفاده از خواص دیودهای مذکور و الکترونیک مولکولی به طراحی و شبیه سازی مدارهای منطقی دیجیتالی می پردازیم. ابتدا معکوس کننده ای را شبیه سازی کرده و به کمک آن یک تمام جمع کننده را در مقیاس نانو ارائه می دهیم. سپس با استفاده از آن به طراحی و شبیه سازی کمپرسور 2-4، به عنوان یکی از کاربردی ترین مدارهای منطقی دیجیتالی می پردازیم. همچنین مدارهای منطقی مذکور را به کمک علم الکترونیک مولکولی، با استفاده از حلقه های بنزنی، طراحی و ارائه می کنیم. نتایج شبیه سازی ها با استفاده از نرم افزار hspice، حاکی از آن است که سرعت مدار به کمک این معماری کاهش قابل توجهی دارد، همچنین توانسته ایم این مدار را از نظر تعداد rtdهای بکار رفته و بازده آن، بهینه کنیم.

سیستم اعداد مانده ای یک سیستم عددی غیر وزنی است که محاسبات موازی ، انتشار محدود رقم نقلی ، توان مصرفی کم و ارتباطات امن را پشتیبانی می کند و در کارهایی که از عمل های جمع ، تفریق و ضرب در یک محدوده از اعداد استفاده می کنند ، کاربرد دارد . مزایای استفاده از سیستم اعداد مانده ای سرعت بالا ، کاهش توان ، کاهش پیچیدگی ، تشخیص و تصحیح خطا می باشند . مبدل مانده ای به دودوئی یک عدد با نمایش مانده ای را به معادل وزنی دودوئی آن تبدیل می کند . از آنجا که این مبدل عکس مبدل دودوئی به مانده ای عمل می کند ، به مبدل معکوس مشهور است . قسمت عمده ی تحقیقات بر روی طراحی مبدل های مانده ای به دودوئی با کارائی بالاتر متمرکز شده اند زیرا مبدل مانده ای به دودوئی بدلیل نیاز به تاخیر و سخت افزار بیشتر نسبت به سایر اجزا پیچیده ترین قسمت است . هدف این رساله نیز بالا بردن کارایی مبدل معکوس در سیستم اعداد مانده ای از طریق طراحی مبدل های مجموعه مانده ای به دودوئی سریع و با هزینه سخت افزاری کم است . در این رساله ، بر اساس تبدیل درهم مبنا (mrc) ، دو طراحی مبدل مانده ای به دودویی جدید در چند سطح طراحی برای مجموعه پیمانه پیشنهادی ارائه شده است . نتایج به دست آمده نشان می دهند که دومین مبدل معکوس پیشنهادی هزینه سخت افزاری و تأخیر تبدیل را در مقایسه با کارهای گذشته مرتبط بهبود داده است .

نانو الکترونیک شاخه ای از فناوری نانو است که از نظر ساخت وسایل الکترونیکی کوچک تر، سریع تر و کم مصرف تر نقش بسیار مهمی در تکنولوژی جهانی دارد. کوچکتر شدن ابعاد ترانزیستورهای سلیکونی رایج موجب ایجاد مشکلاتی از جمله ایجاد جریانات نشتی و خازن های پارازیتی می شود که بروز چنین مشکلاتی خود موجب افزایش توان مصرفی، تاخیر و افزایش حاضلضرب تاخیر در توان می گردد. تکنولوژی ترانزیستور اثر میدانی نانولوله کربنی (cntfet) به عنوان یکی از جایگزین های تکنولوژی سلیکونی مطرح شده است که از نانولوله های کربنی بجای سیلیکون در کانال ترانزیستور استفاده می شود. گیت یای انحصاری(xor) به عنوان یک گیت پایه ای مدارات الکترونیکی می باشد. از طرفی دو پارامتر مهم در طراحی مدارات، سرعت و توان مصرفی می باشند. هدف اصلی افزایش سرعت و کاهش توان مصرفی می باشد. در این رساله طرح جدیدی از گیت xor سه ورودی پیشنهاد داده شده که تمامی ترانزیستورهای آن از نوع cntfet طراحی شده است. این طرح با استفاده از نرم افزار hspice شبیه سازی شده است. در این شبیه سازی از تکنولوژی cntfet 32 نانومتر استفاده شده است. این طرح به عنوان یکی از سریعترین گیت های xor منطقی می باشد که از حداقل توان مصرفی نیز بهره برده است. می توان از این طرح در طراحی کمپرسورها استفاده کرد که از آن ها نیز می توان در طراحی ضرب کننده ها استفاده کرد. از کمپرسورها برای جمع کردن ضرب های جزیی در ضرب کننده ها استفاده می شود. سلول تمام جمع کننده ساده ترین کمپرسور است که کمپرسور 3:2 نامیده می شود. با آن می توان کمپرسورهای با مرتبه بالاتر طراحی کرد. بنابراین بهبود در کمپرسور 3:2 موجب بهبود در کمپرسورهای با مرتبه بالاتر می گردد. از طرفی ضرب کننده ها نقش اساسی در طراحی مدارهای حسابی و منطقی دارند بطوری که بهبود در سرعت و توان مصرفی آن ها موجب بهبود در سیستم کلی می-شود. با استفاده از تمام جمع کننده پیشنهادی، کمپرسورهای با طول بیت ورودی بزرگتر و در نهایت سلول های ضرب کننده سریع و کم مصرف 8، 16و 32 بیتی طراحی و شبیه سازی گردیده است. کاهش مراحل ساده سازی درخت والاس، کوتاه شدن مسیر بحرانی، کمتر شدن اتصالات میانی و کاهش مساحت اشغالی ضرب کننده ها با استفاده از کمپرسورهای مرتبه بالا m:3 نتایج بدست آمده از این طراحی ها می باشند.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.