Теоретичні відомості

Для технічної реалізації алгоритму арифметичного додавання на відміну від логічного (операція АБО), використовують спеціалізований елемент, який виконує функцію Виключне АБО (рис. 5.1, а). На рис 5.1, б наведена мікроелектронна еквівалентна схема для виконання функції Виключне АБО чи додавання однорозрядних бінарних кодів та за модулем два:

. (5.1)

а) б)

в)

Рис. 5.1. Умовне позначення елементу Виключне АБО (а), його еквівалентні схеми на базі мікроелектронних логічних елементів (б) та наноелектронних мажоритарних елементів (в)

Замінюючи різні за типом мікросхеми на три однакові наноелектронні мажоритарні елементи, створюють схему арифметичного додавання (рис. 5.1, в), що характеризується мажоритарною рівнозначністю:

. (5.2)

Завдання до виконання лабораторної роботи

Розробити проект наносхеми на квантових коміркових авоматах для реалізації операції Виключне АБО та дослідити її роботу за допомогою САПР QCADesigner.

1. Запустити САПР. Створити цифрову наносхему на КА Виключне АБО на проектному полі, як показано для прикладу на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Наносхема на КА для реалізації операції Виключне АБО

2. Поділити отриманий масив комірок на зони синхронізації, створити входи, програмовані входи та вихід.

3. Виконати команду головного меню Simulation/Start Simulation і отримати результати моделювання у вигляді осцилограм, зразки яких для прикладу наведені на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Результати моделювання наносхеми на КА Виключне АБО

Завдання до оформлення лабораторної роботи

Для захисту лабораторної роботи потрібно підготуватися до відповідей на контрольні запитання та оформити протокол, який вміщує:

1. Теоретичні відомості про мікро- та наносхеми, які реалізують операцію Виключне АБО.

2. Розроблену наносхему елемента, що виконує операцію Виключне АБО, та осцилограми, які моделюють його роботу. Пояснити отримані результати.

3. Висновки. Контрольні питання

5.1. Пояснити принцип арифметичного додавання за модулем два.

5.2. Де застосовують елементи Виключне АБО?

5.3. Довести, що логічне рівняння (5.1) та мажоритарна рівнозначність (5.2) співпадають.

5.4. Побудувати повні таблиці дійсності для всіх елементів мікро- та наносхеми Виключне АБО (рис. 5.1, б, в).

5.5. Як розподіляються електрони у квантових комірках наносхеми Виключне АБО, коли на її входах діють комбінації чисел та ?

5.6. Як на базі елемента Виключне АБО створити цифровий компаратор для порівняння двох однорозрядних кодів?

Лабораторна робота № 3 Проектування наносхеми напівсуматора

Мета роботи: Навчитись автоматизованому проектуванню наносхем на КА, які реалізують функцію додавання однорозрядних бінарних чисел.

Теоретичні відомості

Для побудови напівсуматора (рис. 6.1, а) використовують мікроелектронні схеми Виключне АБО та 2І (рис. 6.1, б). Логічні дії напівсуматора описуються наступними рівняннями:

(6.1)

(6.2)

де С – отримане значення переносу до старшого розряду.

а) б)

в)

Рис. 6.1. Умовне позначення напівсуматора (а), його еквівалентні схеми на базі мікроелектронних логічних елементів (б) та наноелектронних мажоритарних елементів (в)

На рис. 6.1, в побудована еквівалентна схема напівсуматора на 4 мажоритарних елементах та 2 елементах заперечення. Додавання двох кодів та з переносом до старшого розряду описується мажоритарними рівнозначностями:

, (6.3)

. (6.4)