شماره ركورد
34269
پديد آورنده
علي مختاري
عنوان
طراحي و پيادهسازي واحد محاسبه و منطق با استفاده از منطق چند ارزشي
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي كامپيوتر، معماري سيستمهاي كامپيوتري
سال تحصيل
1394
تاريخ دفاع
1404/7/23
استاد راهنما
پيمان كبيري
استاد مشاور
ندارم
دانشكده
مهندسي كامپيوتر
چكيده
درسالهاي اخير، مدارهاي طراحي شده برپايه فناوري سيليكون به مرزهاي نهايي سرعت خود نزديك شدهاند همزمان، نياز به افزايش توان پردازشي و سرعت سامانههاي رايانهاي بيش از پيش احساس ميشود. از اين رو، پژوهشگران رويكردهاي متعددي را براي ارتقاي سرعت سيستمهاي محاسباتي بررسي كردهاند؛ از جمله تغيير در فناوري ساخت، بهرهگيري از معماريهاي چندهستهاي و نيز استفاده از روشهاي نوآورانه همچون منطق چندارزشي. منطق چند ارزشي يكي از چالش برانگيزترين روشهاي پياده¬سازي مدارهاي الكترونيكي است كه ظرفيت دگرگونسازي طراحي مدارهاي سيليكوني را دارد. در اين پژوهش تلاش شده است تا عناصر مورد نياز واحد محاسبه و منطق با استفاده از قطعات تجاري و در قالب مدارهاي با تراكم بالا، بر پايه رويكرد منطق چندارزشي و محاسبه با مدارهاي آنالوگ طراحي شود. در اين طراحي، رويكرد اصلي مبتني بر مدارهاي مد ولتاژ است. مدارهاي ارائه شده برپايه فناوري سيليكون و ترانزيستورهاي اثر ميدان طراحي شدهاند كه دهههاست در ساخت مدارهاي پرتراكم بكار گرفته ميشوند. هرچند ابعاد اين فناوري بزرگتر از مرزهاي نوين فناوريهاي نانويي است، اما به دليل قابليت ساخت و پيادهسازي عملي، مي¬تواند از بسياري از فناوريهاي نوظهور در حوزه مدارهاي چندارزشي (مانند ترانزيستورهاي نانولوله كربني، اتوماتاهاي سلولي مبتني بر نقاط كوانتومي و ترانزيستورهاي تكالكتروني) برتر باشد. طراحي مدارهاي چندارزشي با استفاده از عناصر تجاري با چالشهاي متعددي همراه است؛ از جمله مديريت نويز، ايجاد سطوح ولتاژي متفاوت و نحوهي پيادهسازي عملي مدارها. نخست يك منطق كامل رياضي 10 ارزشي ارائه شده است. سپس تلاش شده تا مدارهاي منطقي متناسب با اين منطق رياضي ارائه شوند و در پايان مدارهاي بخش حافظه و محاسبات ارائه شدهاند. براي كاهش تعداد ترانزيستورها، رويكرد استفاده از روشهاي آنالوگ در طراحي مدارهاي چندارزشي مورد توجه قرار گرفته است. با اين حال، بهرهگيري از مدارهاي آنالوگ حساسيت سيستم را در برابر نويز و لغزش عملكرد افزايش ميدهد. به منظور كاهش اين اثرات، مداري با عنوان «بافر تصحيحكننده» به مجموعه مدارهاي طراحيشده افزوده شده است. در طراحي اين خانواده از مدارها، تلاش شده است تا همه اجزا از نظر الكترونيكي با يكديگر سازگار باشند. به بيان ديگر، امكان اتصال و سيمكشي مستقيم ميان مدارها بدون ايجاد اختلال در عملكرد فراهم شده است. همچنين، تلاش شده است تا حد امكان تغذيهي يكسان براي كل مدارها در نظر گرفته شود. نتايج حاصل نشان ميدهد كه بخش عمدهاي از اهداف پژوهش به شكلي مطلوب تحقق يافته است. از جمله اين دستاوردها ميتوان به طراحي خانوادهاي از منطق دهارزشي بر پايهي مدارهاي آنالوگ و با استفاده از عناصر تجاري اشاره كرد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/09/17
عنوان به انگليسي
Design and implementation of arithmetic and logic unit using multi-valued logic
تاريخ بهره برداري
1/12/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
علي مختاري
چكيده به لاتين
In recent years, silicon-based circuit technologies have approached their fundamental speed limitations, while the demand for higher-performance computer systems continues to increase. To overcome these constraints, researchers have explored various approaches to enhance computational speed, including advancements in fabrication technologies, the adoption of multi-core architectures, and the introduction of innovative paradigms such as multi-valued logic (MVL). Among these, MVL represents one of the most challenging yet promising methods for extending the capabilities of conventional silicon circuits. This research aims to design the essential components of an arithmetic and logic unit (ALU) using commercially available, high-density silicon elements based on the MVL approach. The proposed circuits employ field-effect transistors (FETs), which have been utilized for decades in high-density silicon technologies. Although the implemented technology node is not at the cutting edge, it demonstrates significant advantages over alternative MVL implementation platforms—such as carbon nanotube transistors, quantum-dot cellular automata, and single-electron transistors—which face severe manufacturability limitations. The proposed designs operate in voltage mode and address several key challenges inherent to MVL circuit design using commercial devices, including noise susceptibility, voltage-level generation, and practical implementation. A complete decenary (10-valued) logic system is first formulated, followed by the design of logic circuits implementing this system. Subsequently, the memory and arithmetic units are developed. To minimize transistor count, the circuits are realized using analog design techniques. However, this analog implementation introduces sensitivity to noise and signal degradation; therefore, a corrective buffer circuit is incorporated to mitigate these effects. Furthermore, all circuit components have been designed to ensure full electrical compatibility within the proposed logic family—allowing direct interconnection without operational conflicts—and to share a unified power supply across most modules. Experimental and simulation results confirm that the principal objectives of this work have been successfully achieved, demonstrating the feasibility of implementing a decenary logic family using analog design techniques and standard commercial elements.
كليدواژه هاي فارسي
منطق چند سطحي , واحد منطق , واحد محاسبه , حافظه , مد ولتاژ , نويز , پيادهسازي
كليدواژه هاي لاتين
Multilevel Logic , Logic Unit , Computing Unit , Memory , Voltage Mode , Noise , Implementation
Author
Ali Mokhtari
SuperVisor
Peyman Kabiri