[发明专利]一种通用性可逆时序机的设计方法

说明书

本发明公开了一种通用性可逆时序机的设计方法。本方法包括步骤：利用可逆逻辑元件CDE构成s‑CDE；利用逻辑元件RT，IRT和s‑CDE构成s‑RD和s‑IRD；利用逻辑元件s‑RD和s‑IRD构成m‑信号s‑状态转换器和m‑信号s‑状态逆转换器；利用m‑信号s‑状态转换器，m‑信号s‑状态逆转换器和s‑CDE构成可逆时序机。本方法构造的可逆时序机可以有任意s种内部状态，可以在任意两个状态间改变，也可以在某一状态保持不变；本方法构造的可逆时序机是一个完全通用的m‑符号s‑状态可逆时序机，它是一个具有通用性的可逆时序机模块，可以被具体化为任意具体的计算模型，对于需求内部状态大于2的情况也完全适用。

技术领域：

本发明涉及的是一种通用性可逆时序机的设计方法。

背景技术：

一种能够可逆的进行计算任务的通用可逆电脑模型已被Morita(KenichiMorita,‘A Simple Universal Logic Element and Cellular Automata for ReversibleComputing’MCU 2001,LNCS 2055,pp.102-113,2001)提出。Morita提出一种叫为RotaryElement(RE) 的可逆逻辑元件，并证明任意可逆图灵机(图灵机是现代电子计算机的原形)都可以用RE互联来构成。在任意时刻都只有一个物理的信号移动在整个的Morita所描述的RE网络中，因此 RE或者任意连线上的延迟将不会影响到计算的正确性。利用RE所构造的可逆逻辑电路将能完全运行在异步无时钟的情况下。Jia Lee(Lee,J.“An asynchronouscellular automaton implementing 2-state 2-input 2-output reversed-twinreversible elements”.In Cellular Automata(pp.67-76).Springer BerlinHeidelberg.2008)相继的又提出另一种方便构造可逆电路的可逆逻辑元件Reversed-Twin(RT)。同样RT也满足可逆和异步的特性。随着不同可逆逻辑元件的提出和补充，利用可逆逻辑元件构造各种可逆电路被提出得到广泛的研究。采用可逆逻辑元件构造的可逆电路相对于利用可逆逻辑门电路来构造可逆电路而言，电路结构更加简单和直观，而且都能够运行在异步无时钟的情况下。

利用可逆逻辑元件来构造可逆时序机的方法也各不相同。(最新的技术背景)李佳教授 (Jia Lee“Design of 1-tape 2-symbol reversible Turing machines based onreversible logic elements”,Theoretical Computer Science,Volume 460,16November2012.Pages 78-88)提出一个新的可逆时序机的构造方法，该方法利用可逆逻辑元件互联构成可逆时序机。虽然该可逆时序机的结构达到了简单直观的特点，并且也能运行在异步的条件下，但其存在几个不足：该种可逆时序机的内部只有两种状态，并且在一次计算过程中，它的状态必须从一种状态转移到另外一种状态，无法保持状态的不变；在碰到状态大于2的情况，该可逆时序机将无法进行计算，并且将很难进行扩展。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通用性可逆时序机的设计方法。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明采用以下技术方案：

一种通用性时序机的设计方法，它包括以下步骤：

(1)利用可逆逻辑元件CDE构成s-CDE；

(2)利用逻辑元件RT，IRT和新发明的s-CDE构成s-RD和s-IRD；

(3)利用逻辑元件s-RD和s-IRD构成m-信号s-状态转换器(CR)和m-信号s-状态逆转换器(ICR)；

(4)利用m-信号s-状态转换器(CR)，m-信号s-状态逆转换器(ICR)和s-CDE构成可逆时序机。