CN106126191A - 基于映射模块的16位加减法器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及利用映射模块设计16位加减法器的方法,属于计算机应用技术领域。本发明包括如下步骤,步骤1:利用域t和域f对DNA链进行标记,域t和域f分别代表逻辑1和逻辑0,构建域标记的DNA信号链,DNA信号链在DNA链置换反应中起到传递信号的介质作用,其中输入输出链就是DNA信号链;DNA信号链是结构对称的,其左半边可以与上游相应的模块进行DNA链置换反应,右半边可以与下游的相应模块进行DNA链置换反应;步骤2:构建域标记1输入映射模块;步骤3:构建域标记2输入映射模块;通过域t和域f来分别代表逻辑1和逻辑0,增加了反应的确定性,避免了由浓度代表逻辑值所带来的不稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及利用映射模块设计16位加减法器的方法,属于计算机应用技术领域。
背景技术
Seelig利用DNA链设计了与门、或门、非门,利用这三个模块可以组合DNA计算机的DNA逻辑电路,电路中的布尔值是通过DNA链的是否存在来表示的。但是Seelig设计的非门并不稳定,由非门设计的逻辑电路容易产生错误信号,这样并不能制造稳定DNA计算机。Winfree构造了与门模块、或门模块和扇出门模块,将它们与双轨逻辑结合起来设计了4-bit平方根DNA逻辑电路,电路的布尔值是通过DNA链浓度的高低来表示的。
Winfree通过双轨逻辑解决了非门不稳定性的问题,他设计的与门模块、或门模块及扇出门模块和双轨逻辑结合起来可以设计许多稳定的DNA逻辑电路,但是双轨逻辑电路的规模是单轨逻辑电路的2倍,这增加了DNA计算机的规模和设计的复杂度。非门的不稳定性问题和双轨的规模问题的根本问题是用DNA链浓度来表示逻辑值,因为从高浓度向低浓度方向反应是DNA链反应的一般规律,本文用域t和f来代表逻辑值避免了由DNA链的浓度来表示逻辑值带来的不稳定性问题。其次,与门、或门和非门原本是电子逻辑电路的基本逻辑运算模块,将它们用在DNA逻辑电路上并没有充分考虑DNA链的特点及DNA计算的高度并行性,DNA逻辑电路应该有自己的基本逻辑运算模块但并不局限于与门、或门和非门。本文利用域t和f代表逻辑值的方法设计了DNA映射运算模块,映射模块根据输入数量的不同分为1输入映射模块(1-mapping modules)、2输入映射模块(2-mapping modules)、3输入映射模块(3-mapping modules),…,n输入映射模块(n-mapping modules)。DNA映射运算模块充分利用了DNA链的特点及DNA计算的高度并行性,将n输入1输出逻辑电路的层次性用并行的2n条相同结构的DNA链来代替,以此来缩短运算的时间。通过更改映射模块中的DNA双链右端突出的上链上的域t或域f,使更改后的映射模块实现不同的逻辑功能。根据异或门的真值表来更改2输入映射模块中的4个DNA双链右端突出的上链上的域t或域f,使更改后的2输入映射模块实现异或门的功能。更改3输入映射模块中8个DNA双链右端突出的上链上的域t或域f,分别得到1位全加器求和项的模块和求进位项的模块。将域标记异或门模块和1位全加器模块进行组合设计了DNA16位加减法器。
发明内容
本发明的目的在于利用利用域标记2输入映射模块、域标记3输入映射模块设计DNA16位加减法器。
本发明的技术方案如下:
利用映射模块设计16位加减法器的方法,包括如下步骤,
步骤1:利用域t和域f对DNA链进行标记,域t和域f分别代表逻辑1和逻辑0,构建域标记的DNA信号链,输入输出链是DNA信号链;DNA信号链是结构对称的,其左半边可以与上游相应的模块进行DNA链置换反应,右半边可以与下游的相应模块进行DNA链置换反应;
步骤2:构建域标记1输入映射模块;
步骤3:构建域标记2输入映射模块;
步骤4:根据异或门的真值表来更改2输入映射模块中的4个DNA双链右端突出的上链上的域t或域f,使更改后的2输入映射模块实现异或门的功能;
步骤5:构建域标记3输入映射模块;
步骤6:根据1位全加器的求和项的真值表来更改3输入映射模块中的8个DNA双链右端突出的上链上的域t或域f,使更改后的3输入映射模块实现1位全加器求和项的功能;根据1位全加器的求进位项的真值表来更改3输入映射模块中的8个DNA双链右端突出的上链上的域t或域f,使更改后的3输入映射模块实现1位全加器求进位项的功能;
步骤7:将步骤4中的异或门模块和步骤6中的1位全加器以相同的数量和浓度组合起来设计DNA16位加减法器,所述的异或门模块的数量是16个,1位全加器的数量是16个,所述的异或门模块的浓度是1单位,1位全加器的浓度是1单位。
步骤2所述的构建域标记1输入映射模块的方法为:1输入映射模块由2个结构相同的DNA双链组成;通过更改2个DNA双链右端突出的上链上的域t或域f,可以使该1输入映射模块实现不同的逻辑功能。
步骤3所述的构建域标记2输入映射模块的方法为:2输入映射模块由4个结构相同的DNA双链组成;通过更改4个DNA双链右端突出的上链上的域t或域f,可以使该2输入映射模块实现不同的逻辑功能。
步骤5所述的构建域标记3输入映射模块的方法为:3输入映射模块由8个结构相同的DNA双链组成;通过更改8个DNA双链右端突出的上链上的域t或域f,可以使该3输入映射模块实现不同的逻辑功能。
本发明与现有发明相比具有以下优点:
1.通过域t和域f来分别代表逻辑1和逻辑0,增加了反应的确定性,避免了由浓度代表逻辑值所带来的不稳定性。
2.充分利用了DNA计算的海量存储性和高度的并行性,构建的映射模块具有结构单一、层次少、反应时间短等特点,它们可以取代与门、或门和非门作为DNA逻辑电路基本逻辑运算模块。
3.由映射模块设计的DNA逻辑电路比由与门、或门、非门设计的DNA逻辑电路具有更少的层、更短的反应时间、更利用设计大规模DNA逻辑电路。
4.首次设计了DNA16位逻辑电路。
附图说明
图1是DNA链置换反应。
图2是DNA信号链。
图3是1输入映射模块代码。
图4是1输入映射模块。
图5是2输入映射模块代码。
图6是2输入映射模块。
图7是3输入映射模块代码。
图8是3输入映射模块。
图9是n输入映射模块代码。
图10是异或门模块的模拟结果。
图11是1位全加器的模拟结果。
图12是DNA16位加减法器电路图。
图13是DNA16位加减法器的模拟结果。
图14是DNA16位加减法器构建流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
结合图14的DNA16位加减法器构建流程图,下面进行详细步骤介绍:
步骤1:利用域t和域f对DNA链进行标记,构造域标记DNA信号链。如附图2所示,DNA信号链在反应起到传递信号的作用。
步骤2:充分利用DNA计算的海量存储性和高度并行性,构造了含有2条相同结构DNA双链的域标记1输入映射模块,如附图3和4所示。附图4中的2条DNA双链具有相同的结构,而且以相等的浓度参加DNA链置换反应。通过更改映射模块中的DNA双链右端突出的上链上的域t或域f,使更改后的映射模块实现不同的逻辑功能,例如非门模块等。
步骤3:充分利用DNA计算的海量存储性和高度并行性,构造了含有4条相同结构DNA双链的域标记2输入映射模块,如附图5和附图6所示。附图6中的4条DNA双链具有相同的结构,而且以相等的浓度参加DNA链置换反应。通过更改映射模块中的DNA双链右端突出的上链上的域t或域f,使更改后的映射模块实现不同的逻辑功能,例如异或门模块、同或门模块等。
步骤4:根据异或门模块的真值表,更改2输入映射模块中4个DNA双链右端突出的上链上的域t或域f,得到异或门模块,异或门模块的模拟结果如附图10所示。
步骤5:充分利用DNA计算的海量存储性和高度并行性,构造了含有8条相同结构DNA双链的域标记3输入映射模块,如附图7和附图8所示,附图8逆时针旋转90度为正确的图。附图8中的8条DNA双链具有相同的结构,以相等的浓度参加DNA链置换反应。通过更改映射模块中的DNA双链右端突出的上链上的域t或域f,使更改后的映射模块实现不同的逻辑功能,例如1位全加器求和模块和1位全加器求进位模块等。
步骤6:根据1位全加器的真值表,更改3输入映射模块中的8个DNA双链右端突出的上链上的域t或域f,分别得到1位全加器求和模块和求进位模块,附图11是1位全加器的模拟结果图,1位全加器模块是由1位全加器求和模块和求进位模块以相等的深度组合而成的。
步骤7:将16个步骤4中的异或门和16个步骤6中的1位全加器组合起来设计DNA16位加减法器,如附图12和附图13所示,附图12顺时针旋转90度为正确的图;其中附图12是DNA16位加减法器电路图,附图13是DNA16位加减法器的模拟结果图。附图13逆时针旋转90度为正确的图。
实施例1
本发明的实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施的,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述实施例。因为本发明中的域标记1输入映射模块、域标记2输入映射模块、域标记3输入映射模块作为DNA逻辑电路的基本逻辑运算模块,它们可以进行组合设计成其它DNA逻辑电路。本发明以16位加减法器为例。
步骤1:利用域t和域f对DNA链进行标记,域t和域f分别代表逻辑1和逻辑0,构建域标记的DNA信号链(输入输出链)。DNA信号链是结构对称的,其左半边可以与上游相应的模块进行DNA链置换反应,右半边可以与下游的相应模块进行DNA链置换反应。
步骤2:构建域标记1输入映射模块。1输入映射模块由2个结构相同的DNA双链组成。通过更改2个DNA双链右端突出的上链上的域t或域f,可以使该1输入映射模块实现不同的逻辑功能,例如非门模块的功能。
步骤3:构建域标记2输入映射模块。2输入映射模块由4个结构相同的DNA双链组成。通过更改4个DNA双链右端突出的上链上的域t或域f,可以使该2输入映射模块实现不同的逻辑功能。
步骤4:根据异或门的真值表来更改2输入映射模块中的4个DNA双链右端突出的上链上的域t或域f,使更改后的2输入映射模块实现异或门的功能。
步骤5:构建域标记3输入映射模块。3输入映射模块由8个结构相同的DNA双链组成。通过更改8个DNA双链右端突出的上链上的域t或域f,可以使该3输入映射模块实现不同的逻辑功能。
步骤6:根据1位全加器的求和项的真值表来更改3输入映射模块中的8个DNA双链右端突出的上链上的域t或域f,使更改后的3输入映射模块实现1位全加器求和项的功能。根据1位全加器的求进位项的真值表来更改3输入映射模块中的8个DNA双链右端突出的上链上的域t或域f,使更改后的3输入映射模块实现1位全加器求进位项的功能。
步骤7:将步骤4中的异或门模块和步骤6中的1位全加器以相同的数量和浓度组合起来设计DNA16位加减法器。所述的异或门模块的数量是16个,1位全加器的数量是16个,所述的异或门模块的浓度是1单位,1位全加器的浓度是1单位。
综上所述,用域t和f来代表逻辑值避免了由DNA链的浓度来表示逻辑值带来的不稳定性问题。构造了域标记DNA信号链、1输入映射模块、域标记2输入映射模块、域标记3输入映射模块,它们可以被用于设计其它大规模逻辑电路。通过对域标记2输入映射模块、域标记3输入映射模块进行组合,设计了DNA16位加减法器,其模拟结果具有稳定、时间短的特点。由此说明我们设计的域标记1输入映射模块、域标记2输入映射模块、域标记3输入映射模块具有很好的并行性、稳定性、封装性等特点,可以被作为DNA逻辑电路的基本逻辑运算模块以及用于设计大规模稳定的DNA逻辑电路。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其构思以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.基于映射模块的16位加减法器的方法,其特征在于:包括如下步骤,
步骤1:利用域t和域f对DNA链进行标记,域t和域f分别代表逻辑1和逻辑0,构建域标记的DNA信号链,输入输出链是DNA信号链;DNA信号链是结构对称的,其左半边可以与上游相应的模块进行DNA链置换反应,右半边可以与下游的相应模块进行DNA链置换反应;
步骤2:构建域标记1输入映射模块;
步骤3:构建域标记2输入映射模块;
步骤4:根据异或门的真值表来更改2输入映射模块中的4个DNA双链右端突出的上链上的域t或域f,使更改后的2输入映射模块实现异或门的功能;
步骤5:构建域标记3输入映射模块;
步骤6:根据1位全加器的求和项的真值表来更改3输入映射模块中的8个DNA双链右端突出的上链上的域t或域f,使更改后的3输入映射模块实现1位全加器求和项的功能;根据1位全加器的求进位项的真值表来更改3输入映射模块中的8个DNA双链右端突出的上链上的域t或域f,使更改后的3输入映射模块实现1位全加器求进位项的功能;
步骤7:将步骤4中的异或门模块和步骤6中的1位全加器以相同的数量和浓度组合起来设计DNA16位加减法器,所述的异或门模块的数量和1位全加器的数量各是16个,所述的异或门模块的浓度是1单位,1位全加器的浓度是1单位。
2.根据权利要求1所述的基于映射模块的16位加减法器的方法,其特征在于:步骤2所述的构建域标记1输入映射模块的方法为:1输入映射模块由2个结构相同的DNA双链组成;通过更改2个DNA双链右端突出的上链上的域t或域f,可以使该1输入映射模块实现不同的逻辑功能。
3.根据权利要求1所述的基于映射模块的16位加减法器的方法,其特征在于:步骤3所述的构建域标记2输入映射模块的方法为:2输入映射模块由4个结构相同的DNA双链组成;通过更改4个DNA双链右端突出的上链上的域t或域f,可以使该2输入映射模块实现不同的逻辑功能。
4.根据权利要求1所述的基于映射模块的16位加减法器的方法,其特征在于:步骤5所述的构建域标记3输入映射模块的方法为:3输入映射模块由8个结构相同的DNA双链组成;通过更改8个DNA双链右端突出的上链上的域t或域f,可以使该3输入映射模块实现不同的逻辑功能。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107229449A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-10-03 | 大连大学 | 基于链置换的多位数值比较器的设计方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102576304A (zh) * | 2009-06-19 | 2012-07-11 | 奇异计算有限公司 | 使用紧凑的运算处理元件进行处理 |
CN103475360A (zh) * | 2013-02-21 | 2013-12-25 | 郑州轻工业学院 | 一种基于dna算法自组装的全加器设计方法 |
CN103580680A (zh) * | 2013-11-01 | 2014-02-12 | 郑州轻工业学院 | 基于dna自组装算法的全减运算模型 |
CN103699354A (zh) * | 2014-01-10 | 2014-04-02 | 厦门大学 | 基于链置换反应的分子加法器构建方法 |
CN105046102A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-11-11 | 东南大学 | 基于DNA分子链置换反应提取实现组合逻辑的CRNs的方法 |
CN105447339A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-03-30 | 东南大学 | 一种基于化学反应动力学的组合逻辑电路设计方法 |
-
2016
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102576304A (zh) * | 2009-06-19 | 2012-07-11 | 奇异计算有限公司 | 使用紧凑的运算处理元件进行处理 |
CN103475360A (zh) * | 2013-02-21 | 2013-12-25 | 郑州轻工业学院 | 一种基于dna算法自组装的全加器设计方法 |
CN103580680A (zh) * | 2013-11-01 | 2014-02-12 | 郑州轻工业学院 | 基于dna自组装算法的全减运算模型 |
CN103699354A (zh) * | 2014-01-10 | 2014-04-02 | 厦门大学 | 基于链置换反应的分子加法器构建方法 |
CN105046102A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-11-11 | 东南大学 | 基于DNA分子链置换反应提取实现组合逻辑的CRNs的方法 |
CN105447339A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-03-30 | 东南大学 | 一种基于化学反应动力学的组合逻辑电路设计方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
DAVID YU ZHANG等: "Dynamic DNA nanotechnology using strand-displacement reactions", 《NATURE CHEMISTRY》 * |
GEORG SEELIG等: "Enzyme-free nucleic acid logic circuits", 《SCIENCE》 * |
LULU QIAN等: "Scaling up digital circuit computation with DNA strand displacement cascades", 《SCIENCE》 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107229449A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-10-03 | 大连大学 | 基于链置换的多位数值比较器的设计方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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