CN106126191B - 基于映射模块的16位加减法器的方法 - Google Patents

基于映射模块的16位加减法器的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106126191B
CN106126191B CN201610391029.6A CN201610391029A CN106126191B CN 106126191 B CN106126191 B CN 106126191B CN 201610391029 A CN201610391029 A CN 201610391029A CN 106126191 B CN106126191 B CN 106126191B
Authority
CN
China
Prior art keywords
domain
dna
mapping block
input
double chain
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610391029.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106126191A (zh
Inventor
张强
杨乾浩
周昌军
魏小鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian University
Original Assignee
Dalian University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian University filed Critical Dalian University
Priority to CN201610391029.6A priority Critical patent/CN106126191B/zh
Publication of CN106126191A publication Critical patent/CN106126191A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106126191B publication Critical patent/CN106126191B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F7/00—Methods or arrangements for processing data by operating upon the order or content of the data handled
    • G06F7/38—Methods or arrangements for performing computations using exclusively denominational number representation, e.g. using binary, ternary, decimal representation
    • G06F7/48—Methods or arrangements for performing computations using exclusively denominational number representation, e.g. using binary, ternary, decimal representation using non-contact-making devices, e.g. tube, solid state device; using unspecified devices
    • G06F7/50—Adding; Subtracting

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

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

基于映射模块的16位加减法器的方法
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 (1)

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，其左半边与上游相应的模块进行DNA链置换反应，右半边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，其构建方法为：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，使该1输入映射模块实现不同的逻辑功能；
步骤3：构建域标记2输入映射模块，其构建方法为：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，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，其构建方法为：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，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。
CN201610391029.6A 2016-06-06 2016-06-06 基于映射模块的16位加减法器的方法 Active CN106126191B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610391029.6A CN106126191B (zh) 2016-06-06 2016-06-06 基于映射模块的16位加减法器的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610391029.6A CN106126191B (zh) 2016-06-06 2016-06-06 基于映射模块的16位加减法器的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106126191A CN106126191A (zh) 2016-11-16
CN106126191B true CN106126191B (zh) 2018-07-31

Family

ID=57270574

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610391029.6A Active CN106126191B (zh) 2016-06-06 2016-06-06 基于映射模块的16位加减法器的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106126191B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Dynamic DNA nanotechnology using strand-displacement reactions;David Yu Zhang等;《Nature chemistry》;20110124;第3卷(第2期);第103-113页 *
Enzyme-free nucleic acid logic circuits;Georg Seelig等;《Science》;20061208;第314卷(第5805期);第1585-1588页 *
Scaling up digital circuit computation with DNA strand displacement cascades;Lulu Qian等;《Science》;20110603;第332卷(第6034期);第1196-1201页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN106126191A (zh) 2016-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lawson Finite automata
Roy Computability, inference and modeling in probabilistic programming
Sangroula et al. Optimization of water distribution networks using genetic algorithm based SOP–WDN program
CN106126191B (zh) 基于映射模块的16位加减法器的方法
Eryilmaz Component importance for linear consecutive‐k‐Out‐of‐n and m‐Consecutive‐k‐Out‐of‐n systems with exchangeable components
CN102663190A (zh) Pptl符号模型检测方法
Barnett et al. Non-clausal Redundancy Properties.
Nazari et al. Modeling of compressive strength of geopolymers by a hybrid ANFIS-ICA approach
Xiong et al. Optimization of grouting material mixture ratio based on multi-objective optimization and multi-attribute decision-making
Fu et al. Prediction of EPB shield tunneling advance rate in mixed ground condition using optimized BPNN model
CN103279549B (zh) 一种目标对象的目标数据的获取方法及装置
Yang Improve model testing by integrating bounded model checking and coverage guided fuzzing
Nguyen et al. SKG-Lock+: A provably secure logic locking SchemeCreating significant output corruption
Niu Determination of Slope Safety Factor with Analytical Solution and Searching Critical Slip Surface with Genetic‐Traversal Random Method
Riad et al. Fuzzy Reliability Analysis of the COVID‐19 Mortality Rate Using a New Modified Kies Kumaraswamy Model
Misra et al. Utilizing a Novel Universal Quantum Gate in the Design of Fault-Tolerant Architecture
CN110298113A (zh) 一种基于多叉树算法的综合布线节点删除方法
Pete Corner percolation on ℤ2 and the square root of 17
Alasow et al. Quantum algorithm for variant maximum satisfiability
Cui et al. DLSTM-based successive cancellation flipping decoder for short polar codes
Meier Parametrised enumeration
Yousef et al. Multistage Estimation of the Scale Parameter of Rayleigh Distribution with Simulation
Borysenko et al. The Fibonacci numeral system for computer vision
Solomko et al. Study of carry optimization while adding binary numbers in the rademacher number-theoretic basis
Abboud et al. Fine-grained hardness for edit distance to a fixed sequence

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
OL01 Intention to license declared
OL01 Intention to license declared