طراحی حافظه باقابلیت آدرس‌‌دهی محتوا در فنّاوری آتوماتای سلولی کوانتومی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی کامپیوتر، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران

2 دانشکده فنی و مهندسی، واحد ارومیه، دانشگاه آزاد اسلامی

چکیده

فنّاوری آتوماتای سلولی کوانتومی یکی از فنّاوری‌‌های نو در زمینه طراحی مدارات دیجیتال در اندازه نانو است. این فناوری جایگزین مناسبی برای فناوری­ سیلیکانی امروزی محسوب می­شود. از ویژگی‌های ذاتی این فنّاوری می‌‌توان به ابعاد بسیار کوچک، سرعت‌بالا و توان مصرفی بسیار پایین آن اشاره نمود. ازاین‌رو، می‌‌توان از آن در طراحی حافظه‌‌های ویژه مانند حافظه باقابلیت آدرس‌‌دهی محتوا که نیاز به‌سرعت عملیاتی بالایی دارند استفاده نمود. این نوع حافظه­ها کاربرد فراوانی در طراحی مؤلفه‌های سخت­افزاری به‌ویژه مسیریاب­ها دارند. در این نوع حافظه­ها به دلیل وجود عملیات جستجو و مقایسه سرعت عملکرد بسیار ضروری است. در این مقاله، یک ساختار پیشنهادی برای حافظه باقابلیت آدرس‌‌دهی محتوا در آتوماتای سلولی کوانتومی ارائه می‌‌شود که دارای قابلیت ایجاد پوشش در مقایسه است. ساختار پیشنهادی متشکل از سلول حافظه، مقایسه کننده و واحد تطبیق است که برای طراحی آن از مالتی‌‌پلکسر و گیت XNOR بهره گرفته‌شده است. به‌‌منظور بررسی کارایی ساختار ارائه‌شده، عملکرد آن‌ توسط نرم‌‌افزار QCADesigner موردمطالعه قرارگرفته است. نتایج به‌دست‌آمده کارایی ساختار ارائه‌شده در این فناوری را اثبات می‌‌کند. ساختار پیشنهادی در مقایسه با ساختار قبلی دارای بهبود 11% در تعداد سلول، 57% در تعداد گیت­ و 5% در فضای اشغالی است.

کلیدواژه‌ها


[1]     G. Pandey, D. Rawtani, and Y. K. Agrawal, “Aspects of nanoelectronics in materials development,” Nanoelectronics and Materials Development: IntechOpen, 2016.##
[2]     F. Salimzadeh and S. R. Heikalabad, “Design of a novel reversible structure for full adder/subtractor in quantum-dot cellular automata,” Physica B: Condensed Matter, vol. 556, pp. 163-169, 2019.##
[3]     C. S. Lent and P. D. Tougaw, “A device architecture for computing with quantum dots,” Proceedings of the IEEE, vol. 85, no. 4, pp. 541-557, 1997.##
[4]     P. D. Tougaw and C. S. Lent, “Logical devices implemented using quantum cellular automata,” Journal of Applied physics, vol. 75, no. 3, pp.      1818-1825, 1994.##
[5]     M. M. Mano, Computer system architecture: Dorling Kindesley Pearson, 2005.##
[6]     L. Chisvin and R. J. Duckworth, “Content-addressable and associative memory: Alternatives to the ubiquitous RAM,” Computer, vol. 22, no. 7, pp.      51-64, 1989.##
[7]     M. A. Dehkordi, A. S. Shamsabadi, B. S. Ghahfarokhi et al., “Novel RAM cell designs based on inherent capabilities of quantum-dot cellular automata,” Microelectronics Journal, vol. 42, no. 5, pp. 701-708, 2011.##
[8]     S. Hashemi, and K. Navi, “New robust QCA D flip flop and memory structures,” Microelectronics Journal, vol. 43, no. 12, pp. 929-940, 2012.##
[9]     S. Angizi, S. Sarmadi, S. Sayedsalehi et al., “Design and evaluation of new majority gate-based RAM cell in quantum-dot cellular automata,” Microelectronics Journal, vol. 46, no. 1, pp. 43-51, 2015.##
[10]  L. H. Sardinha, D. S. Silva, M. A. Vieira et al., “Tcam/cam-qca:(ternary) content addressable memory using quantum-dot cellular automata,” Microelectronics Journal, vol. 46, no. 7, pp. 563-571, 2015.##
[11]  A. Sadoghifar and S. R. Heikalabad, “A           Content-Addressable Memory structure using quantum cells in nanotechnology with energy dissipation analysis,” Physica B: Condensed Matter, vol. 537, pp. 202-206, 2018.##
[12]  S. R. Heikalabad, M. N. Asfestani, and M. Hosseinzadeh, “A full adder structure without      cross-wiring in quantum-dot cellular automata with energy dissipation analysis,” The Journal of Supercomputing, vol. 74, no. 5, pp. 1994-2005, 2018.##
[13]  A. Orlov, I. Amlani, G. Bernstein et al., “Realization of a functional cell for quantum-dot cellular automata,” Science, vol. 277, no. 5328, pp. 928-930, 1997.##
[14]  A. Norouzi and S. R. Heikalabad, “Design of reversible parity generator and checker for the implementation of nano-communication systems in quantum-dot cellular automata,” Photonic Network Communications, pp. 1-13, 2019.##
[15]  S. R. Heikalabad, A. H. Navin, M. Hosseinzadeh et al., “Midpoint memory: a special memory structure for data-oriented models implementation,” Journal of Circuits, Systems and Computers, vol. 24, no. 05, pp. 1550063, 2015.##
[16]  E. T. Karkaj and S. R. Heikalabad, “Binary to gray and gray to binary converter in quantum-dot cellular automata,” Optik, vol. 130, pp. 981-989, 2017.##
[17]  M. N. Asfestani and S. R. Heikalabad, “A unique structure for the multiplexer in quantum-dot cellular automata to create a revolution in design of nanostructures,” Physica B: Condensed Matter, vol. 512, pp. 91-99, 2017.##
[18]  C. S. Lent, P. D. Tougaw, W. Porod et al., “Quantum cellular automata,” Nanotechnology, vol. 4, no. 1, pp. 49, 1993.##
[19]  Y. Z. Barughi, and S. R. Heikalabad, “A three-layer full adder/subtractor structure in quantum-dot cellular automata,” International Journal of Theoretical Physics, vol. 56, no. 9, pp. 2848-2858, 2017.##
[20]  S. K. Rad and S. R. Heikalabad, “Reversible flip-flops in quantum-dot cellular automata,” International Journal of Theoretical Physics, vol. 56, no. 9, pp. 2990-3004, 2017.##
[21]  H. Hosseinzadeh and S. R. Heikalabad, “A novel fault tolerant majority gate in quantum-dot cellular automata to create a revolution in design of fault tolerant nanostructures, with physical verification,” Microelectronic Engineering, vol. 192, pp. 52-60, 2018.##
[22]  I. Amlani, A. O. Orlov, G. Toth et al., “Digital logic gate using quantum-dot cellular automata,” science, vol. 284, no. 5412, pp. 289-291, 1999.##
[23]  W. Liu, L. Lu, M. O'Neill et al., “Design rules for quantum-dot cellular automata” pp. 2361-2364.##
[24]  K. Kim, K. Wu, and R. Karri, “Towards designing robust QCA architectures in the presence of sneak noise paths,” pp. 1214-1219.##
[25]  M. T. Niemier and P. M. Kogge, “Problems in designing with QCAs: Layout= timing,” International Journal of Circuit Theory and Applications, vol. 29, no. 1, pp. 49-62, 2001.##
[26]  M. N. Asfestani and S. R. Heikalabad, “A novel multiplexer-based structure for random access memory cell in quantum-dot cellular automata,” Physica B: Condensed Matter, vol. 521, pp. 162-167, 2017.##
[27]  E. T. Karkaj and S. R. Heikalabad, “A testable parity conservative gate in quantum-dot cellular automata,” Superlattices and Microstructures, vol. 101, pp.      625-632, 2017.##
[28]  C. S. Lent, P. D. Tougaw, and W. Porod, “Bistable saturation in coupled quantum dots for quantum cellular automata,” Applied Physics Letters, vol. 62, no. 7, pp. 714-716, 1993.##
[29]  S.-S. Ahmadpour, M. Mosleh, and S. R. Heikalabad, “A revolution in nanostructure designs by proposing a novel QCA full-adder based on optimized 3-input XOR,” Physica B: Condensed Matter, vol. 550, pp. 383-392, 2018.##
[30]  F. Ahmad, G. M. Bhat, H. Khademolhosseini et al., “Towards single layer quantum-dot cellular automata adders based on explicit interaction of cells,” Journal of Computational Science, vol. 16, pp. 8-15, 2016.##
[31]  K. Walus, T. J. Dysart, G. A. Jullien et al., “QCADesigner: A rapid design and simulation tool for quantum-dot cellular automata,” IEEE transactions on nanotechnology, vol. 3, no. 1, pp. 26-31, 2004.##