Analog models for ternary combinational logic elements

封面

如何引用文章

全文:

详细

Background and Objectives: It is already obvious today that the performance of modern microprocessors is approaching its limit. Increasing the clock frequency and increasing the performance of the transistors included in them by reducing their size is becoming increasingly difficult due to fundamental physical limitations. Possible ways to increase the performance of microprocessors can be found through the introduction of fundamentally new materials and technologies, which is associated with the need for partial or complete abandonment of modern technology for the production of electronic components. However, there is also a development option that makes it possible to increase the performance of microelectronic devices without abandoning familiar and established technologies, both in the field of creating integrated circuits and microarchitecture. The transition of digital technology from a binary base to a ternary number system, that is, the use of three possible states within one digit – false/uncertain/true – allows one to obtain a number of advantages and, in general, provides a real opportunity to increase the performance of microprocessor technology, all other things being equal. In this regard, the goal of the work is to develop analog models of ternary logic elements that are compatible in characteristics with modern series of binary CMOS logic elements that can allow one to correctly simulate complex digital circuitry devices containing such elements. Materials and Methods: A software package for analysis and automatic design of electronic circuits was used to develop analog models of ternary logic elements. This program made it possible to analyze transient processes, parameters and interaction features of the developed logical elements. Results: A working prototype of a ternary logic element has been completed using standard discrete electronic components, which confirms the correctness and efficiency of the developed models of ternary logic elements. Conclusion: The proposed analog models of ternary logic elements allow one to correctly simulate complex digital circuitry devices containing such elements. Based on the proposed models, the main units of the ternary processor have been subsequently designed.

作者简介

Andrey Semenov

Saratov State University

ORCID iD: 0000-0002-1621-6530
SPIN 代码: 5041-9550
Scopus 作者 ID: 57193753260
Researcher ID: AIA-8309-2022
410012, Russia, Saratov, Astrakhanskaya street, 83

Sergey Venig

Saratov State University

ORCID iD: 0000-0002-4759-5828
SPIN 代码: 2197-6147
410012, Russia, Saratov, Astrakhanskaya street, 83

Alexei Dronkin

Saratov State University

ORCID iD: 0009-0009-5762-9073
SPIN 代码: 8179-2618
410012, Russia, Saratov, Astrakhanskaya street, 83

参考

  1. Intel® Core™ i7-8086K Processor. URL: https://ark.intel.com/content/www/us/en/ark/products/148263/intel-core-i7-8086k-processor-12m-cache-up-to-5-00-ghz.html (дата обращения: 30.06.2024)
  2. Intel® Core™ i9-10900K Processor. URL: https://www.intel.com/content/www/us/en/products/sku/199332/intel-core-i910900k-processor-20m-cache-up-to-5-30-ghz/specifications.html (дата обращения: 30.06.2024).
  3. Intel® Core™ i9-13900KS Processor. URL: https://ark.intel.com/content/www/us/en/ark/products/232167/intel-core-i9-13900ks- processor-36m-cache-up-to-6-00-ghz.html (дата обращения: 30.06.2024).
  4. Семёнов А. А., Усанов Д. А., Дронкин А. С. Активный аппаратный стек процессора // Известия высших учебных заведений. Электроника. 2019. Т. 24, № 3. С. 219–229.
  5. Световые транзисторы спасут закон Мура. URL: https://nplus1.ru/news/2016/02/04/moor (дата обращения: 30.06.2024).
  6. IBM сообщила о прорыве в создании транзисторов на углеродных нанотрубках. URL: https://nplus1.ru/news/2015/10/05/ibm-breakthrough-nanotubes(дата обращения: 30.06.2024).
  7. Брусенцов Н. П. Блуждание в трех соснах. (Приключения диалектики в информатике). М. : ООО «SvR-Аргус», 2000. 16 с.
  8. Брусенцов Н. П., Маслов С. П., Розин В. П., Тишулина A. M. Малая цифровая вычислительная машина «Сетунь». М. : Изд-во Моск. ун-та, 1965. 145 с.
  9. Семёнов А. А., Дронкин А. С. Счетные триггеры и счетчики на элементах троичной логики // Взаимодействие сверхвысокочастотного, терагерцового и оптического излучения с полупроводниковыми микро- и наноструктурами, метаматериалами и биообъектами : сборник статей одиннадцатой Всероссийской научной школы-семинара / под ред. проф. Ал. В. Скрипаля. Саратов : Изд-во «Саратовский источник», 2024. С. 82–88.
  10. Heung A., Mouftah H. T. Depletion/Enhancement CMOS For a Low Power Family of Three-Valued Logic Circuits // IEEE Journal of Solid-state Circuits. 1985. Vol. SC-20, № 2 April. P. 609–616.
  11. Three-Valued Logic (Применение трехзначной логики). URL: https://trilog.narod.ru/index.htm (дата обращения: 10.10.2024).
  12. Lofgren V. Tunguska the ternary computer emulator. URL: https://tunguska.sourceforge.net/about.html (дата обращения: 30.06.2024).
  13. Суперкомпьютер или Троичные компьютерные технологии. URL: https://zen.yandex.ru/media/id/5a6acb19dcaf8e1790630902/superkompiuter-ili-troichnye-kompiuternye-tehnologii-5efe1d0a45fdbe03364b90d8 (дата обращения: 30.06.2024).
  14. Новая попытка создания троичного компьютера. URL: https://aftershock.news/?q=node/853441&page=1& ysclid=l8q45pv3xp720647205 (дата обращения: 30.06.2024).
  15. Микропроцессор «ТАЙФУН». Российский экспериментальный 7-трайтовый микропроцессор, с собственной системой команд и IDE. URL: https://www.typhoon.su (дата обращения: 30.06.2024).
  16. Harrison L. An introduction to Depletion-mode MOSFETs. URL: https://www.aldinc.com/pdf/IntroDepletionModeMOSFET.pdf (дата обращения: 30.06.2024).
  17. Дронкин А. С., Семёнов А. А. Модели троичных логических элементов и их применение в схемотехнике процессоров // Взаимодействие сверхвысокочастотного, терагерцового и оптического излучения с полупроводниковыми микро- и наноструктурами, метаматериалами и биообъектами : сборник статей восьмой Всероссийской научной школы-семинара / под ред. проф. Ал. В. Скрипаля. Саратов : Изд-во «Саратовский источник», 2021. С. 31–36.
  18. Electronic Workbench 5.12 for Windows. URL: https://electronicworkbenchewb.com/electronic-workbench-download/ (дата обращения: 30.06.2024).
  19. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники : в 2 т. / пер. с англ. под ред. М. В. Гальперина. М. : Мир, 1983. Т. 1. 598 с.
  20. Jones D. W. Fast Ternary Addition. URL: https://homepage.divms.uiowa.edu/~jones/ternary/arith.shtml (дата обращения: 30.06.2024).

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».