【摘要】： DNA計(jì)算機(jī)以其高度并行性,運(yùn)算速度快,存儲(chǔ)容量大,能量消耗低等特點(diǎn)成為新一代計(jì)算機(jī)的候選之一。但是由于大量DNA分子的控制、辨別復(fù)雜,無(wú)法高效地從候選結(jié)構(gòu)中檢測(cè)和篩選結(jié)果等缺陷,使DNA計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)非常困難。 另一方面,隨著電子技術(shù)和集成電路技術(shù)的發(fā)展,超大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生,單位面積上可集成的晶體管數(shù)量越來(lái)越多,使得在芯片上構(gòu)建大規(guī)模的并行系統(tǒng)成為可能。 本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)新的并行系統(tǒng),用FPGA實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主體框架,引入四值邏輯實(shí)現(xiàn)地址轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)發(fā)生器,借用DNA計(jì)算的步驟,采用大規(guī)模并行計(jì)算;控制器部分用單片機(jī)實(shí)現(xiàn),像FPGA發(fā)送相關(guān)控制信號(hào)。該系統(tǒng)結(jié)合了DNA計(jì)算和集成電路二者的優(yōu)點(diǎn), 本文主要研究?jī)?nèi)容如下: 1.設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)全新系統(tǒng)的可行性,并利用單片機(jī)和FPGA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)合了DNA計(jì)算和電子并行計(jì)算二者的優(yōu)點(diǎn),可以根據(jù)具體問(wèn)題定制不同的部件。針對(duì)SAT問(wèn)題和均分問(wèn)題,分別設(shè)計(jì)相應(yīng)的系統(tǒng),該系統(tǒng)集合了電子技術(shù)和DNA計(jì)算二者共同的優(yōu)點(diǎn),通過(guò)以空間換時(shí)間的方式,在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)解決了SAT問(wèn)題和均分問(wèn)題,并且可以復(fù)用,造價(jià)低廉,與傳統(tǒng)計(jì)算方式和DNA計(jì)算方式比較都有優(yōu)勢(shì)。 2.由于Verilog HDL語(yǔ)言的特性,當(dāng)生成多個(gè)部件時(shí),需要反復(fù)編寫(xiě)差異不大的語(yǔ)句,工作量大且容易出錯(cuò)。對(duì)于該問(wèn)題,通過(guò)C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了大量相似語(yǔ)句的自動(dòng)生成,減少了錯(cuò)誤率,提高效率。 3.由于系統(tǒng)工作是需要輸入大量二進(jìn)制串指令,易出錯(cuò)。針對(duì)該問(wèn)題,通過(guò)C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)一個(gè)匯編器,并制定助記符,該匯編器可以將助記符自動(dòng)“翻譯”成相應(yīng)的二進(jìn)制指令串。簡(jiǎn)化了編寫(xiě)系統(tǒng)工作指令的過(guò)程。
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類(lèi)號(hào)】：TP368.12
【圖文】：

枷.!!l一個(gè)烏誰(shuí)幸鋤鱗簿夔----一一圖1一 1DNA分子結(jié)構(gòu)DNA分子是由兩條互補(bǔ)成雙螺旋結(jié)構(gòu)相互纏繞的單鏈DNA所構(gòu)成。每條單鏈DNA都是由眾多的脫氧核糖核昔酸線(xiàn)性聚合而成。每個(gè)脫氧核糖核普酸是由一分子磷酸、一分子脫氧核糖和一分子含氮堿基組成的。脫氧核糖核昔酸中的含氮堿基主要有4種:腺嗓吟A、胞嗜陡C、胸腺嚓睫T、鳥(niǎo)嗓吟G。由含氮堿基的不同，形成了DNA中的4種不同的脫氧核糖核普酸以及它們之間的互補(bǔ)配對(duì)關(guān)系。含有A的脫氧核糖核普酸可以和含有T的通過(guò)氫鍵互補(bǔ)配對(duì)，而含有G的可以和含有C的互補(bǔ)配對(duì)，從而成為雙螺旋結(jié)構(gòu)和生物體遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。堿基對(duì)的不同排列順序就形成了生物體的遺傳信息，而雙螺旋結(jié)構(gòu)則保證了遺傳信息傳遞的可靠性。DNA計(jì)算是一種以DNA與相關(guān)的某些生物酶等作為最基本材料的、基于某些生化反應(yīng)原理的一種新型的分子生物計(jì)算方法。其基本思想是:利用DNA特殊的雙螺旋結(jié)構(gòu)和堿基互補(bǔ)配對(duì)規(guī)律進(jìn)行信息編碼，把要運(yùn)算的對(duì)象映射成DNA分子鏈，在生物酶的作用下，生成各種數(shù)據(jù)池 (datapool)，然后按照特定的規(guī)則將原始問(wèn)題的數(shù)據(jù)運(yùn)算高度并行地映射成DNA分子鏈的可控的生化過(guò)程

圖2并xc2s200一6pqZos內(nèi)部結(jié)構(gòu)SPartanH主要包括cLBs，F(xiàn)O塊，RAM塊和可編程連線(xiàn)。在Spartann中，一個(gè)CLB包括2個(gè)Sliees。SlieeS結(jié)構(gòu)如圖2一5所示。每個(gè)Sliees包括兩個(gè)LUT，兩個(gè)觸發(fā)器和相關(guān)邏輯。Slices可以看成是SPartann實(shí)現(xiàn)邏輯的最基本結(jié)構(gòu)。進(jìn)進(jìn)進(jìn)進(jìn)進(jìn)進(jìn)進(jìn)進(jìn)進(jìn)進(jìn) 場(chǎng)場(chǎng) 場(chǎng)場(chǎng)纂纂 纂纂纂纂纂長(zhǎng)長(zhǎng)支 支支控控 控控控控控控 555一一一一一絲 OOOOO馨馨 馨 馨馨口白 白口口 ...濘愛(ài) 愛(ài)愛(ài) 愛(ài) 愛(ài) 愛(ài)愛(ài)你 你，，，，，，出代 1111111111111飯仁 仁 nnnnnnnnnnnnnnnnn日日日 日日.匕勿 勿 勿 ...........................................門(mén) 門(mén)門(mén) 門(mén)不不 不 不 進(jìn)進(jìn)進(jìn)進(jìn)進(jìn)進(jìn)進(jìn)進(jìn)進(jìn)進(jìn)進(jìn)進(jìn)進(jìn)進(jìn)進(jìn)進(jìn) 蕩蕩蕩門(mén)門(mén)門(mén)門(mén)陣 陣尸 尸 控控控控控控控控控控控控控控控控 剃剃剃 剃門(mén)門(mén)日 日門(mén) 門(mén) 鑊鑊鑊 鑊鑊鑊鑊鑊鑊鑊鑊鑊鑊鑊鑊 ··比 比比 比 比 比 比比比比比比”””””””翼。 。。 。 。 。 。。 SSS。 。。襄 襄襄 襄 襄襄襄襄襄襄襄襄襄襄襄 0OOO.............

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3 楊U

本文編號(hào)：2763961