多值DNA可编程逻辑器件：FPGA与CPLD的深入解析

### 多值DNA可编程逻辑器件：FPGA与CPLD的深入解析 在当今的科技领域，多值DNA计算为可编程逻辑器件的发展带来了新的思路和方向。本文将详细介绍多值DNA可编程逻辑器件中的现场可编程门阵列（FPGA）和复杂可编程逻辑器件（CPLD），包括它们的基本原理、电路架构以及工作流程。 #### 1. 三元解码器 三元解码器是多值DNA计算中的重要组成部分，其真值表如下： | A | A2 | A1 | A0 | | --- | --- | --- | --- | | 0 | 0 | 0 | 2 | | 1 | 0 | 2 | 0 | | 2 | 2 | 0 | 0 | 其电路架构中，对于任意输入A，处理步骤如下： 1. 首先，经过非运算（NTI）产生A0。 2. 然后，相同的输入再次经过非运算（PTI）和非运算（NTI）产生A2。 3. 最后，步骤1和2的结果经过或非运算产生A1。 下面是其流程的mermaid流程图： ```mermaid graph LR A[输入A] --> B[NOT(NTI)] B --> C[A0] A --> D[NOT(PTI)] D --> E[NOT(NTI)] E --> F[A2] C --> G[NOR] F --> G G --> H[A1] ``` #### 2. 多值DNA FPGA ##### 2.1 一般组织 在三元DNA计算中，使用两个DNA序列作为输入，一个DNA序列作为输出。其中，序列ACCTAG被视为“0”，序列CAAGCT被视为“1”，序列TGGATC被视为“2”。通过荧光水平来检测DNA序列，荧光是指荧光分子从可见光光谱中临时吸收电磁波长，并随后以较低能量水平发射光的现象。DNA FPGA的框图展示了其基本结构。 ##### 2.2 电路架构 三元FPGA逻辑块由触发器、查找表（LUT）和多路复用器连接而成。一个简单的多值FPGA逻辑块使用三元D触发器、三元查找表（LUT）和3 - 1多路复用器设计。 具体工作流程如下： 1. 三元输入A和B信号首先由三元解码器解码。 2. 解码后的信号传输到LUT。一个简单的2输入LUT使用四个与运算和两个或运算设计，其输出方程为：(A0.B1 + A1.B1) + 1. (A2.B0)。需要注意的是，解码器的输出只有两个逻辑值，即“2”和“0”，对应于二进制逻辑中的“1”和“0”。 3. LUT的输出作为D触发器和多路复用器的输入。三元D触发器是一个时序电路，由四个三元与非运算和一个非运算组成。 4. 三元选择输入S首先由三元解码器解码，然后作为选择输入传输到多路复用器。3 - 1多路复用器使用三个三元与运算和两个三元或运算设计，生成FPGA逻辑块的期望输出。 在三元与运算中，输出值取决于其输入的最小值；在三元或运算中，输出值取决于其输入的最大值。最后，通过对三元与运算取反得到三元与非运算的输出。 下面是其工作流程的mermaid流程图： ```mermaid graph LR A[A和B输入] --> B[三元解码器] B --> C[LUT] C --> D[D Flip - Flop] C --> E[3 - 1 MUX] D --> E F[S输入] --> G[三元解码器] G --> E E --> H[FPGA输出] ``` ##### 2.3 工作过程 - **LUT部分**： - 当输入序列A, B = ACCTAG (0)时，三元解码器生成A0, A1, A2 = (2, 0, 0)和B0, B1, B2 = (2, 0, 0)，LUT输出为ACCTAG (0)。 - 当输入序列A = ACCTAG (0)和B = CAAGCT (1)时，三元解码器生成A0, A1, A2 = (2, 0, 0)和B0, B1, B2 = (0, 2, 0)，LUT输出为TGGATC。 - 当输入序列A = ACCTAG (0)和B = TGGATC (2)时，三元解码器生成A0, A1, A2 = (2, 0, 0)和B0, B1, B2 = (0, 0, 2)，LUT输出为ACCTAG (0)。 - 当输入序列A = CAAGCT (1)和B = ACCTAG (0)时，三元解码器生成A0, A1, A2 = (0, 2, 0)和B0, B1, B2 = (2, 0, 0)，LUT输出为ACCTAG (0)。 - 当输入序列A, B = CAAGCT (1)时，三元解码器生成A0, A1, A2 = (0, 2, 0)和B0, B1, B2 = (0, 2, 0)，LUT输出为TGGATC。 - 当输入序列A = CAAGCT (1)和B = TGGATC (2)时，三元解码器生成A0, A1, A2 = (0, 2, 0)和B0,