QCA_Designer is a Designing program that with this logical circuit in QCA technology is designed.

1. ‫ار‬‫ز‬‫اف‬ ‫نرم‬QCA Designer
‫کننده‬‫تهیه‬:
‫یوسفیان‬ ‫ضا‬‫ر‬‫حمید‬
‫ی‬‫معمار‬‫ی‬‫دکتر‬ ‫ی‬‫دانشجو‬‫کامپیوتر‬
‫مهرماه‬1393

2. ‫ل‬‫سلو‬ ‫معرفی‬QCA
‫هر‬‫مربع‬‫نانو‬‫یا‬‫ل‬‫سلو‬‫شامل‬‫چهار‬Quantum Dot‫می‬‫باشد‬.
‫با‬‫ها‬‫ر‬‫کردن‬‫دو‬‫الکترون‬‫اضافه‬‫در‬،‫ل‬‫سلو‬‫این‬‫الکترون‬‫ها‬‫با‬‫بیشترین‬‫دافعه‬‫ممکن‬‫نسبت‬‫به‬‫هم‬‫قرار‬‫می‬‫گیرند‬.
‫دو‬‫حالت‬‫یر‬‫ز‬‫هر‬‫یک‬‫سطحی‬‫از‬‫منطق‬‫دودویی‬‫ا‬‫ر‬‫بیان‬‫می‬‫ند‬‫ر‬‫دا‬
‫هر‬‫ل‬‫سلو‬QCA‫ابعادی‬‫در‬‫حد‬‫نانو‬‫د‬‫ر‬‫دا‬‫که‬‫در‬‫ی‬‫بسیار‬‫از‬‫طرح‬‫ها‬‫مقدار‬18nm * 18nm‫در‬‫نظر‬‫گرفته‬‫می‬‫شود‬
‫فاصله‬‫بین‬‫سلولها‬‫نیز‬‫در‬‫ی‬‫بسیار‬‫از‬‫طرح‬‫ها‬‫برابر‬2nm‫در‬‫نظر‬‫گرفته‬‫می‬‫شود‬.

3. ‫ل‬‫سلو‬ ‫معرفی‬QCA
‫بین‬‫ل‬‫سلو‬‫های‬‫ر‬‫مجاو‬‫در‬QCA‫و‬‫در‬‫جهت‬‫اعمال‬‫کالک‬‫نیروی‬‫پتانسیلی‬‫وجود‬‫د‬‫ر‬‫دا‬‫که‬‫از‬‫ابطه‬‫ر‬‫یر‬‫ز‬‫به‬‫دست‬‫می‬‫آید‬
‫ابطه‬‫ر‬‫این‬ ‫در‬:
k:‫کولن‬ ‫ثابت‬(𝒌 = 𝟗 ∗ 𝟏𝟎 𝟗
)
q1‫و‬q2:‫الکترون‬ ‫ژ‬‫شار‬(𝒒 = 𝟏.𝟔 ∗ 𝟏𝟎−𝟏𝟗
)
r:‫مجاور‬ ‫سلولهای‬‫در‬ ‫ها‬‫الکترون‬‫بین‬ ‫فاصله‬
‫انرژی‬ ،‫ر‬‫مجاو‬‫سلولهای‬‫الکترونهای‬‫بین‬ ‫موجود‬‫انرژی‬ ‫مجموع‬‫به‬‫پتانسیل‬
‫سلولی‬‫بین‬‫شود‬ ‫می‬‫گفته‬.
‫حالتی‬ ‫در‬‫که‬‫این‬،‫باشد‬ ‫کمینه‬‫انرژی‬ ‫این‬‫مقدار‬‫حالت‬ ،‫حالت‬‫پایدار‬‫دو‬
‫ر‬‫مجاو‬‫ل‬‫سلو‬‫خواهد‬‫بود‬.
‫ات‬‫ر‬‫مدا‬ ‫ی‬‫ساز‬ ‫شبیه‬ ‫و‬‫ترسیم‬‫برای‬QCA‫ی‬‫افزار‬‫نرم‬ ‫از‬QCA Designer
‫شود‬ ‫می‬‫استفاده‬.

4. ‫نرم‬‫ار‬‫ز‬‫اف‬QCA Designer
‫این‬‫نرم‬‫ار‬‫ز‬‫اف‬‫در‬‫سال‬2005‫و‬‫توسط‬K.Walus‫ای‬‫ر‬‫ب‬‫طراحی‬‫و‬‫شبیه‬‫ی‬‫ساز‬‫ات‬‫ر‬‫مدا‬‫با‬‫تکنولوژی‬QCA‫تولید‬‫شده‬‫است‬.
‫ویرایشهای‬‫متنوعی‬‫از‬‫آن‬‫تولید‬‫شده‬‫است‬‫که‬‫آخرین‬‫ویرایش‬‫آن‬2.0.3‫می‬‫باشد‬.
‫قبل‬‫از‬‫نصب‬‫آن‬‫در‬‫ز‬‫ویندو‬‫باید‬‫نرم‬‫افزار‬GTK+ Runtime‫ا‬‫ر‬‫نصب‬‫کرد‬.

5. ‫ار‬‫ز‬‫اف‬ ‫نرم‬ ‫محیط‬

6. ‫ار‬‫ز‬‫اف‬ ‫نرم‬ ‫های‬‫ر‬‫ا‬‫ز‬‫اب‬
Select:‫انتخاب‬‫یک‬‫یا‬‫هی‬‫و‬‫گر‬‫از‬‫سلولها‬‫ای‬‫ر‬‫ب‬‫انجام‬‫ات‬‫ر‬‫تغیی‬
‫انتخاب‬‫گروهی‬‫با‬‫نگه‬‫داشتن‬‫کلید‬shift
Cell:‫ترسیم‬‫یک‬‫ل‬‫سلو‬
Array:‫ترسیم‬‫مجموعه‬‫ای‬‫از‬‫سلولها‬
Rotate:‫چرخش‬90‫جه‬‫ر‬‫د‬‫ای‬‫ل‬‫سلو‬(‫های‬)‫انتخاب‬‫شده‬
(Regular to Symmetric)
Alt Style:‫تعیین‬‫سبک‬‫ی‬ ‫نمایش‬‫ل‬‫سلو‬(‫های‬)‫انتخاب‬‫شده‬
Crossover:‫ای‬‫ر‬‫ب‬‫دی‬‫ر‬‫موا‬‫که‬‫سیمها‬‫از‬‫روی‬‫هم‬‫د‬‫ر‬‫می‬‫شوند‬
Normal:‫ای‬‫ر‬‫ب‬‫سم‬‫ر‬‫سلولهای‬‫معمولی‬
Vertical:‫ای‬‫ر‬‫ب‬‫سیمهای‬‫عمودی‬

7. ‫ار‬‫ز‬‫اف‬ ‫نرم‬ ‫های‬‫ر‬‫ا‬‫ز‬‫اب‬(‫ادامه‬)
Copy:‫کپی‬‫کردن‬‫ل‬‫سلو‬(‫های‬)‫انتخابی‬‫در‬‫نقطه‬‫ای‬‫دیگر‬
Translate:‫جابجایی‬‫ل‬‫سلو‬(‫های‬)‫انتخابی‬
Mirror:‫تصویر‬‫کردن‬‫ل‬‫سلو‬(‫های‬)‫انتخابی‬‫تحت‬‫محور‬‫افقی‬‫یا‬‫عمودی‬
Pan:‫حرکت‬‫صفحه‬‫به‬‫جهت‬‫های‬‫مختلف‬
Distance:‫مشاهده‬‫فاصله‬‫بین‬‫دو‬‫ل‬‫سلو‬

8. ‫ار‬‫ز‬‫اف‬ ‫نرم‬ ‫های‬‫ر‬‫ا‬‫ز‬‫اب‬(‫ادامه‬)
Zoom In:‫بزرگنمایی‬
Zoom Out:‫کوچک‬‫نمایی‬
Extents:‫نمایش‬‫کل‬‫سلولها‬‫در‬‫یک‬‫صفحه‬
Layer:‫نمایش‬‫کل‬‫الیه‬‫ها‬‫در‬‫یک‬‫صفحه‬

9. ‫ار‬‫ز‬‫اف‬ ‫نرم‬ ‫منوهای‬
‫ار‬‫ز‬‫اف‬ ‫نرم‬ ‫معمولی‬ ‫منوهای‬ ‫یر‬‫ز‬ ‫منوهای‬QCA Designer‫موجودند‬ ‫ها‬‫ر‬‫ا‬‫ز‬‫اف‬ ‫نرم‬ ‫اکثر‬‫در‬‫که‬ ‫باشند‬ ‫می‬
‫ی‬‫منو‬File‫ی‬‫منو‬Edit
‫ی‬‫منو‬View
‫ی‬‫منو‬Help

10. ‫ار‬‫ز‬‫اف‬ ‫نرم‬ ‫منوهای‬(‫ادامه‬)
‫ی‬‫منو‬Simulation
Start Simulation:‫برای‬‫شروع‬‫شبیه‬‫ی‬‫ساز‬‫یا‬‫مشاهده‬‫نتیجه‬‫کار‬
Stop Simulation:‫برای‬‫توقف‬‫شبیه‬‫ی‬‫ساز‬
Load Output From File:‫ی‬‫بارگیر‬‫خروجی‬‫های‬‫تولید‬‫شده‬‫قبلی‬‫از‬‫فایل‬‫مربوطه‬
Save Output To File:‫ذخیره‬‫خروجی‬‫های‬‫تولید‬‫شده‬‫در‬‫یک‬‫فایل‬
Simulation Type setup:‫تعیین‬‫نوع‬‫شبیه‬‫ی‬‫ساز‬
•Exhaustive Verification:‫شبیه‬‫ی‬‫ساز‬‫تمامی‬‫حالت‬‫های‬‫ورودی‬‫ها‬(n‫ورودی‬‫دارای‬2n‫حالت‬‫ممکن‬)
•Vector Table:‫شبیه‬‫ی‬‫ساز‬‫ورودی‬‫های‬‫دلخواه‬‫با‬‫ترتیب‬‫و‬‫روندی‬‫مشخص‬
simulation Engine setup:‫تنظیمات‬‫شبیه‬‫ی‬‫ساز‬...

11. ‫ی‬‫ساز‬ ‫شبیه‬ ‫تنظیمات‬
Radius Of Effect:‫تعیین‬‫شعاع‬‫ی‬‫اثرگذار‬
Animate:‫نمایش‬‫ات‬‫ر‬‫تغیی‬‫در‬‫مدار‬‫همزمان‬‫با‬‫شبیه‬‫ی‬‫ساز‬

12. ‫مکانیسم‬Clock‫در‬QCA(‫ادامه‬)
‫سیگنال‬ ‫هر‬Clock‫شامل‬4‫باشد‬ ‫می‬‫حالت‬:
‫لبه‬‫رونده‬ ‫باال‬:‫سوئیچ‬(Switch)
‫سطح‬‫باال‬:‫ی‬‫نگهدار‬(Hold)
‫لبه‬‫رونده‬ ‫پایین‬:‫ی‬‫ساز‬ ‫رها‬(Release)
‫سطح‬‫پایین‬:‫آرامش‬(Relax)
‫هر‬ ‫در‬Zoon‫است‬ ‫باال‬ ‫سطح‬ ‫در‬‫کالک‬ ‫که‬‫مانی‬‫ز‬tunneling Device‫ها‬
‫محلی‬ ‫در‬‫سلولی‬ ‫بین‬‫نیروهای‬ ‫برهمکنش‬‫اساس‬ ‫بر‬‫الکترون‬‫دو‬‫و‬‫شده‬‫باز‬
‫کالک‬‫پایین‬ ‫سطح‬ ‫در‬‫و‬‫گیرند‬ ‫می‬‫جای‬‫مناسب‬Tunneling Device‫ها‬
‫دهد‬‫نمی‬ ‫رخ‬‫ل‬‫سلو‬ ‫در‬‫ی‬‫تغییر‬‫و‬ ‫شوند‬ ‫می‬‫قفل‬
‫برهای‬‫ر‬‫کا‬‫کالکینگ‬‫در‬QCA
‫ایجاد‬‫ی‬‫سازوکار‬‫مناسب‬‫جهت‬‫حرکت‬‫همزمان‬‫داده‬‫ها‬‫در‬‫مدار‬
‫تعیین‬‫جهت‬‫حرکت‬‫داده‬‫ها‬‫در‬‫مدار‬
‫تامین‬‫توان‬‫مورد‬‫نیاز‬‫جهت‬‫عملکرد‬‫صحیح‬‫مدار‬
‫برای‬‫انتساب‬‫یک‬‫کالک‬‫به‬‫گروهی‬‫از‬‫سلولها‬‫باید‬‫آنها‬‫ا‬‫ر‬‫انتخاب‬‫کرده‬‫و‬‫با‬‫استفاده‬‫از‬‫ابزار‬‫مربوطه‬‫دهی‬‫ر‬‫مقدا‬‫کنیم‬.

13. ‫مکانیسم‬Clock‫در‬QCA
‫مکانیسم‬Clock‫در‬QCA‫به‬‫هدایت‬‫جریان‬‫اطالعات‬‫در‬‫یک‬‫مسیر‬‫کمک‬‫می‬‫کند‬.
‫یک‬‫سیکل‬Clock‫متشکل‬‫از‬4‫سیگنال‬Clock‫است‬‫که‬‫به‬‫ه‬‫ز‬‫اندا‬‫یک‬-‫م‬‫ر‬‫چها‬‫باهم‬‫اختالف‬‫فاز‬‫ند‬‫ر‬‫دا‬.
‫با‬‫استفاده‬‫از‬‫مکانیسم‬Clock‫می‬‫توان‬‫یک‬‫مدار‬‫ا‬‫ر‬‫به‬‫ناحیه‬‫هایی‬(Zoon)‫تقسیم‬‫بندی‬‫کرد‬‫تا‬‫پس‬‫از‬‫انجام‬‫عملیات‬‫در‬‫یک‬،‫ناحیه‬‫با‬
‫بلوکه‬‫کردن‬‫آن‬،‫ناحیه‬‫خروجی‬‫آن‬‫ا‬‫ر‬‫به‬‫عنوان‬‫ودی‬‫ر‬‫و‬‫به‬‫ناحیه‬‫بعدی‬‫انتقال‬‫داد‬.
‫ای‬‫ر‬‫ب‬‫انتشار‬‫دیتا‬‫در‬‫یک‬‫سیم‬‫باید‬‫آن‬‫ا‬‫ر‬‫به‬‫بخش‬‫هایی‬‫تقسیم‬‫کرد‬‫و‬‫به‬‫هر‬،‫یک‬‫به‬‫ترتیب‬clock‫های‬،‫صفر‬،‫یک‬‫دو‬‫و‬‫سه‬‫ا‬‫ر‬‫انتساب‬
‫داد‬.
‫تعداد‬‫سلولها‬‫در‬‫یک‬‫ناحیه‬(Zoon)‫به‬‫نیروی‬‫ملبی‬‫و‬‫ک‬‫بین‬‫سلوهای‬‫آن‬‫ناحیه‬‫با‬‫سیمهای‬‫ر‬‫مجاو‬‫بستگی‬‫د‬‫ر‬‫دا‬
‫در‬‫صورت‬‫عبور‬‫سیمهایی‬‫از‬‫اف‬‫ر‬‫اط‬‫آن‬‫سیم‬(‫محیط‬‫ی‬‫نویز‬)‫حداکثر‬‫ل‬‫طو‬‫هر‬‫ناحیه‬‫می‬‫تواند‬‫دو‬‫ل‬‫سلو‬‫باشد‬
‫در‬‫صورت‬‫عدم‬‫عبور‬‫سیم‬‫از‬‫اطراف‬‫آن‬،‫سیم‬‫می‬‫تواند‬‫ل‬‫طو‬‫هر‬‫ناحیه‬‫تا‬‫حداکثر‬14‫ل‬‫سلو‬‫نیز‬‫باشد‬.

14. ‫مکانیسم‬Clock‫در‬QCA(‫ادامه‬)
‫محدوده‬ ‫تعیین‬
‫در‬ ‫کالک‬ ‫های‬
‫گیت‬ ‫یک‬not
‫محدوده‬ ‫تعیین‬
‫در‬ ‫کالک‬ ‫های‬
‫یک‬Majority
‫محدوده‬ ‫تعیین‬
‫برای‬ ‫کالک‬ ‫های‬
‫سیم‬ ‫دو‬
‫متقاطع‬

15. ‫مکانیسم‬Clock‫در‬QCA(‫مثال‬)
‫تعیین‬‫ناحیه‬‫های‬Clock‫برای‬‫یک‬‫نیم‬‫جمع‬‫کننده‬(Half Adder)
‫رنگ‬‫نواحی‬:
‫سلولهای‬‫ورودی‬
(‫آبی‬‫پررنگ‬)
‫سلولهای‬‫دارای‬‫مقدار‬‫ثابت‬
(‫نارنجی‬)
‫سلولهای‬‫خروجی‬
(‫زرد‬)
‫سلولهای‬‫ناحیه‬Clock 0
(‫سبز‬)
‫سلولهای‬‫ناحیه‬Clock 1
(‫بنفش‬)
‫سلولهای‬‫ناحیه‬Clock 2
(‫سبزآبی‬)
‫سلولهای‬‫ناحیه‬Clock 3
(‫سفید‬)

16. ‫در‬ ‫بندی‬ ‫الیه‬ ‫مکانیسم‬QCA
‫مزایا‬
‫کاهش‬‫ابعاد‬‫طرح‬‫ها‬
‫ر‬‫عبو‬‫سیم‬‫ها‬‫از‬‫ی‬‫و‬‫ر‬‫هم‬
•‫برای‬‫ر‬‫عبو‬‫سیم‬‫ها‬‫و‬‫عدم‬‫تاثیر‬‫آنها‬‫بر‬‫ی‬‫و‬‫ر‬‫یکدیگر‬‫باید‬‫یک‬‫الیه‬‫میانی‬‫نیز‬‫ایجاد‬‫شود‬.

17. ‫در‬ ‫بندی‬ ‫الیه‬ ‫مکانیسم‬QCA(‫ادامه‬)
‫برای‬‫می‬‫استفاده‬‫بندی‬ ‫الیه‬‫ابزار‬‫نوار‬ ‫از‬ ‫ها‬‫الیه‬ ‫ایجاد‬‫شود‬.
‫دکمه‬:‫الیه‬ ‫ایجاد‬‫جدید‬
‫دکمه‬:‫یک‬‫حذف‬‫الیه‬
‫دکمه‬:‫الیه‬ ‫تنظیمات‬
‫دکمه‬:‫های‬‫الیه‬‫نمایش‬‫موجود‬
‫دکمه‬:‫ها‬‫الیه‬ ‫چیدمان‬‫تنظیم‬

18. ‫در‬ ‫بندی‬ ‫الیه‬ ‫مکانیسم‬QCA(‫ادامه‬)
‫پنجره‬‫تنظیمات‬‫الیه‬
Layer Type:‫تعیین‬‫نوع‬‫الیه‬
Layer Status:‫تعیین‬‫حالت‬‫الیه‬
•Active:‫قابل‬‫تغییر‬
•Visible:‫قابل‬‫نمایش‬
•Hidden:‫مخفی‬
Layer Description:‫تعیین‬‫نام‬‫الیه‬

19. ‫مثال‬(‫یک‬ ‫در‬ ‫بندی‬ ‫الیه‬ ‫و‬ ‫بندی‬ ‫کالک‬Half Adder)
‫برای‬‫تولید‬‫یک‬‫نیم‬‫جمع‬‫کننده‬‫به‬‫سه‬majority‫و‬‫دو‬‫گیت‬not‫مندیم‬‫ز‬‫نیا‬.
‫سلولهای‬‫متصل‬‫به‬‫ودیها‬‫ر‬‫و‬:
(‫آبی‬‫نگ‬‫ر‬)
‫سلولهای‬‫متصل‬‫به‬‫ودیها‬‫ر‬‫و‬:
(Clock 0:‫سبز‬)
‫سلولهای‬Majority‫اولیه‬:
(Clock 1:‫بنفش‬)
‫سلولهای‬‫خروجی‬Majority‫اولیه‬:
(Clock 2:‫آبی‬‫ز‬‫سب‬)
‫سلولهای‬Majority‫نهایی‬:
(Clock 3:‫سفید‬)
‫ل‬‫سلو‬‫خروجی‬:
(‫د‬‫ر‬‫ز‬‫نگ‬‫ر‬)

20. ‫مثال‬(‫یک‬ ‫در‬ ‫بندی‬ ‫الیه‬ ‫و‬ ‫بندی‬ ‫کالک‬Half Adder)(‫ادامه‬)
Main Cell Layer

21. ‫مثال‬(‫یک‬ ‫در‬ ‫بندی‬ ‫الیه‬ ‫و‬ ‫بندی‬ ‫کالک‬Half Adder)(‫ادامه‬)
Layer 1

22. ‫مثال‬(‫یک‬ ‫در‬ ‫بندی‬ ‫الیه‬ ‫و‬ ‫بندی‬ ‫کالک‬Half Adder)(‫ادامه‬)
Layer 2

23. ‫مراجع‬
 D.A. Antonelli, D.Z. Chen, T.J. Dysart, X.S. Hu, A.B. Khang, P.M. Kogge, R.C. Murphy, and M.T.
Niemier, “Quantum-Dot Cellular utomata (QCA) Circuit Partitioning: Problem Modeling and
Solutions,”Des. Auto. Conf., 2004, pp. 363-368.
 M. R. Azghadi, O. Kavehei, and K. Navi. A Novel Design for Quantum-dot Cellular Automata Cells
and Full Adders. Journal of Applied Sciences. 7, no. 22 (2007), pp. 3460-3468.
 M. A. Tehrani, and K. Navi. A Novel Quantum Dot Cellular Automata for Implementation of Multi-
Valued Logic. Elsevier, Nanotoday Conference (2009).
 K. Navi,S. Sayedsalehi, R. Farazkish, M. Rahimi Azghadi, “Five-Input Majority Gate, a New Device
for Quantum-Dot Cellular Automata”, Journal of Computational and Theoretical Nanoscience,
Volume 7, Number 8, August 2010 , pp. 1546-1553(8).
 K. Navi , R. Farazkish, S. Sayedsalehi, M. Rahimi Azghadi, “A new quantum-dot cellular automata
fulladder”, Elsevier, Microelectronics Journal, In Press, Corrected Proof, Available online 9
September 2010.
 S. Sayedsalehi, M. h. Moaiyeri, K. Navi, “Novel Efficient Adder Circuits for Quantum-dot Cellular
Automata”, accepted in Journal of Computational and Theoretical Nanoscience.
 M. A. Tehrani, F. Safaei, M. H. Moaiyer, and K. Navi. Design and Implementation of Multi-Stage
Interconnection Networks Using Quantum-Dot Cellular Automata. Microelectronics Journal (2011).

24. ‫پایان‬