Ist es theoretisch möglich, ein Logikgatter zu bauen, das keinen Strom verbraucht?

CMOS reduziert die Stromaufnahme von ICs erheblich, da sich einer der komplementären FETs immer im nichtleitenden Modus befindet, sodass während des Übergangs zwischen den Zuständen nur ein Strom fließt, der genau der Ladungsmenge auf der äquivalenten Kapazität des Gates entspricht Vielleicht etwas undicht, wenn beide Tore momentan geöffnet sind.

Ist es theoretisch möglich, ein logisches Gatter zu erstellen, das beim Ändern der Zustände keine Leckage aufweist (mit einer realistischen Technologie), und das Signal wird nur als Spannungsänderung durch die Schaltung geleitet, wodurch andere Spannungsänderungen verursacht werden? Wenn nicht, was ist das theoretische Minimum?

Es ist nicht möglich, ein elektronisches Logikgatter herzustellen, das auch dann funktioniert, wenn sein Strom immer Null ist.

Es ist jedoch möglich, elektronische CMOS-Logikgatter so anzuordnen, dass die auf den Transistorgattern kapazitiv gespeicherte Energie später zur Stromversorgung zurückgeführt wird, so dass sie nahezu keine Nettoleistung verbraucht. Sobald das System eingeschaltet und alle Überbrückungskondensatoren vollständig aufgeladen sind, können diese Logikgatter beliebig viele Berechnungen durchführen, während nahezu kein Strom aus der Batterie entnommen wird. Solche Anordnungen werden oft als zerstörungsfreie Datenverarbeitung bezeichnet.

Es gibt auch viele Möglichkeiten, logisch äquivalente Rechenstrukturen ohne elektronische Geräte zu erstellen. Solche nichtelektronischen Logikgatter verbrauchen naturgemäß keinen Strom, obwohl fast alle von ihnen viel mehr Energie zum Betrieb benötigen als ihr logisch äquivalentes elektronisches Logikgatter.

Nicht elektronische Datenverarbeitung

Einige nicht elektronische Logikgatter sind im Artikel "Zehn verrückteste Computer" aufgeführt .

Ein paar weitere nicht-elektronische Logikgatter, die anscheinend nicht sonderbar genug sind, um diesen Artikel zu erstellen:

David Cary hat eine CPU entworfen, die vollständig aus Kolbenventilen besteht, und überlegt sich immer noch, ob das Ding mit herkömmlichem Hydrauliköldruck, Wasserdruck oder Luftdruck betrieben werden soll.

Die fluidischen Logikgatter haben keine beweglichen Teile, wenn Sie die durch sie fließende Flüssigkeit nicht als "Teil" betrachten.

(Gibt es einen Artikel in Wikipedia oder einem anderen Wiki mit einer Liste von Möglichkeiten, das abstrakte Konzept eines "logischen Gatters" zu implementieren?)

zerstörungsfreie Datenverarbeitung

Bei der zerstörungsfreien Datenverarbeitung, die auch als reversible Datenverarbeitung, Charge Recovery Logic oder Adiabatic Logic bezeichnet wird, handelt es sich um Gates, die nahezu keinen Strom verbrauchen.

Wenn ein Rechnersystem eine Information löscht, muss es eine theoretische Minimalenergie von kT ln (2) - die von Neumann-Landauer-Grenze - abgeben, wobei k die Boltzmann-Konstante und T die Temperatur ist.

Die meisten logischen Gatter löschen für jede logische Operation ein bisschen Information. Es gibt jedoch einige logische Gatter, die jedes Bit bewahren. Theoretisch könnten diese zerstörungsfreien Logikgatter weitaus weniger Leistung verbrauchen als die theoretische Mindestleistung von bit-zerstörenden Logikgattern.

"Reversible Logic" von Ralph C. Merkle bei Zyvex

RevComp - Die Forschungsgruppe Reversible und Quantum Computing hat einige schöne Fotos ihrer reversiblen CPU.

Ja. Sie können ein Gate erstellen, das mit Nullstrom schaltet, wenn Sie eine unendliche Zeit warten möchten. Da der Strom eine Änderung der Ladung über eine Änderung der Zeit ist, geht der Strom auf Null, wenn die Änderung der Zeit gegen Unendlich geht. Führen Sie Ihre Logik so langsam wie möglich aus, während Sie Ihre anderen Systemspezifikationen erfüllen.

Ihre Hausaufgabe für heute Abend ist das Lesen des Kapitels "Thermodynamics of Computing" aus "Feynmans Lectures on Computation";)

Nein, das ist nicht möglich.

Die Gatekapazität ist eine Funktion der Transistorgeometrie und der Eigenschaften der Transistormaterialien. Es wird immer Kapazität geben. In dem Bestreben, die Kapazität zu minimieren, wird es immer einen Kompromiss zwischen Transistorgeschwindigkeit, Spannungsdurchschlag, Verstärkung und anderen Geräteeigenschaften geben.

Darüber hinaus muss der Transistor eine beliebige Ausgangskapazität ansteuern, um den Ausgang des Gates zu nutzen. Auch hier ist die Ausgangskapazität eine Funktion der Drahtgeometrie und der Eigenschaften der umgebenden Materialien.

Es gibt auch andere Leckageeffekte. Über Drain und Source eines Transistors im ausgeschalteten Zustand und sogar etwas Leckstrom in das Gate. Während diese Effekte bei tatsächlichen Siliziumteilen zum größten Teil vernachlässigbar sind, würden Sie sie früher oder später bei Ihrer Suche nach einem Nullstrom-Gate beobachten.

im Gegenteil:

Ihre gestellte Überschrift Frage kann ohne Strom oder jede Art von Schaltung gelöst werden.

http://www.youtube.com/watch?v=SudixyugiX4

Wenn Sie das Programm nicht ausführen müssen, um das Ergebnis zu erhalten , scheint dies ein Schritt in die Richtung zu sein, etwas umsonst zu berechnen, obwohl der Apparat etwas Strom verbraucht haben muss.