作为传统计算模型的电子计算机,计算速度逐渐地接近瓶颈。为解决计算的瓶颈问题,科学家们对计算模型进行了大量的研究,其研究的领域中最具代表性的就是自然计算。作为自然计算的一个分支,膜计算是对生物体细胞及细胞间的生化反应进行抽象,形成了三类计算模型:类细胞P系统,类组织P系统和类神经P系统。这些模型具有并行性、透明性、可伸缩性和不确定性,使得膜计算本身具有强大的计算能力——已经证明它们都与图灵机有相同的计算能力。目前,膜结构分成了两大类:分层膜结构和网状膜结构。分层膜结构源自类细胞P系统的膜结构,网状膜结构源自于类组织P系统的膜结构。虽然,类细胞P系统获得了很多优秀的研究成果,成为三类P系统中不论是理论层面还是应用层面都最为完善的研究领域;但是,由于目前的系统的算法愈加复杂,构建系统的难度随之不断增加,所以为满足快速构建P系统的需求,对P系统的模块化构建提出了更高的要求。由此,为实现模块化构建P系统,改进类细胞P系统的通信机制,融合分层膜结构和网状膜结构,创建一种支持信息隐藏的递归组合模型——P模块。P模块是对细胞组织方式进行抽象而成的一种模型,但是由于缺少接口的设计,P模块之间存在内部依赖,进而导致复杂的信息交流设计,阻碍了P模块的应用及发展。因此,本文基于原有的P模块技术,提出了一种改进的P模块模型。为了验证改进的P模块模型设计方法的正确性,通过对大数平方根求解问题的分析,设计出大数平方根求解P系统。本文所完成的研究主要如下:(1)基于原有的P模块方法,提出了一种改进的P模块模型,给出了P模块模型的接口框架和规则框架,给出了接口和规则的定义与设计的详细方法。(2)基于改进的P模块模型,设计了大数平方根求解P系统。通过该实例,阐述了基于P模块模型的P系统设计过程。(3)设计并实现了一套P系统仿真程序。通过对大数平方根求解P系统的仿真,验证了本文提出的模型和设计方法的有效性和可行性。基于P模块设计的P系统不仅可以通过P模块复用提高设计的效率,而且使P系统的结构更加合理并方便维护。本文的研究成果丰富了基于P模块设计类细胞P系统的理论与方法,为建立其它膜计算模型的P模块设计方法提供参考。