Устройство сравнения двоичных чисел
Владельцы патента RU 2298220:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения средств автоматики, функциональных узлов систем управления. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей. Устройство содержит 2(n-1) элементов И, 2(n-1) элементов И-НЕ, 2n импликаторов. 1 ил., 1 табл.
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения средств автоматики, функциональных узлов систем управления и др.
Известны устройства сравнения двоичных чисел (см., например, рис.1.35з на стр.57 в книге Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. - М.: Радио и связь, 1988 г.), выполняющие идентификацию признака а=b, где a, b∈{0,1} - одноразрядные двоичные числа, задаваемые двоичными сигналами.
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известных устройств сравнения двоичных чисел, относится ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что не допускается сравнение n-разрядных двоичных чисел, задаваемых двоичными сигналами.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является принятое за прототип устройство сравнения двоичных чисел (нижний рис. в табл.3.5 на стр.103 в книге Справочник по цифровой вычислительной технике. Малиновский Б.Н., Александров В.Я., Боюн В.П. и др. / Под ред. Б.Н.Малиновского. Киев: Техника, 1974 г.), которое содержит импликатор и выполняет идентификацию признака х1>х2, где х2, х2∈{0,1} - одноразрядные двоичные числа, задаваемые двоичными сигналами.
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относится ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что не допускается сравнение n-разрядных двоичных чисел, задаваемых двоичными сигналами.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения идентификации признаков xn-1...x0>yn-1...y0, xn-1...x0=yn-1...y0, xn-1...x0<yn-1...y0, где xn-1...x0 и yn-1...y0 - n-разрядные двоичные числа, задаваемые двоичными сигналами x0, ..., xn-1, y0, ..., yn-1∈{0,1}.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в устройстве сравнения двоичных чисел, содержащем импликатор, особенность заключается в том, что в него дополнительно введены 2(n-1) элементов И, 2(n-1) элементов И-НЕ и 2n-1 аналогичных упомянутому импликаторов, причем все импликаторы и элементы И, И-НЕ сгруппированы в n групп так, что j-я группа содержит два импликатора, а k-я 
группа дополнительно содержит два элемента И-НЕ и два элемента И, в k-й группе выход i-го 
элемента И-НЕ, подключенного вторым входом к первому входу i-го элемента И, и выход i-го элемента И, подключенного вторым входом к выходу (3-i)-го элемента И-НЕ, соединены соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами i-го импликатора, в первой группе инвертирующий и неинвертирующий входы первого импликатора подключены соответственно к неинвертирующему и инвертирующему входам второго импликатора, выход i-го импликатора предыдущей группы соединен с вторым входом i-го элемента И-НЕ последующей группы, а выход i-го импликатора n-й группы является i-ым выходом устройства сравнения двоичных чисел, первый, (n+1)-й и k-й, (n+k)-й входы которого образованы соответственно неинвертирующими входами первого, второго импликаторов первой группы и первыми входами первого, второго элементов И-НЕ k-й группы.
На чертеже представлена схема предлагаемого устройства сравнения двоичных чисел.
Устройство сравнения двоичных чисел содержит импликаторы 111, ..., 12n, элементы И-НЕ 212, ..., 22n, элементы И 312, ..., 32n, причем все импликаторы и элементы И, И-НЕ сгруппированы в n групп так, что j-я 
группа содержит импликаторы 11j, 12j, а k-я 
группа дополнительно содержит элементы 21k, 22k, 31k, 32k, выход элемента 2ik
подключенного вторым входом к первому входу элемента 3ik, и выход элемента 3ik, подключенного вторым входом к выходу элемента 2(3-i)k, соединены соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами импликатора 1ik, инвертирующий и неинвертирующий входы импликатора 111 подключены соответственно к неинвертирующему и инвертирующему входам импликатора 121, второй вход элемента 2ik соединен с выходом импликатора 1i(k-1), а выход импликатора 1in является i-м выходом устройства сравнения двоичных чисел, первый, (n+1)-й и k-й, (n+k)-й входы которого образованы соответственно неинвертирующими входами импликаторов 111, 121 и первыми входами элементов 21k, 22k.
Работа предлагаемого устройства сравнения двоичных чисел осуществляется следующим образом. На его первый, ..., n-й и (n+1)-й, ..., (2n)-й входы подаются соответственно произвольные двоичные сигналы xn-1, ..., x0∈{0,1} и yn-1, ..., y0∈{0,1}, которые задают подлежащие сравнению n - разрядные двоичные числа xn-1...x0 и yn-1...y0 (xn-1, yn-1 и x0, y0 определяют значения старших и младших разрядов соответственно). Тогда сигналы на выходах импликаторов 11j и 12j
будут определяться выражениями
и
В представленной ниже таблице приведены значения реализуемых выражениями (1), (2) функций на всех возможных наборах значений их аргументов. Жирным в таблице выделены значения функций и их аргументов при j=1.
Анализ данных, приведенных в таблице, позволяет при j>1 заключить, что z1j=0 (z2j=0), когда z1(j-i)=0 (z2(j-1)=0), или хn-j<yn-j (yn-j<xn-j) и что z1j=1 (z2j=1), когда z1(j-1)=1 и z2(j-1)=0 (z2(j-1)=1 и z1(j-1)=0) или z1(j-1)=z2(j-1)=1 и xn-j≥yn-j (z1(j-1)=z2(j-1)=1 и yn-j≥xn-j). При j=1 имеем z11=0 (z21=0), когда xn-1<yn-1(yn-1<xn-1), и z11=1 (z21=1), когда xn-1≥yn-1 (yn-1≥xn-1). Таким образом, если хn-1...x0>yn-1...y0, либо xn-1...x0=yn-1...y0, либо хn-1...х0<уn-1...y0, то z1n=1, z2n=0, либо z1n=z2n=1, либо z1n=0, z2n=1 соответственно.
| z1(j-1) | z2(j-1) | xn-j | yn-j | z1j | z2j |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод, что предлагаемое устройство сравнения двоичных чисел обладает более широкими по сравнению с прототипом функциональными возможностями, так как обеспечивает идентификацию признаков xn-1...x0>yn-1...y0, xn-1...x0=yn-1...y0, xn-1...x0<yn-1...y0, где xn-1...x0 и yn-1...y0 - n - разрядные двоичные числа, задаваемые двоичными сигналами x0, (,xn-1, y0, (,yn-1∈{0,1}.
Устройство сравнения двоичных чисел, содержащее импликатор, отличающееся тем, что в него дополнительно введены 2(n-1) элементов И, 2(n-1) элементов И-НЕ и 2n-1 аналогичных упомянутому импликаторов, причем все импликаторы и элементы И, И-НЕ сгруппированы в n групп так, что j-я 
группа содержит два импликатора, а k-я 
группа дополнительно содержит два элемента И-НЕ и два элемента И, в k-й группе выход i-го 
элемента И-НЕ, подключенного вторым входом к первому входу i-го элемента И, и выход i-го элемента И, подключенного вторым входом к выходу (3-i)-го элемента И-НЕ, соединены соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами i-го импликатора, в первой группе инвертирующий и неинвертирующий входы первого импликатора подключены соответственно к неинвертирующему и инвертирующему входам второго импликатора, выход i-го импликатора предыдущей группы соединен с вторым входом i-го элемента И-НЕ последующей группы, а выход i-го импликатора n-й группы является i-ым выходом устройства сравнения двоичных чисел, первый, (n+1)-й и k-й, (n+k)-й входы которого образованы соответственно неинвертирующими входами первого, второго импликаторов первой группы и первыми входами первого, второго элементов И-НЕ k-й группы.
