Устройство для вычитания
Владельцы патента RU 2463644:
Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Салют" (RU)
Изобретение относится к области вычислительной техники и предназначено для применения в специализированных вычислителях, а также в системах управления и контроля для вычитания чисел в дополнительном коде. Техническим результатом является упрощение устройства, повышение его быстродействия и надежности. Устройство содержит n логических элементов НЕ, (n+1) сумматоров, n входов разрядов уменьшаемого числа, n входов разрядов вычитаемого числа, шину логической «1», (n+1) выходов. 1 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области вычислительной техники и предназначено для применения в специализированных вычислителях, а также в системах управления и контроля.
Известно устройство для вычитания (а.с. СССР №1183183), содержащее генератор импульсов, первый, второй, третий и четвертый элементы И, первый, второй и третий счетчики, схему сравнения, триггер, полусумматор, элемент ИЛИ.
Известно также устройство для определения разности двух чисел (а.с. СССР №1109741), содержащее генератор импульсов, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой триггеры, первый и второй счетчики, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой элементы И, первый, второй, третий, четвертый и пятый элементы ИЛИ.
Недостатком данных устройств является наличие большого количества элементов и связей между ними, что ведет к усложнению устройства, снижению его быстродействия и надежности.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание устройства для вычитания чисел, выраженных в дополнительном коде, обеспечивающего повышение быстродействия и надежности.
Техническим результатом при реализации изобретения является повышение быстродействия и надежности.
Для достижения указанных технических результатов устройство для вычитания содержит n логических элементов НЕ, (n+1) сумматоров, n входов разрядов уменьшаемого числа, n входов разрядов вычитаемого числа, шину логической «1», (n+1) выходов, где n-ые входы является входами знакового разряда уменьшаемого и вычитаемого чисел, (n+1)-й выход является выходом знакового разряда. Вход (1,…, n-1)-го разряда уменьшаемого числа соединен с первым входом соответствующего (1,…, n-1)-го сумматора, вход n-го разряда уменьшаемого числа соединен с первым входом n-го и (n+1)-го сумматора, вход (1,…, n)-го разряда вычитаемого числа соединен с входом соответствующего (1,…, n)-го логического элемента НЕ. Выход (1,…, n-1)-го логического элемента НЕ соединен со вторым входом соответствующего (1,…, n-1)-го сумматора, выход n-го логического элемента НЕ соединен со вторым входом n-го и (n+1)-го сумматора, шина логической «1» соединена с входом переноса первого сумматора, выход переноса (1,…, n)-го сумматора соединен с входом переноса последующего (2,…, n+1)-го сумматора.
Отличительными признаками предлагаемого устройства для вычитания являются наличие n логических элементов НЕ, (n+1) сумматоров, n входов разрядов уменьшаемого числа, n входов разрядов вычитаемого числа, шину логической «1», (n+1) выходов, при этом n-ые входы являются входами знакового разряда уменьшаемого и вычитаемого чисел, (n+1)-й выход является выходом знакового разряда. Вход (1,…, n-1)-го разряда уменьшаемого числа соединен с первым входом соответствующего (1,…, n-1)-го сумматора, вход n-го разряда уменьшаемого числа соединен с первым входом n-го и (n+1)-го сумматора. Вход (1,…, n)-го разряда вычитаемого числа соединен с входом соответствующего (1,…, n)-го логического элемента НЕ. Выход (1,…, n-1)-го логического элемента НЕ соединен со вторым входом соответствующего (1,…, n-1)-го сумматора, выход n-го логического элемента НЕ соединен со вторым входом n-го и (n+1)-го сумматора. Шина логической «1» соединена с входом переноса первого сумматора, выход переноса (1,…, n)-го сумматора соединен с входом переноса последующего (2,…, n+1)-го сумматора.
Так как вычисление производится за один такт, длительность которого определяется разрядностью операндов, то применение предложенного устройства значительно повышает его быстродействие. При этом сокращается количество и наименование входящих в него элементов и связей между ними, что также позволяет повысить его быстродействие, надежность и значительно упрощает устройство.
На фиг.1 приведена схема электрическая принципиальная устройства для вычитания.
Устройство для вычитания содержит n логических элементов НЕ 1, (n+1) сумматоров 2, n входов 3 разрядов уменьшаемого числа, n входов 4 разрядов вычитаемого числа, шину логической «1» 5, (n+1) выходов 6.
Входы 3n и 4n являются входами знаковых разрядов уменьшаемого X и вычитаемого Y чисел. Вход 31,…, 3n-1 разряда уменьшаемого числа X соединен с первым входом соответствующего сумматора 21,…, 2n-1, вход 3n знакового разряда уменьшаемого числа X соединен с первыми входами сумматоров 2n и 2n+1. Вход 41,…, 4n разряда вычитаемого числа Y соединен с входом соответствующего логического элемента НЕ 11,…, 1n. Выход логического элемента НЕ 11,…, 1n-1 соединен со вторым входом соответствующего сумматора 21,…, 2n-1, выход логического элемента НЕ 1n соединен со вторым входом сумматоров 1n,…, 2n+1. Шина логической «1» 5 соединена с входом переноса сумматора 21 младшего разряда, выход переноса сумматора 21,…, 2n соединен с входом переноса последующего сумматора 22,…, 2n+1. На выходах 61,…, 6n+1 сумматоров 21,…, 2n+1 представлено (n+1)-разрядное число S, полученное в результате вычитания. Выход 6n+1 является знаковым разрядом числа S. Для устранения переполнения предусмотрено увеличение числа S на один разряд по сравнению с числами X и Y, которое осуществляется за счет соединения входа 3n знакового разряда с первыми входами сумматоров 2n и 2n+1 и соединения выхода логического элемента НЕ 1n со вторыми входами сумматоров 2n и 2n+1.
Рассмотрим работу устройства на примере (-7)-(-2)=(-5).
На входы 31,…, 34 устройства поступает выраженное в дополнительном коде уменьшаемое число (-7) (Х=1.001). На входы 41,…, 44 устройства поступает выраженное в дополнительном коде вычитаемое число (-2) (Y=1.110). Шина логической «1» 5 соединена с входом переноса сумматора 21 младшего разряда.
Состояние входов и выходов устройства для вычитания и входов и выходов входящих в него элементов приведено в таблице 1.
| Таблица 1 | |||||
| Порядковый номер сумматора 2 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 |
| Входы 34…31 (X) | - | 1 | 0 | 0 | 1 |
| Входы 44…41 (Y) | - | 1 | 1 | 1 | 0 |
| Первый вход сумматора 25…21 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| Второй вход сумматора 25…21 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| Вход переноса сумматора 25…21 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| Выход сумматора 25…21 (S) | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
В результате на выходах сумматоров 25,…, 25 будет представлено выраженное в дополнительном коде число (-5) (S=1.1011), число разрядов которого увеличено на единицу по сравнению с числами Х и Y.
Таким образом, устройство для вычитания обеспечивает выполнение операции вычитания для чисел, выраженных в дополнительном коде. При этом сокращается количество, наименование входящих в него элементов и связей между ними, что позволяет повысить его быстродействие, надежность и значительно упрощает устройство.
Устройство для вычитания, отличающееся тем, что содержит n логических элементов НЕ, (n+1) сумматоров, n входов разрядов уменьшаемого числа, n входов разрядов вычитаемого числа, шину логической «1», (n+1) выходов, где n-е входы являются входами знакового разряда уменьшаемого и вычитаемого чисел, а (n+1)-й выход является выходом знакового разряда, при этом вход (1,…, n-1)-го разряда уменьшаемого числа соединен с первым входом соответствующего (1,…, n-1)-го сумматора, вход n-го разряда уменьшаемого числа соединен с первым входом n-го и (n+1)-го сумматора, вход (1,…, n)-го разряда вычитаемого числа соединен с входом соответствующего (1…n)-го логического элемента НЕ, выход (1,…, n-1)-го логического элемента НЕ соединен со вторым входом соответствующего (1,…, n-1)-го сумматора, выход n-го логического элемента НЕ соединен со вторым входом n-го и (n+1)-го сумматора, шина логической «1» соединена с входом переноса первого сумматора, выход переноса (1,…, n)-го сумматора соединен с входом переноса последующего (2,…, n+1)-го сумматора.
