Устройство сравнения двоичных чисел
Владельцы патента RU 2757823:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области вычислительной техники. Техническим результатом изобретения является упрощение схемы устройства сравнения двоичных чисел за счет уменьшения ее цены по Квайну. Раскрыто устройство сравнения двоичных чисел, содержащее D-триггер, вход сброса, тактовый вход и вход данных которого соединены соответственно с первым, вторым управляющими входами и выходом устройства сравнения двоичных чисел, при этом в него дополнительно введены элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и мажоритарный элемент, причем первый, третий и второй входы мажоритарного элемента соединены соответственно с первым, третьим входами и выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, третий вход и выход мажоритарного элемента соединены соответственно с неинвертирующим выходом и входом данных D-триггера, а первый, второй входы элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены соответственно с первым, вторым информационными входами устройства сравнения двоичных чисел. 2 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 (патент РФ 2393526, кл. G06F 7/02, 2010 г.; патент РФ 2649296, кл. G06F 7/02, 2018 г.), формирующие признак соотношения Х1>Х2, где Х1, Х2 есть n-разрядные двоичные числа, задаваемые двоичными сигналами.
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известных устройств сравнения двоичных чисел, относится схемная сложность, обусловленная тем, что наименьшая из цен по Квайну схем упомянутых аналогов равна 15.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является принятое за прототип устройство сравнения двоичных чисел (патент РФ 2330322, кл. G06F 7/00, 2008 г.), которое содержит D-триггер и формирует признак соотношения X>Y, где X, Y есть n-разрядные двоичные числа, задаваемые двоичными сигналами.
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относится схемная сложность, обусловленная тем, что цена по Квайну схемы прототипа равна 9.
Техническим результатом изобретения является упрощение схемы устройства за счет уменьшения ее цены по Квайну при сохранении функциональных возможностей прототипа.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в устройстве сравнения двоичных чисел, содержащем D-триггер, вход сброса, тактовый вход и вход данных которого соединены соответственно с первым, вторым управляющими входами и выходом устройства сравнения двоичных чисел, особенность заключается в том, что в него дополнительно введены элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и мажоритарный элемент, причем первый, третий и второй входы мажоритарного элемента соединены соответственно с первым, третьим входами и выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, третий вход и выход мажоритарного элемента соединены соответственно с неинвертирующим выходом и входом данных D-триггера, а первый, второй входы элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены соответственно с первым, вторым информационными входами устройства сравнения двоичных чисел.
На фиг. 1 и фиг. 2 представлены соответственно схема предлагаемого устройства сравнения двоичных чисел и временные диаграммы, поясняющие принцип его работы.
Устройство сравнения двоичных чисел содержит D-триггер 1, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 2 и мажоритарный элемент 3, причем первый, третий и второй входы элемента 3 соединены соответственно с первым, третьим входами и выходом элемента 2, третий вход и выход элемента 3 соединены соответственно с неинвертирующим выходом и входом данных D-триггера 1, а первый, второй входы элемента 2 соединены соответственно с первым, вторым информационными входами устройства сравнения двоичных чисел, первый, второй управляющие входы и выход которого подключены соответственно к входу сброса, тактовому входу и входу данных D-триггера 1.
Работа предлагаемого устройства сравнения двоичных чисел осуществляется следующим образом. На его первый, второй управляющие входы подаются соответственно импульсные сигналы ƒ1,ƒ2∈{0,1} (фиг. 2), причем период T сигнала ƒ2 должен удовлетворять условию T>Δt, где Δt=τ1+τ2+τ3, a τ1 и τ2, τ3 есть длительности задержек, вносимых D-триггером 1 и элементами 2, 3. Синхронно с передним фронтом импульса сигнала ƒ1, передними фронтами первого, …, (n-1)-го импульсов сигнала ƒ2 на первый и второй информационные входы предлагаемого устройства последовательно подаются двоичные сигналы х1, …, xn∈{0,1} и у1, …, yn∈{0,1} соответственно (фиг. 2), которые задают подлежащие сравнению n-разрядные двоичные числа X и Y (xn, yn задают значения старших, a х1, y1 - младших разрядов). Тогда сигнал на выходе предлагаемого устройства будет определяться рекуррентным выражением
где 
есть номер момента времени ti (фиг. 2); 
, # есть символы операций ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, Maj; z0=0. В представленной ниже таблице приведены значения реализуемой выражением (1) функции на всех возможных наборах значений ее аргументов.
Анализ данных, приведенных в таблице, позволяет заключить, что: 1) если xi<yi или xi=yi и zi-1=0, то zi=0; 2) если xi>yi или xi=yi и zi-1=1, то zi=1. Таким образом, при i=n на выходе предлагаемого устройства получим
Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод, что предлагаемое устройство сравнения двоичных чисел формирует признак соотношения X>Y, где X, Y есть n-разрядные двоичные числа, задаваемые двоичными сигналами, при этом схема предлагаемого устройства проще, чем у прототипа, поскольку ее цена по Квайну равна 6.
Устройство сравнения двоичных чисел, содержащее D-триггер, вход сброса, тактовый вход и вход данных которого соединены соответственно с первым, вторым управляющими входами и выходом устройства сравнения двоичных чисел, отличающееся тем, что в него дополнительно введены элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и мажоритарный элемент, причем первый, третий и второй входы мажоритарного элемента соединены соответственно с первым, третьим входами и выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, третий вход и выход мажоритарного элемента соединены соответственно с неинвертирующим выходом и входом данных D-триггера, а первый, второй входы элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены соответственно с первым, вторым информационными входами устройства сравнения двоичных чисел.
