Двоичный вычитатель

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в обеспечении формирования двоичного кода разности трех двухразрядных двоичных чисел, задаваемых двоичными сигналами, и бита, определяющего ее знак, и уменьшении аппаратурных затрат при сохранении функциональных возможностей. Двоичный вычитатель содержит четыре элемента: исключающее ИЛИ, элемент И, элемент ИЛИ и два мажоритарных элемента. 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения средств автоматики, функциональных узлов систем управления и др.

Известны двоичные вычитатели (см., например, рис.9.11в на стр. 220 в книге Токхейм Р. Основы цифровой электроники. М.: Мир, 1988г.), которые содержат логические элементы и формируют двоичный код разности трех одноразрядных двоичных чисел, задаваемых двоичными сигналами, и бит, определяющий ее знак.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известных двоичных вычитателей, относятся ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что не допускается обработка трех двухразрядных двоичных чисел.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является принятый за прототип двоичный вычитатель (патент РФ 2709653, кл. G06F7/50, 2019г.), который содержит четыре элемента исключающее ИЛИ, элемент И, элемент ИЛИ, два мажоритарных элемента и формирует двоичный код разности трех двухразрядных двоичных чисел, задаваемых двоичными сигналами, и бит, определяющий ее знак.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относятся большие аппаратурные затраты, обусловленные тем, что прототип дополнительно содержит три элемента НЕ.

Техническим результатом изобретения является уменьшение аппаратурных затрат при сохранении функциональных возможностей прототипа.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в двоичном вычитателе, содержащем четыре элемента исключающее ИЛИ, элемент И, элемент ИЛИ и два мажоритарных элемента, второй вход i-го () и первый, второй входы четвертого элементов исключающее ИЛИ соединены соответственно с вторым входом i-го мажоритарного элемента и первым, вторым входами элемента ИЛИ, первый, второй входы третьего и первый, второй входы четвертого элементов исключающее ИЛИ соединены соответственно с выходом первого мажоритарного элемента, выходом второго элемента исключающее ИЛИ и выходом элемента И, выходом второго мажоритарного элемента, а первый, второй, третий входы i-го элемента исключающее ИЛИ и выход элемента ИЛИ соединены соответственно с ()-ым, ()-ым, ()-ым входами и четвертым выходом двоичного вычитателя, первый, второй, третий выходы которого соединены соответственно с выходами первого, третьего, четвертого элементов исключающее ИЛИ, особенность заключается в том, что первый и третий входы i-го мажоритарного элемента, первый и второй входы элемента И соединены соответственно с выходом и третьим входом i-го, выходом и первым входом третьего элементов исключающее ИЛИ.

На чертеже представлена схема предлагаемого двоичного вычитателя.

Двоичный вычитатель содержит элементы исключающее ИЛИ 1₁,…,1₄, элемент И 2, элемент ИЛИ 3 и мажоритарные элементы 4₁, 4₂, причем второй, третий входы элемента 1_i () и первый, второй входы элемента 1₄ соединены соответственно с вторым, третьим входами элемента 4_i и первым, вторым входами элемента 3, первый, второй входы элемента 1₃ и первый, второй входы элемента 1₄ соединены соответственно с выходами элементов 4₁, 1₂ и 2, 4₂, первый вход элемента 4_i и первый, второй входы элемента 2 соединены соответственно с выходами элементов 1_i и 4₁, 1₃, а первый, второй, третий входы элемента 1_i и выход элемента 3 соединены соответственно с ()-ым, ()-ым, ()-ым входами и четвертым выходом двоичного вычитателя, первый, второй, третий выходы которого соединены соответственно с выходами элементов 1₁, 1₃, 1₄.

Работа предлагаемого двоичного вычитателя осуществляется следующим образом. На его первый, второй, третий и четвертый, пятый, шестой входы подаются соответственно двоичные сигналы и , которые задают подлежащие обработке двухразрядные двоичные числа , , , причем и определяют значения старших и младших разрядов соответственно. В представленной ниже таблице приведены значения выходных сигналов предлагаемого вычитателя, полученные с учетом работы его элементов для всех возможных наборов значений сигналов .

№					№
1	00	00	00	0000	33	10	00	00	0010
2	00	00	01	1111	34	10	00	01	0001
3	00	00	10	1110	35	10	00	10	0000
4	00	00	11	1101	36	10	00	11	1111
5	00	01	00	1111	37	10	01	00	0001
6	00	01	01	1110	38	10	01	01	0000
7	00	01	10	1101	39	10	01	10	1111
8	00	01	11	1100	40	10	01	11	1110
9	00	10	00	1110	41	10	10	00	0000
10	00	10	01	1101	42	10	10	01	1111
11	00	10	10	1100	43	10	10	10	1110
12	00	10	11	1011	44	10	10	11	1101
13	00	11	00	1101	45	10	11	00	1111
14	00	11	01	1100	46	10	11	01	1110
15	00	11	10	1011	47	10	11	10	1101
16	00	11	11	1010	48	10	11	11	1100
17	01	00	00	0001	49	11	00	00	0011
18	01	00	01	0000	50	11	00	01	0010
19	01	00	10	1111	51	11	00	10	0001
20	01	00	11	1110	52	11	00	11	0000
21	01	01	00	0000	53	11	01	00	0010
22	01	01	01	1111	54	11	01	01	0001
23	01	01	10	1110	55	11	01	10	0000
24	01	01	11	1101	56	11	01	11	1111
25	01	10	00	1111	57	11	10	00	0001
26	01	10	01	1110	58	11	10	01	0000
27	01	10	10	1101	59	11	10	10	1111
28	01	10	11	1100	60	11	10	11	1110
29	01	11	00	1110	61	11	11	00	0000
30	01	11	01	1101	62	11	11	01	1111
31	01	11	10	1100	63	11	11	10	1110
32	01	11	11	1011	64	11	11	11	1101

Согласно представленной таблице имеем , где – трехразрядное двоичное число, задаваемое двоичными сигналами ( и определяют значения старшего и младшего разрядов соответственно), причем если число D является положительным либо , то , если отрицательным, то и оно представлено в дополнительном коде.

Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод, что предлагаемый двоичный вычитатель формирует двоичный код разности трех двухразрядных двоичных чисел, задаваемых двоичными сигналами, и бит, определяющий ее знак, и обладает меньшими по сравнению с прототипом аппаратурными затратами.

Двоичный вычитатель, содержащий четыре элемента: исключающее ИЛИ, элемент И, элемент ИЛИ и два мажоритарных элемента, причем второй вход i-го () и первый, второй входы четвертого элементов исключающее ИЛИ соединены соответственно со вторым входом i-го мажоритарного элемента и первым, вторым входами элемента ИЛИ, первый, второй входы третьего и первый, второй входы четвертого элементов исключающее ИЛИ соединены соответственно с выходом первого мажоритарного элемента, выходом второго элемента исключающее ИЛИ и выходом элемента И, выходом второго мажоритарного элемента, а первый, второй, третий входы i-го элемента исключающее ИЛИ и выход элемента ИЛИ соединены соответственно с ()-ым, ()-ым, ()-ым входами и четвертым выходом двоичного вычитателя, первый, второй, третий выходы которого соединены соответственно с выходами первого, третьего, четвертого элементов исключающее ИЛИ, отличающийся тем, что первый и третий входы i-го мажоритарного элемента, первый и второй входы элемента И соединены соответственно с выходом и третьим входом i-го, выходом и первым входом третьего элементов исключающее ИЛИ.