Устройство для сравнения двоичных чисел

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ЛатОРСКОМ СВИДВтЕЛЬСтВ Ю

633014 (61) Дополнительное к авт. свил-ву(22) Заявлено 10,09.74 (21) 2059504/18-2 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет(43) Опубликовано15.11.78.Бюллетень № 4 (45) Дата опубликования описания 20.1 l.78 (M. Кл.

5 06 1 7/04

Гооударственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

УДК 681.325. .65 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. Е, Мельник и Г. С, Мельник

Таганрогский радиотехнический институт нм, B. Д. Калмыкова (71) Заявите ть (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СРАВНЕНИЯ ДВОИЧНЫХ

ЧИСЕЛ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для реализации узлов вычислительных устройств и дискретной автоматики.

Известно устройство для сравнения двоичных чисел, содержащее элементы И, HE равнозначности 111. Известное устройство характеризуется удвоенным количеств м входов на разряд сравниваемых чисел и невысоким быстродействием.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для сравнения чисел, содержащее три яруса поразрядных узлов сравнения, выполненных на элементах ИЛИ-H и ИЛИ-И-НЕ (2). Это устройство не имеет достаточного быстродействия, а его схемная реализация затрудняет создание быстродействующих устройств для сравнения многоразрядных чисел. 2(11ельто изобретения является повышение быстродействия. В предложенном устройстве это достигается тем, что в нем первый ярус поразрядного узла сравнения

2 содержит 8 узлов, каждый из которых и содержит W F- а ) пар восьмивходовых элементов ИЛИ-И, где тт -количество разрядов сравниваемых чисел, причем у каждого первого элемента ИЛИИ i -й пары, где i 1,2,... пт, первый и третий входы соединены с шиной a „., второй и шестой входы подключены к шине Ь т., четвертый и седьмой входы соединены с щинойсМЕ, пятый и восьмой входы подключены к шине

1т ., где се, ф . -соответствующие разрядные шины операндов А н 3, а у каждого второго элемента ИЛИ-И 1 -й пары; первый и третий входы соединены с шиной

Й „., второй и шестой входы подключены к шине Cl,, четвертый и восьмой входы соединены с шиной ф ., а пятый и седьмой входы подключены к шине Эе; . Второй ярус поразрядного узла сравнения содержит 8 узлов, каждый из которых содержит два элемента ИЛИ-И, из которых первый имеет Ит групп входов, а второй— (tn +1) группу входов, причем каждая

1-я группа входов первого и второго эпе633014 ментов ИЛИ-И 1 -r î узна второго яруса, где $ ™ 1,2,. ° ° Е, соединена с выходом первого опементл ИЛИ-И 1 -й пары элементов 1 -ro узна первог.. яруса и с выходами вторых элементов >U1H-И 1,2, 3 ....(1- 1 )-й пар элементов g -ro узна первого яруса, а (ю+1)-я группа входог второго эпемента ИЛИ-И g -го узла второго яруса соединена с выходами вторых элементов ИЛИ-И 1,2,..., yn -й пар 16 элементов 5 -ro узла первого яруса, третий ярус поразрядного узла сравнения содержит элемент ИЛИ-И-HE и элемент

ИЛИ-И с Е группами входов каждый, причем 1 -я группа входов элемента

ИЛИ-И-НЕ, где g 1,2,... 6, подкпючена к выходу первого алемента ИЛИ-И

-ro узла второго яруса и к выходам вторых элементов ИЛИ-И 1,2,.... (g — 1)-ro узлов второго яруса, выход элемента ИЛИ-И-HE соединен с первой выходной шиной устройства, а -я группа входов эпемента ИЛИ-И третьего яруса, где 1,2,.... (С -1), подктпочена к выходу первого элемента ИЛИ-И g -ro

25 узла второго яруса и к выходам вторых элементов ИЛИ-И 1,2,-" ()-1)-го узлов второго яруса, Е -я группа входов элемента ИЛИ-И третьего яруса подключена к выходам вторых эпементов ИЛИ-И

1,2,... 8 -го узлов второго яруса, выход элемента HJ1H-И третьего яруса подкпючен ко второй выходной шине устройства.

На чертеже приведена схема предложенного устройства.

И

Оно имеет 2ftt входов 1, куда подключаются разрядные шины операнда

20+1

2 п> П»1 Zn> 20+1 а и onepaHda Ф

Зп - - СЕ- )п.1 " Еп

B-Ь Ь ...Ь

1 > 2 и и+1 2n 2п+1>

" "Э " (Е-1)П14 " On

Устройство содержит три яруса поразрядных узлов сравнения на логических элементах. Первый ярус 2 состоит из 8 узлов 3, 3, ... 3 . Каждый узел яруса

2, например узел 3, содержит м=Е (2)

И пар элементов 4, 5„...; 4 „,5„типа

ИЛИ-И. Второй ярус 6 состоит из Е узлов 7 -7 .Каждый узел яруса 6, например узеп 71, содержит два элемента 8 и 9 типа ИЛИ-И. Третий ярус 10 имеет элемент ll типа ИЛИ-И-HE и элемент

И

12 типа ИЛИ-И. Выходы элементов яруса 10 являются выходами 13 и 14 устройства. Каждая 1 -я пара восьмивходо2tbtx элементов 4;, 5; любого g -ro узна

3 первого яруса 2 нодкгиоч>.-. л к соотBoòñòâóþøèм четыреM шинам операндов

Л н В следующим образом {на примере

< -й пары узла 3 ). Первый и третий входы эпемекта 4„- подключены к шине а ., второй и шестой входы — к "шине ) ., четвертый н седьмой входы21 -1 к шинед ., а пятый и восьмой входы—

21 к шине ., где Й - Ь . -разрядные ши21 1 ны операндов Л и Ы, подаваемых на входы 1. Первый н третий входы элемента

5„подключены и шине и ., второй и

21-< шестой входы — к шине д четвертый

21 и восьмой — к шине ф;, а пятый и седь-й — ° -- ь„,. "

Входы элемейта 8, имеющего в групп входов (элемента ИЛИ) и алемента 9, имеющего ttt +1 группу входов (элемента ИЛИ) 1 -го узна 7 . второго яруса

6 подкпючены к выходам эпементов -ro узла 3 j яруса 2 следующим образом.

Каждая 1 — я группа входов элементов

8 и 9 подключена к выходам эпемента

4 и к выходам элементов 5, 6, ...

5 - j-го узла 3, а (tn+1) группа входов элемента 9 j -ro узна 7 яруса

6 подключена к выходам элементов 5

5,. ° .. 5и1 1-ro узла 31 первого яруса 2.

Входы элементов 11 и 12, имеющих по Е групп входов (элементов ЙЛИ), подключены к выходам эпементов яруса 6 следующим обрезом. ) -я группа входов элемента 11, где g 1,2„.. 6, подключена к выходу элемента 6 узла

7 яруса 6 и к выходам алементов 9 узлов 7<, 7, ... 7 < яруса 6, а выход элемента 11 соединен с выходом 13 устройства. 1 -я группа входов элемента 12, где j = 1,2, . °, 8-1, подключена к выходу эпемента 8 узла 7 яруса

6 и к выходам элементов 9 узпов 7 7

2 .. 7 . яруса 6, о-я группа входов эпемента 12 подключена к выходам элементов 9 узлов 7,, 72, -. 7Е яруса 6, а Bblxoll элемента 12 соединен с выходом 14 устройства.

Каждая 1 -я пара алементов 4 5

1 1

1 -го узла 3 ° яруса 2 формирует значение погических функций сравнения соответствующих пар разрядов а2 021- и Ь2;1Ь2. в соответствии с выражениями

6ЗЗ014 (- спи число ()Зз))ядов П поступяюших нв (-й узеп 3 яруса 2 — нечетно, то поспедняя щ -я пара эдеме)(тов 4„, 5„„этого узла формирует ))у))киии С 1., Е" . по входным сигнвпам 0„ ) Ь () со- я

tYl j и tl ответствии с выраженияк.и

С -=a Ч ) (2)

Nf и п

ФФ

По значениям функций С, иГ, -, =1,2,.-.), элементы 8 и 9 -го узла ? - яруса 6

У формируют знвчейия результата сравнения

5 -х и -разрядов c)«WHll» Aj» Ву в соответствии с логическими выражениями уй

С =(Л) > В )-Л (C, V(V E,)), E *(Л <В = " " ()) ч,E„A с„,V(v E,) E"„;=О, =,z,...e.

По значениям функцийС. и Е>. =1,2,... 8 элементы 11 и 12 яруса 10 формируют значения результирующих функций сравне- 3% ния А j и В в соответствии с логическими выражениями (Л В)ВЛ (СуV(V E ))

В (Л< В)=() В )) Л (С Ч(V E )))

V V в входы 1 одновременно подается (м ® прямой код операнда В и обратный код операнда А.. -я группа и разрядов, И где = 1,2..., В, по шинам а<> »«

Ь<-,,„+„ й1ппоступает на элементы j--го уэна 3. яруса 2. На выходах элементов

4., 5. каждого 1 -ro узла яруса 2

46 в соответствии с логическими функциями (1) формируются значения сигнвповС - -»

f+., которые поступают на входы элементов 8 и 9 этого же- 1 -го узла 71 яруса 6. Узлы 3 и 71. ярусов 2 и 6 cos43 местно осуществляют сравнение 1 -х группы и разрядов операндов В и А .

При этом результаты сравнения групп разрядов формируются одновременно на выходах всех 1 -х узлов яруса 6 в соответствии с логическими функциями (3).

При А )В элементы 8 и 9 узлов 7„ выдают нулевые значения функций С.(и f„, при А = В -единичное значение ч)ункции и нупевое значение функции Е, а при А < В -единичное значение функцийС„и Е

AHmorN o и бые j уз 33 и

7 ярусов 2 и 6 вырабатывают нулев),)е значения функций С< и, (лели код группы разрядов А больц)екода группы р)зрядоя В -, единичное значк пи(функции С

) и нулевое значение функции Е> )и и Аj= B > и единичные значения функций С,(и Е

ecI1H A; (вд .

С))г.(апь) C- «E с выходов всех Р узлов 7, ... 7< яруса 6 поступают на входы эпемен1ов 11 и 12 яруса, 10, которые формируют выходные сигналы устройства в соответствии с логическими функциями (4) .

Если А > В, то значит А > В . Поскольку при этом функция С на выходе элемента 8 узла 7 имеет нулевое значение, то функции С и Е согласно (4) принима— ют соответственно единичное и нулевое значения, независимо от значений сигчапов на выходах остальных узлов яруса 6.

Следовательно, С =1, f =0 свидетельствует о том, что A > В .

Если А (В, то значит А<В, Нос1 кольку при этом функции С и Е< на выходах элементов 8 и 9 узна 7 имеют единичные значений, то функции С и на выходах эпементов 11 и 12 принимают соответственно нулевое и единичное значения, независимо от выходных сигнапов остальных узлов яруса 6. Это свидетельствует о том, что 4 В.

Если А В, то резупьтаг сравнения зависит от соотношения остальных групп разрядов операндов и в первую очередь от соотношения вторых групп разрядов Ag u

В . При А. = В,,А > B> согласно (4) на выходе элемента 11 сформируется единичный сигнал, в на выходе элемента 12нулевой, независимо от значений сигналов на выходах остальных 4 -2 узлов яруса 6. следовательно, А > В. При А„= В, А C В согласно (4) на выходе элемента ll присутствует нулевой сигнал, а нв выходе элемента 12 — единичный, что свидетепьствует о том, что А < В . Если же A =B,A = В, то результат сравнения в первую очередь определяется значениями сигналов на выходах третьего узла 7 яруса 6 и т.д.

При A ** В равны между собой все Й групп разрядов, т.е.А- = Ь, > f g,на выходах всех С узлов присутствуют единичные значения сигналов С - и нулевые

Е 4 . Как видно из (4), в атом случае функции С и Е принимают нулевые значения, т.е. на выходах 13 и 14 устройства присутствуют нулевые сигналы, что свидетельствует о равенстве операндов A н

В.

Таким образом, если на выходах 13 и 14 появпяются сигнапы С 1, E - "О, то А>В, если С *О, Е *" 1, то А (B если С О, Е - О, то А - B. Одновре менное появление выходных сигнапов C l, и

E 1, при правильном функционировании устройства невозможно.

Наличие сигналов С 1, B 1 на выходах устройства может быть использовано при автоматической диагностике как 1@ свидетельство об отказе устройства сравнения;

Предложенное устройство дпя сравнения многоразрядных чисел имеет лучшие технико-экономические характеристики по сравнению с известными устройствами. В частности, устройство, реализуя одноврем,-„„„„ „„„„C=(A>SS <=CA-В, сравнению с известными имеет повышенное быстродействие и в два раза меньшее @ количество входов. Кроме того, при необходимости одновременного формирования значений функций С и E предложенное уст ройство оказывается проще по сравнению с известными, а именно: дпя его построения требуется в два раза меньшее копичество корпусов интегральных микросхем.

Наличие одинакового числа логических уров ней на пути прохождения различных сигнапов позвопяет одинаково,эффективно 16 реапизовывать предложенное устройство как на потенциапьных эпементах, так и на элементах с памятью - синхронных элементах, Для построения устройства сравнения можно испольэовать не только элементы ИЛИ-И, ИЛИ«И-НЕ, но и элементы типа И-ИЛИ и И-ИЛИ HE если к погическим функциям (1), (3), (4) применять преобразование де-Моргана.

Предложенное устройство допускает rrootpo- O ение на очень большое число разрядов.

Йпя этого достаточно рассматривать неко торый набор таких устройств, как групповое устройство сравнения, и объединять их с помощью элементов четвертого яруса, аналогичных элементам 11 и 12 третьего яруса. Это особенно важно при практической реапизации устройств на конкретных системах эпементов, когда возникают ограничения, накладываемые ко- Se печными значениями коэффициентов разветвпений и объединений,элементов.

Формула изобретения

Устройство дпя сравнения двоичных чисел, содержащее три яруса поразрядных узлов сравнения, выполненных на элемен633014 тах ИЛИ-И и ИЛИ-И-НЕ, о т л и ч а— ю щ е е с я тем что с целью повышения быстродействия, первый ярус пораэрадного узла сравнения содержит f уэпов, каждый из которых содержите= (д) .- ч пар восьмивходовых элементов ИЛИ-И

1 где И -количество разрядов сравниваемых чисел, причем у каждого первого элемента ИЛИ-И 1 -й пары, где

=1,2,... е, первый и третий входы соединены с шиной g2 1 второй и шестой входы подключены к шине 0

2 вертый и седьмой входы соединены с шиной Й „, пятый и восьмой входы подключены к шине ф, где O и t) -соот21 1 4 ветствующие разрядные шины операндов

А и В, а у каждого второго элемента

ИЛИ-И 1 -й пары первый и третий входы соединены с шиной д, второй и шестой входы подключены к шине Й

21 четвертый и восьмой входы соединены с

ur@HoA tt21 подкпючены к шине Ь2,, второй ярус поразрядного узла сравнения содержит 8 узпов, каждый иэ которых содержит два элемента ИЛИ-И, иэ которых первый имеет tn групп входов, а второй — (In+1) группу входов, причем каждая 1 -я группа входов первого и второго элементов

ИЛИ-И g -го узла второго яруса, где

1,2,... о, соединена с выходом первого элемента ИЛИ-И 1 -й пары элементов

-го узла первого яруса и с выходами вторых элементов ИЛИ-И 1,2. ° .(1--1)-й пар элементов -го узла первого яруса, а (п+1)-я группа входов второго элемента ИЛИ-И -го узла второго яруса соединена с выходами вторых элементов

ИЛИ-И 1,2... п-й пар элементов g -ro узла первого яруса, третий ярус поразрядного узла сравнения содержит элемент

ИЛИ-И-НЕ и элемент ИЛИ-И с С группами входов каждый, причем -я группа входов элемента ИЛИ-И-НЕ, где =1,2... E подключена к выходу первого элемента ИЛИ-И g -го узла второго яруса и к выходам вторых элементов ИЛИ-И

1,2,...(-1)-го узлов второго яруса, выход элемента ИЛИ И-HE соединен с первой выходной шиной устройства, а j -я группа входов элемента ИЛИ-И третьего яруса, где 1,2,...(Г -1), подключена к выходу первого элементе ИЛИ-И

И

j . -го узла второго яруса и к выходам вторых элементов ИЛИ-И 1,2,...(-1)-го узлов второго яруса, 8 -я группа входов эпемента ИЛИ-И третьего яруса подключена к выходам вторых элементов ИЛИ-И

633014

Составитель Г. Мельник

Редактор Л, Тюрина Техред 3. Фанта . Корректор Н, Ковалева

Заказ 6555/39 Тираж 784 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская. наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, уп. Проектная, 4

1,2,... $ -го узлов второго яруса, выход алемента ИЛИ-И третьего яруса подключен ко второй выходной шине устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1, Синк Г. М. Простая логическая схема для сравнения 8-разрядных чисел.

"Электроника, 1968, М 19.

2, Авторское свидетельство СССР

5 % 500526, кл. Я 06 F 7/04, 1973.