Устройство сравнения двоичных чисел

Использование: в цифровых компараторах, ассоциативных процессорах и машинах баз данных. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства. Устройство содержит четыре элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (11-14), четыре элемента ИЛИ (21-24), четыре элемента И-НЕ (31-34), четыре элемента И (41-44). За счет дополнительных элементов и настроечного входа обеспечивается реализация оператора отношения А≥В либо А>В, где A=a₃a₂a₁a₀ и B=b₃b₂b₁b₀ - четырехразрядные двоичные числа, задаваемые двоичными сигналами а₀, ..., а₃, b₀, ..., b₃ е{0,1}. 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, 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.), реализующие оператор отношения x₂≥x₁, где х₁, х₂∈{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 четырехразрядных 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 (рис.4.18 на стр.163 в книге Бибило П.Н. Основы языка VHDL. М.: Солон-Р, 2000 г.), которое содержит три элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, три элемента ИЛИ, три элемента И-НЕ, два элемента И и реализует оператор отношения А≥В, где А=а₃а₂а₂а₁a₀ и В=b₃b₂b₁b₀ есть четырехразрядные двоичные числа, задаваемые двоичными сигналами a₀, ..., b₀, ..., b₃∈{0,1}.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относятся ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что не выполняется реализация оператора отношения А>В.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения реализации оператора отношения А≥В либо оператора отношения А>В, где А=а₃а₂a₁а₀ и В=b₃b₂b₁b₀ есть четырехразрядные двоичные числа, задаваемые двоичными сигналами a₀, ..., a₃, b₀, ..., b₃∈{0,1}.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в устройстве сравнения двоичных чисел, содержащем три элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, три элемента ИЛИ, три элемента И-НЕ, два элемента И, которые сгруппированы в три группы так, что каждая группа содержит по одному элементу ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, ИЛИ, И-НЕ, а каждая группа, кроме третьей, дополнительно содержит элемент И, в каждой группе второй вход и выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены соответственно с вторым входом элемента И-НЕ и объединенными вторым входом элемента ИЛИ, первым входом элемента И-НЕ, в каждой группе, кроме третьей, первый и второй входы элемента И соединены соответственно с выходом элемента ИЛИ и выходом элемента И-НЕ, выход элемента И предыдущей группы подключен к первому входу элемента ИЛИ последующей группы, особенность заключается в том, что в него дополнительно введена аналогичная первой четвертая группа элементов, а в третью группу дополнительно введен элемент И, первый, второй входы и выход которого соединены соответственно с выходом элемента ИЛИ, выходом элемента И-НЕ третьей группы и первым входом элемента ИЛИ четвертой группы, в которой выход элемента И образует выход устройства сравнения двоичных чисел, подсоединенного i-м , (4+i)-м и настроечным входами соответственно к первому, второму входам элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ i-й группы и первому входу элемента ИЛИ первой группы.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства сравнения двоичных чисел.

Устройство сравнения двоичных чисел содержит элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 1₁, ..., 1₄, элементы ИЛИ 2₁, ..., 2₄, элементы И-НЕ 3₁, ..., 3₄, элементы И 4₁, ..., 4₄, причем второй вход и выход элемента 1, соединены соответственно с вторым входом элемента 3_i и объединенными вторым входом элемента 2_i, первым входом элемента 3_i, подключенного выходом к второму входу элемента 4_i, первый вход которого соединен с выходом элемента 2_i, выход элемента 4_j подключен к первому входу элемента 2_j+1, а выход элемента 4₄ образует выход устройства сравнения двоичных чисел, i-й, (4+i)-й и настроечный входы которого соединены соответственно с первым, вторым входами элемента 1_i и первым входом элемента 2₁.

Работа предлагаемого устройства сравнения двоичных чисел осуществляется следующим образом. На его настроечном входе фиксируется управляющий сигнал z₀∈{0,1}. На его первый, ..., четвертый и пятый, ..., восьмой входы подаются соответственно произвольные двоичные сигналы a₀, ..., a₃ {0,1} и b₀, ..., b₃∈{0,1}, которые задают подлежащие сравнению четырехразрядные двоичные числа A=a₃a₂a₁a₀ и B=b₃b₂b₁b₀ (a₃, b₃ задают значения старших, a а₀, b₀ - младших разрядов). Тогда сигнал на выходе элемента 4_i будет определяться выражением

В представленной ниже таблице приведены значения реализуемой выражением (1) функции на всех возможных наборах значений ее аргументов.

ai-1	bi-1	zi-1	zi
0	0	0	0
0	0	1	1
0	1	0	0
0	1	1	0
1	0	0	1
1	0	1	1
1	1	0	0
1	1	1	1

Анализ данных, приведенных в таблице, позволяет заключить, что: 1) если a_i-1<b_i-1 или а_i-1=b_i-1 и z_i-1=0, то z_i=0; 2) если а_i-1>b_i-1 или a_i-1=b_i-1 и z_i-1=1, то z_i=1. Таким образом, при z₀=1 либо z₀=0 на выходе предлагаемого устройства соответственно получим

Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод, что предлагаемое устройство сравнения двоичных чисел обладает более широкими по сравнению с прототипом функциональными возможностями, так как обеспечивает реализацию оператора отношения А≥В либо оператора отношения А>В, где A=a₃a₂a₁a₀ и В=b₃b₂b₁b₀ есть четырехразрядные двоичные числа, задаваемые двоичными сигналами a₀, ..., a₃, b₀, ..., b₃∈{0,1}.

Устройство сравнения двоичных чисел, содержащее три элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, три элемента ИЛИ, три элемента И-НЕ, два элемента И, которые сгруппированы в три группы так, что каждая группа содержит по одному элементу ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, ИЛИ, И-НЕ, а каждая группа кроме третьей дополнительно содержит элемент И, в каждой группе второй вход и выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены соответственно с вторым входом элемента И-НЕ и объединенными вторым входом элемента ИЛИ, первым входом элемента И-НЕ, в каждой группе кроме третьей первый и второй входы элемента И соединены соответственно с выходом элемента ИЛИ и выходом элемента И-НЕ, выход элемента И предыдущей группы подключен к первому входу элемента ИЛИ последующей группы, отличающееся тем, что в него дополнительно введена аналогичная первой четвертая группа элементов, а в третью группу дополнительно введен элемент И, первый, второй входы и выход которого соединены соответственно с выходом элемента ИЛИ, выходом элемента И-НЕ третьей группы и первым входом элемента ИЛИ четвертой группы, в которой выход элемента И образует выход устройства сравнения двоичных чисел, подсоединенного i-м (4+i)-м и настроечным входами соответственно к первому, второму входам элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ i-й группы и первому входу элемента ИЛИ первой группы.