Компаратор двоичных чисел
Владельцы патента RU 2389063:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения средств автоматики, функциональных узлов систем управления. Техническим результатом является повышение быстродействия устройства. Компаратор содержит 29 транзисторов, сгруппированных в девять групп, и 14 резисторов. 1 ил., 1 табл.
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения средств автоматики, функциональных узлов систем управления и др.
Известны компараторы двоичных чисел (см., например, патент РФ 2300131, кл. G06F 7/02, 2007 г.), которые формируют признаки соотношений А>В, А=В, где А=а1а0, В=b1b0 - двухразрядные двоичные числа, задаваемые двоичными сигналами a0, a1, b0, b1 ∈{0,1}, и с учетом рис.1.35б на стр.57 в книге Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. М.: Металлургия, 1988, а также рис.4-1 на стр.170, рис.4-4 на стр.171, рис.4-8 на стр.173 в книге Поспелов Д.А. Логические методы анализа и синтеза схем. М.: Энергия, 1974, содержат транзисторы и резисторы.
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известных компараторов двоичных чисел, относится низкое быстродействие, обусловленное тем, что максимальное время задержки распространения в них сигнала определяется выражением τ=5τT, где τТ - время задержки транзистора.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является принятый за прототип компаратор двоичных чисел (рис.8.32а на стр.500 в книге Шевкопляс Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения: Справочник. М.: Радио и связь, 1990), который формирует признаки соотношений А>В, А=В, где A=a1a0, В=b1b0 - двухразрядные двоичные числа, задаваемые двоичными сигналами a0, a1, b0, b1 ∈{0,1}, и с учетом рис.8.33а, 8.33б на стр.501 в книге Шевкопляс Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения: Справочник. М.: Радио и связь, 1990, рис.1.35е на стр.57 в книге Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. М.: Металлургия, 1988, а также рис.4-1 на стр.170, рис.4-4 на стр.171 в книге Поспелов Д.А. Логические методы анализа и синтеза схем. М.: Энергия, 1974, содержит 26 транзисторов и 14 резисторов.
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относится низкое быстродействие, обусловленное тем, что максимальное время задержки распространения сигнала в прототипе определяется выражением τ=4τT, где τT - время задержки транзистора.
Техническим результатом изобретения является повышение быстродействия при сохранении функциональных возможностей прототипа.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в компараторе двоичных чисел, содержащем 26 транзисторов и 14 резисторов, особенность заключается в том, что в него дополнительно введены три транзистора, причем все транзисторы подключены эмиттерами к шине нулевого потенциала и сгруппированы в девять групп так, что i-я и первая группы содержат соответственно три и четыре транзистора, а вторая группа дополнительно содержит четвертый транзистор, объединенные коллекторы первого, второго транзисторов i-й группы соединены с базой третьего транзистора i-й группы и первым выводом i-го резистора, подключенного вторым выводом к шине единичного потенциала, во второй группе объединенные коллекторы первого, второго транзисторов дополнительно соединены с базой четвертого транзистора, а коллектор и база j-го 
транзистора первой группы соединены соответственно с первым выводом (j+9)-го резистора, подключенного вторым выводом к шине единичного потенциала, и j-м входом компаратора двоичных чисел, первый и второй выходы которого образованы соответственно объединенными первым выводом первого резистора, подключенного вторым выводом к шине единичного потенциала, коллекторами третьих транзисторов второй, шестой - девятой групп и объединенными первым выводом четырнадцатого резистора, подключенного вторым выводом к шине единичного потенциала, коллектором четвертого транзистора второй группы, коллекторами третьих транзисторов третьей-пятой групп, коллектор и база первого транзистора первой группы подключены соответственно к базе первого транзистора пятой группы и объединенным базам первых транзисторов третьей, шестой, седьмой групп, коллектор и база второго транзистора первой группы подключены соответственно к базе первого транзистора четвертой группы и объединенным базе второго транзистора шестой группы, базам первых транзисторов второй, восьмой групп, база и коллектор третьего транзистора первой группы подключены соответственно к базе второго транзистора пятой группы и объединенным базе первого транзистора девятой группы, базам вторых транзисторов третьей, восьмой групп, а база и коллектор четвертого транзистора первой группы подключены соответственно к базе второго транзистора четвертой группы и объединенным базам вторых транзисторов второй, седьмой, девятой групп.
На чертеже представлена схема предлагаемого компаратора двоичных чисел.
Компаратор двоичных чисел содержит 29 транзисторов 1(1)(1), …, 1(2)(4), 1(3)(1),…, 1(9)(3) и 14 резисторов 21, …, 214, причем все транзисторы подключены эмиттерами к шине нулевого потенциала и сгруппированы в девять групп так, что i-я 
и первая группы содержат соответственно транзисторы 1(i)(1), 1(i)(2), 1(i)(3) и 1(1)(1), …, 1(i)(4), а вторая группа дополнительно содержит транзистор 1(2)(4), объединенные коллекторы транзисторов 1(i)(1), 1(i)(2) соединены с базой транзистора 1(i)(3) и первым выводом резистора 2i, подключенного вторым выводом к шине единичного потенциала, объединенные коллекторы транзисторов 1(2)(1), 1(2)(2) дополнительно соединены с базой транзистора 1(2)(4), а коллектор и база транзистора 1(1)(j) 
соединены соответственно с первым выводом резистора 2j+9, подключенного вторым выводом к шине единичного потенциала, и j-м входом компаратора двоичных чисел, первый и второй выходы которого образованы соответственно объединенными первым выводом резистора 21, подключенного вторым выводом к шине единичного потенциала, коллекторами транзисторов 1(2)(3), 1(6)(3), …, 1(9)(3) и объединенными первым выводом резистора 214, подключенного вторым выводом к шине единичного потенциала, коллекторами транзисторов 1(2)(4), 1(3)(3), …, 1(5)(3), коллектор и база транзистора 1(1)(1) подключены соответственно к базе транзистора 1(5)(1) и объединенным базам транзисторов 1(3)(1), 1(6)(1), 1(7)(1), коллектор и база транзистора 1(1)(2) подключены соответственно к базе транзистора 1(4)(1) и объединенным базам транзисторов 1(2)(1), 1(6)(2), 1(8)(1), база и коллектор транзистора 1(1)(3) подключены соответственно к базе транзистора 1(5)(2) и объединенным базам транзисторов 1(3)(2), 1(8)(2), 1(9)(1), а база и коллектор транзистора 1(1)(4) подключены соответственно к базе транзистора 1(4)(2) и объединенным базам транзисторов 1(2)(2), 1(7)(2), 1(9)(2).
Работа предлагаемого компаратора двоичных чисел осуществляется следующим образом.
На его первый, второй и третий, четвертый входы подаются соответственно произвольные двоичные сигналы а0, а1, ∈{0,1} и b0, b1 ∈{0,1}, которые задают подлежащие сравнению двухразрядные двоичные числа А=a0a1 и В=b1b0 (а1, b1 и a0, b0 определяют значения старших и младших разрядов соответственно). Тогда сигналы на первом, втором выходах предлагаемого компаратора будут определяться выражениями
В таблице приведены значения реализуемых выражениями (1), (2) функций на всех возможных наборах значений их аргументов. С учетом таблицы имеем QA>B=1, если А>В, QA=B=1, если А=В.
| А | B | QA>B | QA=B | ||
| а1 | a0 | b1 | b0 | ||
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 |
Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод, что предлагаемый компаратор двоичных чисел формирует признаки соотношений А>В, А=В, где А=a1a0, В=b1b0 - двухразрядные двоичные числа, задаваемые двоичными сигналами a0, а1, b0, b1 ∈ {0,1}, и обладает более высоким по сравнению с прототипом быстродействием, т.к. максимальное время задержки распространения сигнала в предлагаемом компараторе определяется выражением τ=3τT, где τТ - время задержки транзистора.
Компаратор двоичных чисел, содержащий 26 транзисторов и 14 резисторов, отличающийся тем, что в него дополнительно введены три транзистора, причем все транзисторы подключены эмиттерами к шине нулевого потенциала и сгруппированы в девять групп так, что i-я 
и первая группы содержат соответственно три и четыре транзистора, а вторая группа дополнительно содержит четвертый транзистор, объединенные коллекторы первого, второго транзисторов i-й группы соединены с базой третьего транзистора i-й группы и первым выводом i-го резистора, подключенного вторым выводом к шине единичного потенциала, во второй группе объединенные коллекторы первого, второго транзисторов дополнительно соединены с базой четвертого транзистора, а коллектор и база j-го 
транзистора первой группы соединены соответственно с первым выводом (j+9)-го резистора, подключенного вторым выводом к шине единичного потенциала, и j-м входом компаратора двоичных чисел, первый и второй выходы которого образованы соответственно объединенными первым выводом первого резистора, подключенного вторым выводом к шине единичного потенциала, коллекторами третьих транзисторов второй, шестой - девятой групп и объединенными первым выводом четырнадцатого резистора, подключенного вторым выводом к шине единичного потенциала, коллектором четвертого транзистора второй группы, коллекторами третьих транзисторов третьей - пятой групп, коллектор и база первого транзистора первой группы подключены соответственно к базе первого транзистора пятой группы и объединенным базам первых транзисторов третьей, шестой, седьмой групп, коллектор и база второго транзистора первой группы подключены соответственно к базе первого транзистора четвертой группы и объединенным базе второго транзистора шестой группы, базам первых транзисторов второй, восьмой групп, база и коллектор третьего транзистора первой группы подключены соответственно к базе второго транзистора пятой группы и объединенным базе первого транзистора девятой группы, базам вторых транзисторов третьей, восьмой групп, а база и коллектор четвертого транзистора первой группы подключены соответственно к базе второго транзистора четвертой группы и объединенным базам вторых транзисторов второй, седьмой, девятой групп.
