УСТРОЙСТВО СРАВНЕНИЯ ДВОИЧНЫХ ЧИСЕЛ Российский патент 2025 года по МПК G06F7/02 

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

Известно устройство сравнения двоичных чисел (патент РФ 2353966, кл. G06F7/02, 2009г.), содержащее логические элементы, среди которых импликаторов, и выполняющее распознавание отношений X>Y, X=Y, X<Y, где X, Y есть n-разрядные двоичные числа, задаваемые двоичными сигналами.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результат при использовании известного устройства сравнения двоичных чисел, относятся схемная сложность и низкое быстродействие, обусловленные тем, что цена по Квайну схемы упомянутого аналога равна и максимальное время задержки распространения сигнала в упомянутом аналоге определяется выражением , где τ_Э есть длительность задержки, вносимой логическим элементом.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является принятое за прототип устройство сравнения двоичных чисел (патент РФ 2298220, кл. G06F7/02, 2007г.), содержащее логические элементы, среди которых элементов И-НЕ, импликаторов, и выполняющее распознавание отношений X>Y, X=Y, X<Y, где X, Y есть n-разрядные двоичные числа, задаваемые двоичными сигналами. При этом цена по Квайну схемы прототипа равна .

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, где τ_Э есть длительность задержки, вносимой логическим элементом.

Техническим результатом изобретения является повышение быстродействия при сохранении функциональных возможностей и цены по Квайну прототипа.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в устройстве сравнения двоичных чисел, содержащем импликаторов и элементов И-НЕ, которые сгруппированы в n групп так, что j-я () группа содержит два импликатора, а k-я () группа дополнительно содержит два элемента И-НЕ, в первой группе неинвертирующий и инвертирующий входы первого импликатора соединены соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами второго импликатора, первым и (n+1)-ым входами устройства сравнения двоичных чисел, выход i-го () импликатора первой группы подключен к второму входу i-го элемента И-НЕ второй группы, особенность заключается в том, что в k-ю группу дополнительно введены два элемента И-НЕ, в k-й группе выход i-го импликатора, подключенного неинвертирующим входом к инвертирующему входу (3-i)-го импликатора, и выход i-го элемента И-НЕ, подключенного вторым входом к первому входу (5-i)-го элемента И-НЕ, соединены соответственно с первым входом i-го и вторым входом (i+2)-го элементов И-НЕ, выход (i+2)-го элемента И-НЕ предыдущей группы подключен к первому входу (5-i)-го элемента И-НЕ последующей группы, а выход (i+2)-го элемента И-НЕ n-й группы является i-ым выходом устройства сравнения двоичных чисел, k-й и (n+k)-й входы которого образованы соответственно неинвернтирующими входами первого и второго импликаторов k-й группы.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства сравнения двоичных чисел.

Устройство сравнения двоичных чисел содержит импликаторов 1₁₁, 1₂₁, …, 1_1n, 1_2n и элементов И-НЕ 2₁₂, 2₂₂, 2₃₂, 2₄₂, …, 2_1n, 2_2n, 2_3n, 2_4n, причем все импликаторы и элементы И-НЕ сгруппированы в n групп так, что j-я группа содержит импликаторы 1_1j, 1_2j, а k-я () группа дополнительно содержит элементы 2_1k, 2_2k, 2_3k, 2_4k, неинвертирующий и инвертирующий входы импликатора 1₁₁ соединены соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами импликатора 1₂₁, первым и (n+1)-ым входами устройства сравнения двоичных чисел, выход импликатора 1_i1 подключен к второму входу элемента 2_i2, выход импликатора 1_ik, подключенного неинвертирующим входом к инвертирующиму входу импликатора 1_(3-i)k, и выход элемента 2_ik, подключенного вторым входом к первому входу элемента 2_(5-i)k, соединены соответственно с первым входом элемента 2_ik и вторым входом элемента 2_(i+2)k, выход элемента 2_(i+2)r подключен к первому входу элемента 2_(5-i)(r+1), а выход элемента 2_(i+2)n является i-ым выходом устройства сравнения двоичных чисел, k-й и (n+k)-й входы которого образованы соответственно неинвертирующими входами импликаторов 1_1k и 1_2k.

Работа предлагаемого устройства сравнения двоичных чисел осуществляется следующим образом. На его первый, …, n-й и (n+1)-й,…,(2×n)-й входы подаются соответственно произвольные двоичные сигналы x_n-1,…,x₀∈{0,1} и y_n-1,…,y₀∈{0,1}, которые задают подлежащие сравнению n-разрядные двоичные числа X=x_n-1…x₀, Y=y_n-1…y₀ (x_n-1, y_n-1 и x₀, y₀ определяют значения старших и младших разрядов соответственно). В представленной ниже таблице приведены значения формируемых элементами 2_3k, 2_4k () сигналов z_1k, z_2k, полученные для всех возможных наборов значений сигналов z_1(k-1), z_2(k-1), x_n-k, y_n-k, причем , .

z_1(k-1) z_2(k-1) x_n-k y_n-k z_1k z_2k 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1

Анализ данных, приведенных в таблице, позволяет заключить, что z_1k=0 (z_2k=0), когда z_1(k-1)=0 (z_2(k-1)=0) или z_1(k-1)=z_2(k-1)=1 и x_n-k<y_n-k (z_1(k-1)=z_2(k-1)=1 и y_n-k<x_n-k), и что z_1k=1 (z_2k=1), когда z_1(k-1)=1 и z_2(k-1)=0 (z_2(k-1)=1 и z_1(k-1)=0) или z_1(k-1)=z_2(k-1)=1 и x_n-k≥y_n-k (z_1(k-1)=z_2(k-1)=1 и y_n-k≥x_n-k). Дополнительно отметим, что z₁₁=0 (z₂₁=0), когда x_n-1<y_n-1 (y_n-1<x_n-1), и что z₁₁=1 (z₂₁=1), когда x_n-1≥y_n-1 (y_n-1≥x_n-1). Таким образом, если X>Y либо X=Y либо X<Y, то z_1n=1, z_2n=0 либо z_1n=z_2n=1 либо z_1n=0, z_2n=1 соответственно.

Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод, что предлагаемое устройство сравнения двоичных чисел выполняет распознавание отношений X>Y, X=Y, X<Y, где X, Y есть n-разрядные двоичные числа, задаваемые двоичными сигналами, и обладает более высоким по сравнению с прототипом быстродействием, поскольку максимальное время задержки распространения сигнала в предлагаемом устройстве определяется выражением , где τ_Э есть длительность задержки, вносимой логическим элементом. При этом цена по Квайну схемы предлагаемого устройства равна .

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в повышении быстродействия при сохранении функциональных возможностей и цены по Квайну прототипа. Устройство сравнения двоичных чисел предназначено для распознавания отношений X>Y, X=Y, X<Y, где X, Y есть n-разрядные двоичные числа, задаваемые двоичными сигналами, и может быть использовано в системах цифровой вычислительной техники как средство компараторной обработки информации. Устройство сравнения двоичных чисел содержит 2×n импликаторов (1₁₁, 1₂₁, …, 1_1n, 1_2n) и 4×n-4 элементов И-НЕ (2₁₂, 2₂₂, 2₃₂, 2₄₂, …, 2_1n, 2_2n, 2_3n, 2_4n). За счет новой схемы соединения указанных элементов, цена которой по Квайну равна 14×n-8, максимальное время задержки распространения сигнала в предлагаемом устройстве определяется выражением τ=(2×n-1)×τ_Э, где τ_Э есть длительность задержки, вносимой логическим элементом. 1 ил., 1 табл.

Устройство сравнения двоичных чисел, содержащее импликаторов и элементов И-НЕ, которые сгруппированы в n групп так, что j-я () группа содержит два импликатора, а k-я () группа дополнительно содержит два элемента И-НЕ, причем в первой группе неинвертирующий и инвертирующий входы первого импликатора соединены соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами второго импликатора, первым и (n+1)-м входами устройства сравнения двоичных чисел, а выход i-го () импликатора первой группы подключен к второму входу i-го элемента И-НЕ второй группы, отличающееся тем, что в k-ю группу дополнительно введены два элемента И-НЕ, в k-й группе выход i-го импликатора, подключенного неинвертирующим входом к инвертирующему входу (3-i)-го импликатора, и выход i-го элемента И-НЕ, подключенного вторым входом к первому входу (5-i)-го элемента И-НЕ, соединены соответственно с первым входом i-го и вторым входом (i+2)-го элементов И-НЕ, выход (i+2)-го элемента И-НЕ предыдущей группы подключен к первому входу (5-i)-го элемента И-НЕ последующей группы, а выход (i+2)-го элемента И-НЕ n-й группы является i-м выходом устройства сравнения двоичных чисел, k-й и (n+k)-й входы которого образованы соответственно неинвертирующими входами первого и второго импликаторов k-й группы.