Устройство для сравнивания двоичных чисел Советский патент 1984 года по МПК G06F7/04 

Изобретение относи7-ся к автсгчат:;ке и вь;числ лтельной теккике и может бьг1ь испо.иьэовано при построем -:м устройств обработки числовой КЕфор-ме.ции,

Известно усгройстБО для сраЕкеиия чисел, содержащее трехстабильньй г;знГйп к элементы Н-КЕ t1 3

Heдocтaткa sи данного ус:тройст;за являются сложность и низкое быстродействк з за счет зламента НЕРАВНО , 1и

- Л М Ч П U V., , D „

Наиболее близким к пре,гшагаемом является устройство для сравнения чисел, содеркащее трехстабильный триreps злег-генты И-НЕ,, элемент HEFA3HG ЗНАЧНОСТЬ:; прм этом первьй я И} форка1лисннь1е вхо,аы устройства соединены с входами эпемеяга HSPABHOЗИАЧНОСТЬ, выход которого подклзочен к nspBoW входам первого и второго элемег;тоЕ И-НЕ, вьзходы первого и второго эламентов соединены с liiepвым к зторьгм входами трехстабяльного триггера, третш вход которого под-кгаочен к первой шине управления а первый вьксд триггера подкшочек v; -ерБОму входу третьего элемента И--НЕ второй вход которого соедит ен со fivc,рой -нкной управления, а выход трчть его элемента И-ПЕ соединен г вторь;:ми входами первого к второго элеме,;-; тоБ И-НЕ,, третьи входы первого и зторого злементок И-Н подк/почаны тс первому к второнз ккформационкь:;-; Бкс; дам устройства соответстзенко t21

Недостатка и известного устройсГв являются сложность и низкое б;яст;с-одейстБке за счет гфимекекия элем€:Е-та НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ., для реалиэшшн которого гребуетея не менее четыре:; элементов как следствие э-суо большое время здаержки расгфостраненкя сигнала в злакенте. Кроме т{эго„ разнотипность фнменяемых логичее-ких элементов сншкает тек голог ичтность конструкции устройства.

ройства к повьлненке его 6ь5СградейстБИЯ„

Поставленная паль о t j j

ТеМэ что в устройство Г ь

двоичных чисел, еодеркди, „ -- бильньй триггерэ элементы прг этом первьс информационный вход уст-ройства соединен с первым вкодом пеу вого элемента И-НЕ., выход которого соединен с первым входом трехстгбя}Го

fjo/o триггера второй информацион;:Л рхсд устройства соединен с первь М входом второго элемента п-ЕЕ зылоп KOTOfJoro соединен с KtopbiK вхоцоп трехстабильного тригге1-.а, а третий вход трехстабильного тригтера соединен с первым управляющим входом

;/ с; т р о и с т в а jj ВЫХОД Т р в X С Т а б КЛ Ь Н о г о

триггера РАВКО соединен с первым входом третьего элемента И-ЙЕ второй вход которого соединет- с БГ-срЬ Н управляюш.им входом устройства выход третьего элемента И-НЕ ,инек с зторымн входами первого и sioporo элементов И-НЕ выходы трекстьокльногс триггера являются выходами устройства,; звадзк зла1ч:ект РЬНЕ; чходк которого соединены с первьлм и вторым икформационныки входами устройства а выход этого элемента соедн;{ек с трс:тьи14,; входами первого и второго элементов И-НЕ.

Схема устройства для сравнения двоичкьх чисел приведена па чертеже, Устройство содержит трекстабипькый rpji--r-ep 1 :, имеющий выходы 2, 3 к 4, элементы И-НЕ 5 - 8, вход 9 начальной устано к;л к управляющий вход 10 устройства.; чнфср 1ацис нные зходы ft и-12 устройс ва первого и второго чисел гоответсггвенно.

В усгройстЕе использованы стандартные злогическке элементы,

ТрехстаЕкльный триггер может быть собран г-:,з, зле}-.:ентах 4 И-НЕ, либо на эленектй51 2И 2И-2ИЛ --НЕ „ Б первом слу1г;е ссстол;5ие триггера опксьшаетсл -этркцательной логикой, а во второ ч - пс.м-:.;йа;тельной. Далее будем , 470 триггер построен на элементах /;li-HE. В таблице приведено соотввтствие состояния трехстабильного тригтерй одному из трех возможных огнушений между сравниваемыми числа Г

I Состояние трехстабиль

Он-эшек -:

I

кого триггера

21 Выход ЗТВыход 4 310 Устройство работает следующий образом. На вход 9 устройства подается отри1;агельный ю-тульс, устанавливающий трехстабильньй триггер 1 в состо ние , т.е, на выходе 3 триггера формируется низкий потенциал. На управляющ:-ш вход 10 устройства подается низкий потенциал при сравне нии чиселэ начиная с младших разрядов, и высокий потенциал при сравнении чисел, начиная со старших разрядов. На информационный вход 11 устройства подаются разряды числа Aj а на информационный вход 12 устройства подаются разряды числа В. Рассмотрим работу устройства при сравнении однош енных разрядов, пред положив, чтс на выходе элемента И-КЕ 7 присутствует высокий потенциал. Если оба разряда сравниваемых чисел равны нулю, то на вьжодах элементов 5 и 6 формируется высокий потенциал, который не изменить предыдущее состояние триггера При равенстве одноименных разрядов единице на выходе логического элемента И-НЕ 8 формируется низкий потенциал; который приводит к появлению на выходах логических элементов И-НЕ 5 и 6 высокого потенциала и состояние триггера остается прежним. Таким образом, при равенстве одноименных разрядов cpaвнивaefttl x чисел состояние триггера не изменяет ся. При неравенстве одноименных разрядов сравниваемых чисел на выходе логического элемента И-НЕ 8 форми руется высокий потенциал, который не оказывает влияния на работу логических элементов И-НЕ 5 и 6 по дру гкм входам. Если на информационном входе 11 устройства подана единицаj а на вход 12 подан нуль, то на выходе элемента И-НЕ 5 образуется низкий потенциал, а на выходе элемента И-НЕ 6 - высокий потенциал-. Триггер 1 переходит при этом в состояние когда на выходе 4 образуется низкий потенциал, , данный разряд числа больше данного разряда числа В, В случае 5 когда на информационный вход 11 устройства подан нуль, а на вход 12 - единица, то на выходе ло гического элемента И-НЕ 5 формируется высокий потемцкал, а на выходе элемента 6 - низкий. При этом триггер 1 перейдет в состояние, когда на выходе 2 образуется низк;ш потенциал ; т.е.. данный разряд числа А меньше данного разряда чиспа В. Итак, при неравекстве одноименных разрядов сравниваемых чисел триггер переходит в состояние или в состояние в соответствии с состоянием информационных входов 11 и 12 устройстваPaccMOTpHhi работу устройства при сравнении чисел, начиная со старших разрядов. На вход 10 устройства в этом режиме подается высокий потенциал. Триггер находится в состоянии т.е. на его выходе 3 присутствует низкий потенциал, который формирует на выходе логического элемента И-НЕ 7 высокий потенциал, позволяющий производить поразрядное сравнение чисел. При равенстве одноименных разрядов триггер 1 -не изменяет свое состояние;, а прн появлении первых же неодинаковых разрядов сравниваемых чисел триггер 1 перейдет в состояние5определяемое состоянием информационных входов 11 и 12 устройств. При этом на выходе 3 триггера формируется высокий потенциал, которыйj в свою очередь i, формирует низкий потенциал на выходах элементов И-НЕ 5. и 6. На их выходах образуется высоК1-1Й потенциал и, следовательно, состояние триггера не может измениться при поступлении последующих разрядов сравниваемых чисел. Единичный сигнал на выходе 3 триггера 1 может быть использован для прекращения сравнения последующих разрядов, поскольку установлено отношение между сравниваемыми числами. Рассмотрим работу устройства при сравнении чисел, начиная с младших разрядов. Триггер находится в состоянии , а на вход 10 устройства подается низкий потенциал, формирующий на выходе логического элемента И-НЕ 7 высокий потенциал, который не зависит от состояния триггера 1. При этом трехстабильньй триггер 1 переключится столько раз, сколько неодинаковых разрядов имеют сравниваеMbie числа. Состояние триггера 1 будет определяться старшим из неодинаковых разрядов сравниваемых чисел. Поэтому в конце сравнения отношение между числами А и В будет определяться состоянием триггера 1.

Для определения техкико-экояоми--ческой эфтект -шност:и предлагаемого устройства sa базовый вариант зыбирагот устройство-гфоготип. Положнтелькьй эффект в предлагаемом устройстве достигается понг 1екением одного злемен-та И-НЕ„ что йвляетск более просПзМ технически-; решением по отношению к

НрОТОТИПУ, в КОТОрОЕ.5 ДЛЯ Эе ЕШИЗаЩгШ

тех же функций кспользуется элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, так как последнг-ш может быть построен ка базе ка менее четырех элементов Й-НЕ, Такик образо для реализации предлагаемого устройства Требуется 7 логических элементоЭд а для прототипа 10, т.е, вьгкгрьпв по числу используемых логических элементов составляет примерно 30%. Для более точной оценки сложностк предлагаемого устройства и прототипа воспользуемся оценв.ой Квайну,, т,е, числом входов в логические элементы Сложность по Квайну предлагаемого устройства опредеяяет-сй сложностью трехстабильного трнггера которая равна 12, сложностью двух трехвходовых элементов И-НЕ. которая равна 6 и сложностью двук двухвходовьга элементовj которая равна 46 и составляет 22 единиць. Слоя

ность прототипа огфеделяетея сложностью трехстабильнаго триггера (12) сложностью двух трехвходовкх элемйитов И-НЕ (6) 5 двуквходовьЕй злемвнтом И-НЕ (2) и элементом НЕР.;ШНОЗНАЧНОСТЬ (четыре д:ву шходовых эле. мента И-НЕ) 9 сложнос1 Ь которого равна 8э и составляет 28 единнд.; Таким образомэ предлагаемое устройство проще по Клайну npoTOTrina пр-рмерно на 21%, Схгедовательно 5 по-ст&вп&нняя цаяь (упрощение устройства) достигнутЗс. Предпагаемое устройстве имеет

большее быстродействие чек прототип :-ак как -.зялеряка в элементе И-НЕ ченыле,, чем в элементе НЕРА;8КОЗНАЧНОСТЬ;, поскольку последний содержит три яруса элементов И-НЕ. Дня более точной оценки воспользуемся сравнением задержек сигналов в прокышлеяко выщ/сьйег гх логическшс элементах, например 155 ссфни. Максш- «ап&ное время задержки сигнала в элементе И-НЕ СК155Ш13) равно 22 не а э элементе НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ (К155ЛЕ5) 30 НС, т. а о за,цержка з элементе :ченьше задержки в элементе KTsiBHOЗНАЧНОСТЬ примерно на 26%, Поэтому в пре.дпагаемом устройстве иов:но уэелкч гть тактовук) частоту подачи разрядов чисел А и В. образом, предлагаемое устройство имеет более высокое быстродействие, чем прототип. СледовательноJ поставленная цель (повышение быстродействия устройства) достигнута Кроме TorOj одтготипность прир-векяемых в предлагаемом устройст|зе злемектов позволяет повысить технологичность eio конструкции.

Для оценки технологичности обоих устройстЕ воспользуемся коэффициентом 11о:аторяег юсти деталей который определяется как отношение общего количества деталей устройства к сумме наигленований этих деталей, В предлагаемом устройстве и в прототипе об-щее число деталей равно 7, Суьма -1аиз :еновг1ний деятелей данного устрой ;тва. равна 3 а прототипа - 4. Коэффициент повторягемости- деталей в пред.агаемом устройстве равен 7/3 а в лроготипе 7/4 образом технологичность конструкции пред,пагаемого устрюйства выше: технологичности кон.:-зРУкции Прототипа на 25%.

2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СРАВНЕНИЯ ДВОИЧНЫХ ЧИСЕЛ, содержащее трехстабильный триггер и три элемента И-НЕ, причем информационные входы первого и второго чисел устройства соединены с первыми входами соответственно первого и второго элементов И-НЕ, выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входами трехстабильного триггера, третий вход которого подключен к входу начальной установки устройства, пбрвый, второй и третий выходы трехстабильного триггера являются выходами устройства, первый выхбд трехстабильного тригге ра соединен с первым входом третьего элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к управляющему входу устройства, а выход соединен с вторыми . входами первого и второго элементов И-НЕ, отличающееся темэ что, с целью упрощения устройства, в него введен четвертый элемент И-НЕ, входы которого соединены с информационными входами первого и второго чисел устройства, а выход подключен к третьим входам первого и второго элементов И-НЕ.

10

о11

12

В