Устройство для сравнения чисел

(19)4 С 06 Р 7/04 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВ ЬСТВ т рому входу элеоторого является азности устройстщ е е с я тем, ширения функциональстройства .путем ния чисел с учеего введены дведве группы элего подключен кмента ИЛИ, выходвыходом сигналао т л и ч а ва,что,елью р ных возможностеивозможности сравнтом их знаков, вгруппы элементов триг дом четв второй э ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Гаврилов Ю.В. и Пучко А.М. Арифметические устройства быстродействующих ЭЦВМ. М.: Советское радио, 1970, с. 237-240.Авторское свидетельство СССР У 960801, кл. С 06 Р 7/04, 1982. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СРАВНЕНИЯ ЧИСЕЛ, содержащее генератор импульсов, элементы И, ИЛИ, НЕ, триггеры, счетчики, причем управляющий вход генератора импульсов соединен с входом запуска устройства, а выход соединен с первыми входами первого и второго элементов И, установочные входы первого и второго счетчиков подключены соответственно к входам первого и второго сравниваемых чисел устройства, а выходы переполнения соединены с входами уста новки в "0" первого и второго триг геров соответственно, прямой выход первого триггера соединен с вторым входом первого элемента И, с первым входом третьего элемента И и через первый элемент НЕ с первым входом четвертого элемента И, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, прямой выход второгогера соединен с вторым входом второго элемента И, с вторым вхоертого элемента И и через лемент НЕ г с вторым входом третьего элемента И, выход котороментов ИЛИ, два многовходовых элемента ИЛИ, два элемента И сброса,два элемента НЕ, два элемента И,три элемента ИЛИ, три элемента 2 ИИЛИ, элемент задержки и триггерызнаковых разрядов первого и второгочисел соответственно, входы установки в "0" которых подключены квходам знаковых разрядов сравниваемых чисел, соответственно, а инверсные выходы - к первым входамсоответственно первого и второгоэлементов И сброса, первым входамэлементов И соответственно первойивторой групп и соответственно первому и второму входам первого элемента 2 И-ИЛИ, выход которого черезэлемент задержки соединен с вторыми входами первого и второго элементов И сброса, выходы которыхподключены к входам установки в "0"соответственно первого и второгосчетчиков, синхронизирующие входыкоторых соединены с выходом генератора импульсов, прямые выходы триггеров знакочых разрядов первого ивторого чисел соединены соответственно с третьим и четвертым входами первого элемента, 2 И-ИЛИ, вторымивходами элементов И соответственновторой и первой групп, соответствен1180878 но с первыми и вторыми входами элемента ИЛИ-НЕ и второго элемента ИЛИ,первым входам соответственно третьего и четвертого элементов И и черезэлементы НЕ с вторыми входамисоответственно четвертого и третьегоэлементов И, выходы которых подключены к первым входам соответственнотретьего и четвертого элементов ИЛИ,вторые входы которых соединены с выходами соответственно третьего ичетвертого элементов И, а выходыподключены к входам установки соответственно в 0" и "1" триггера,прямой выход которого соединен спервыми объединенными входамй второго и третьего элементов 2 Ц ИЛИ,вторые входы которых объединены иподключены к инверсному выходу триггера, третьи входы второго и третьего элементов 2 И-ИЛИ объединены и соедин ь с выходом элемента ИЛИ-НЕ, ачетвертые - с выходами второго эле 1Изобретение относится к автоматике и цифровой измерительной технике и предназначено для автоматического сравнения двух чисел, представленных в цифровой форме, сучетом 5их знаков. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем сравнения двоичных чисел с учетом О их знаков.На фиг.1 и 2 представлены функциональные схемы устройства Устройство содержит генератор 1 15импульсов, входы 2 и 3 знаковыхразрядов, триггеры 4 и 5 знаковыхразрядов первого и второго чисел,элементы И 6 и 7, первый счетчик 8,первый триггер 9, второй счетчик 10, 20группы элементов И 11 и 12, группы. элементов ИЛИ 13 и 14, многовходовыеэлементы ИЛИ 15 и 16, элементы И17 и 18 сброса, второй триггер 1,9,элемент 2 И-ИЛИ 20, элемент 21 за-, 25держки, вход 22 запуска, входы 23и 24 сравниваемых чисел, элементыНЕ 25-28, эпементы И 29-32, элемент. мента ИЛИ, выходы второго и третьегоэлементов 2 И-ИЛИ являются выходаминеравенства устройства, выходы разрядов первого и второго счетчиковподключены к третьим входам соответствующих элементов И соответственнопервой и второй групп, выходы которых соединены с входами соответственно первого и второго многовходовыхэлементов ИЛИ, выходы которых соединены с третьими входами соответственно первого и второго элементов Исброса, выходы первого и второго элементов И подключены к первым входампервых элементов ИЛИ соответственнопервой и второй групп, вторые входыэлементов ИЛИ первой и второй группсоединены с выходами соответствующихэлементов И соответственно второй ипервой групп, а выходы подключенык информационным входам соответствующих триггеров соответственнопервого и второго счетчиков. 2ИЛИ-НЕ 33, элементы ИЛИ 34-36, элементы 2 И-ИЛИ 37,и 38, триггер 39.Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии генератор 1 заперт, триггеры 4,5,9,19 и 39 установлены в "1". По входам 23 и 24 сравниваемые числа в двоичном виде поступают соответственно в первый 8 и второй 10 счетчики. Знаки сравниваемых чисел определяются наличием или отсутствием сигналов на входах знаков второго 2 и первого 3 числа. Если числа положительные, то на входах 2 и 3 знаков устанавливаются нулевье сигналы. Если числа отрица тельные, то на входах знаков 2 и 3 устанавливаются единичные сигналы, что вызывает переключение обоих триггеров 4 и 5 знаков в "0". Если знаки чисел различны, например первое число положительное, а второе отрицательное, то на входе 2 знака второго числа устанавливается "1", а на входе 3 знака первого числа - "О", таким образом, триггер 4 знака первого числа остается в "1", а3 1триггер 5 знака второго числа устанавливается в 0Счетчики состоят из И триггеров,т.е. имеют разрядность, Равную числу И. Сравниваемые же числа могутиметь разрядность не выше И, таккак будет описано ниже. При сравнении чисел с разными знаками в устройстве производится перенос отрицательного числа, записанного в одиниз счетчиков, в другой счетчик, вкотором образуется сумма по модулюдва сравниваемых чисел. Поэтому разряд необходим для записи единицы переполнения в случае наличия единицв Нразрядах в обоих числах.Работу устройства рассмотрим втрех вариантах, определяемых возможными комбинациями чисел: оба числа положительные, оба числа отрицательные, числа имеют разные знаки..Первый вариант - оба числа положительные,По команде запуска генератор 1начинает вырабатывать прямоугольныеимпульсы определенной частоты. Этиимпульсы одновременно поступают напервые входы элементов И 6 и 7. Висходном состоянии триггеры 9 и 19находятся в "1", что обеспечиваетуровень разрешающего сигнала на вторых входах элементов И 6 и 7,Таким образом, импульсы генератора 1 через элементы И 6 и ИЛИ 13для первого счетчика и элементы И 7и ИЛИ 14 для второго счетчика поступают одновременно на входы обоихсчетчиков, заполняя их.4Определение соотношения междусравниваемыми числами А и В, записанными в счетчиках, производитсяпо взаимному расположению сигналовпереполнения счетчиков на временнойшкале. Например, если А ) В, то сигнал переполнения сначала появляется в первом счетчике, а затем вовтором (при Ас В последовательностьпоявления сигналов переполненияобратная). Сигнал переполнения свыхода триггера 9 одновременно поступает на второй вход элемента И 6,запрещая прохождение импульсов генератора 1 на вход переполнения первого счетчика, на первый вход элемента И 29 и через элемент НЕ 25 напервый вход элемента И 30. При этомс выхода элемента И 20 единичныйсигнал поступает на первый вход эле 180878 4мента ИЛИ 35, на выходе которогформируется положительный перепаднапряжения, и на второй вход элемента ИЛИ 36. Так как триггер 39 в исходном состонии находится в 1то единичный сигнал, поступивший свыхода элемента ИЛИ 35, не изменяетего состояния. Положительный перепад напряжения с прямого выхода триг гера 39 поступает на четвертый входэлемента И-ИЛИ 37 и на первый входэлемента И-ИЛИ 38. Так как числаположительные, то триггеры знаков-.обоих чисел остаются в исходном "1" 15 состОЯнииф Сигналы с прЯмых Выходовтриггеров 4 и 5 поступают на входыэлемента ИЛИ Зч, с выхода которогоединичный сигнал поступает на третийвход элемента И-ИЛИ 37 и на третийвход элемента И-ИЛИ 38, В,цанномслучае единичный сигнал появляетсяс выхода элемента И-ИЛИ 37, что соответствует А ) В.После переполнения второго счет чика сигнал переполнения с выходатриггера 19 одновременно поступает на второй вход элемента И 7, запрещая прохождение импульсов генератора 1 на вход переполнившегосявторого счетчика, на второй вход элемента И 30 и через элемент НЕ 26 навторой вход элемента И 29При этомна выходе элемента И 30 пропадаетединичный сигнал, что приводит кразблокировке входа установки тригн нгера 39 в 0 и Формированию на выходе элемента ИЛИ 35 отрицательногоперепада напряжения.На этом оканчивается цикл операции сравнения чисел А и В, в результате до проведения следующего цикла на выходе элемента И-ИЛИ 45 сохраняется единичный сигнал, соответствующий случаю А ) В. Длительность 45формируемого на выходе элемента ИЛИ 35 единичного сигнала пропорциональна абсолютной величине разности чисел А и В, т.е.=К /(А-В)/.50 Схема работает аналогичным обра"зом и при соотношении чисел А и В, с той лишь разницей, что сначала появляется сигнал переполнения второго счетчика, а затем первого счетчика, 55 т.е. на выхоце элемента ИЛИ 35 длительность единичного сигнала будет следущрая г =К В-А), а также по.ложительный перепад напряжения будетна выходе. элемента И-ИЛИ 38, чтосоответствует А ( В.Второй вариант - оба числа отрицательные.При данном варианте работа схемымало отличается от первого варианта.Перед циклом сравнения на оба входазнаков 2 и 3 подаются единичныесигналы, что приводит к установкетриггеров 4 и 5 знаков обоих чисел в"0", единичный сигнал поступает наэлементы И-ИЛИ 37 и 38 с элементаИЛИ-НЕ 33, что приводит к следующему: при соотношении абсолютных величин чисел/А/ 1/В/, положительный перепад напряжения будет на выходеэлемента И-ИЛИ 38, т.е. А ( В, еслиже соотцсгение абсолютных чисел/А//В/, то положительный перепад 20напряжения будет на выходе элемента И в И 37, т.е. АВ.Третий вариант - числа имеют разные знаки,Длз определенности предположим, 25что АВ, т.е. А - положительноечисло, а В - отрицательное. В этомс.пучае единичный сигнал подаетсяпп вход 2, что приводит к установкегрнгт ера 5 знака второго числа в "0". ЗоЕпициспц: сигналы, снимаемые с прям;. о изхода триггера 4 и .инверсногоплода триггера 5, поступают наретцй и четвертый входы соответст цо элемента И-ИЛИ 20 что приЭ35",пг к пояглению едйничного сигна, а ц выходе элемента И-ИЛИ 20,кого 1 ь 1 й поступает на вход элемента21 задержки, а также поступает навходы соответственно элементов И 12. руипы, которые подключены к прямымвыходам второго счетчика 10. Таккак цо втором счетчике записано число В, то определенные триггеры этого счетчика находятся в "1", поэтомус выходов соответствующих элементовИ, единичный сигнал поступает;навход триггера того же разряда первого счетчика. Тем самым в первомсчетчике получается сумма по модулюдва абсолютных величин чисел А и В,Например, предположим, что счетчикитрехразрядные, сравниваемые. числаА=2 (в двоичном коде 010), В=-З(110),тогда в первом счетчике получаемсумму абсолютных величин этих чиселС=/А/ + / В/=5 (101), которая соответствует искомой разности чисел А и В. Время задержки С элемента 21 задержки должно быть больше времени, необходимого для срабатывания элемента Иэлемента ИЛИ - Си триггера т.е,э,Ь о иьи ггДля интегральных микросхем (ИМС) серия 155 (3), например, для элементов И К 155 ЛИТ - инс, для элементов ИЛИ К 155 ЛЛ 1 - г.щ 25 нс и для триггера К 155 ТМ 2 - г. = 60 нс. Тогда получаемг., 30+25+б 0=115 нс, т.е.ь 115 нсТаким образом, не менее, чем через 115 нс, на выходе элемента 21 задержки появляется единичный сигнал, который поступает на первый вход элемента И 18, с выхода которого положительный перепад напряжения поступает на входы сброса в "0" каждого из триггеров второго счетчика,Поэтому до начала цикла сравне-ния чисел, т.е. до поступления управляющего сигнала на вход запуска, в первом счетчике находится сумма абсолютных величин сравниваемых чисел, а второй счетчик сброшен в "0". Дальнейшая работа схемы аналогична работе при первом варианте, однако есть отличие при определении соотношения между числами (количественная оценка разницы между числами производится аналотично первому варианту). С прямых выходов триггеров 4 и 5 знаков снимаются соответственно единичный и нулевой сигналы, которые поступают на входы элементов НЕ 27 и 28, элементов И 31 и 32, элемента ИЛИ 34 и элемента ИЛИ-НЕ 33. С выхода элемента И 32 единичный сигнал через элемент ИЛИ 35 поступает на вход установки в "1" триггера 39, с прямого выхода которого единичный сигнал поступает на четвертый вход элемента И-ИЛИ 37 и на первый вход элемента И-ИЛИ 38С выхода элемента ИЛИ 34 единичный сигнал поступает на третий вход элемента И-ИЛИ 37 и на третий вход элемента И-ИЛИ 38, что вызывает появление единичного сигнала, соответствующего соотношению А ) В, на выходе элемента И-ИЛИ 37. Таким образом, при третьем варианте еще дэ сравнения чисел схема определяет их соотношение.