ДВОИЧНЫЙ ВЫЧИТАТЕЛЬ
BINARY SUBTRACTOR

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения средств автоматики, функциональных узлов систем управления и др.
Известны двоичные вычитатели (см., например, рис.9.9б на стр. 219 в книге Токхейм Р. Основы цифровой электроники. М.: Мир, 1988г.), которые содержат логические элементы и формируют двоичный код разности двух одноразрядных двоичных чисел, задаваемых двоичными сигналами, и бит, определяющий ее знак.
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известных двоичных вычитателей, относятся ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что не допускается обработка четырехразрядных двоичных чисел.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является принятый за прототип двоичный вычитатель (патент РФ 2629453, кл. G06F7/50, 2017г.), который содержит восемь элементов исключающее ИЛИ, шесть элементов И и формирует двоичный код разности двух трехразрядных двоичных чисел, задаваемых двоичными сигналами, и бит, определяющий ее знак.
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относятся ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что не допускается обработка четырехразрядных двоичных чисел.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения формирования двоичного кода разности двух четырехразрядных двоичных чисел, задаваемых двоичными сигналами, и формирования бита, определяющего ее знак.
r
r
i
i
r
j
r
особенность
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в двоичном вычитателе, содержащем восемь элементов исключающее ИЛИ и шесть элементов И, первый вход -го () элемента исключающее ИЛИ соединен с -ым входом двоичного вычитателя, первый выход которого соединен с выходом первого элемента исключающее ИЛИ,  заключается в том, что в него дополнительно введены пять элементов исключающее ИЛИ и четыре элемента И, первый вход и выход -го () элемента исключающее ИЛИ и выходы седьмого, четвертого элементов И соединены соответственно с вторым и первым входами -го элемента И и первым, вторым входами одиннадцатого элемента исключающее ИЛИ, выход -го и первый вход ()-го, выход -го () и первый вход ()-го элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами ()-го, первым и вторым входами ()-го элементов исключающее ИЛИ, выход восьмого и первый вход девятого элементов И, первый вход ()-го и выход ()-го элементов исключающее ИЛИ соединены соответственно с первым и вторым входами десятого элемента исключающее ИЛИ, выходом ()-го элемента И и вторым входом ()-го элемента исключающее ИЛИ, а второй вход -го и первый, второй входы четвертого элементов исключающее ИЛИ соединены соответственно с ()-ым и четвертым, восьмым входами двоичного вычитателя, второй, третий, четвертый и пятый выходы которого соединены соответственно с выходами пятого, восьмого, десятого и тринадцатого элементов исключающее ИЛИ.
На чертеже представлена схема предлагаемого двоичного вычитателя.
1
13
1
10
i
7
4
i
11
r
r
+1
j
j
+1
r
+4
j
+3
8
9
j
+7
10
j
+4
j
+6
r
4
1
5
8
10
13
r
Двоичный вычитатель содержит элементы исключающее ИЛИ 1,…,1 и элементы И 2,…,2, причем первый вход и выход элемента 1 () и выходы элементов 2, 2 соединены соответственно с вторым и первым входами элемента 2 и первым, вторым входами элемента 1, выходы элементов 2 (), 1 и выходы элементов 2 (), 1 соединены соответственно с первым, вторым входами элемента 1 и первым, вторым входами элемента 1, выходы элементов 2, 1 и первый, второй входы элемента 1 соединены соответственно с первым, вторым входами элемента 1 и выходами элементов 2, 1, а первый, второй входы элемента 1 и первый, второй входы элемента 1 соединены соответственно с -ым, ()-ым и четвертым, восьмым входами двоичного вычитателя, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы которого соединены соответственно с выходами элементов 1, 1, 1, 1 и 1.
k
k
Работа предлагаемого двоичного вычитателя осуществляется следующим образом. На его первый,…,четвертый и пятый,…,восьмой входы подаются соответственно двоичные сигналы  и , которые задают подлежащие обработке четырехразрядные двоичные числа , , причем  и  определяют значения старших и младших разрядов соответственно. Поскольку наборы 00 и 11 значений сигналов  (),  являются равноценными для элементов 1, 2, достаточно рассмотреть функционирование предлагаемого вычитателя для следующих наборов значений этих сигналов: 00, 01, 10. В представленной ниже таблице приведены значения выходных сигналов  предлагаемого вычитателя, полученные с учетом работы его элементов для всех возможных комбинаций указанных наборов.
<maths num="27"><img file="00000023.jpg" he="7" wi="12" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths>
<maths num="28"><img file="00000024.jpg" he="7" wi="12" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths>
<maths num="29"><img file="00000025.jpg" he="7" wi="10" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths>
<maths num="30"><img file="00000026.jpg" he="7" wi="12" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths>
<maths num="31"><img file="00000027.jpg" he="7" wi="22" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths>
<maths num="32"><img file="00000023.jpg" he="7" wi="12" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths>
<maths num="33"><img file="00000024.jpg" he="7" wi="12" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths>
<maths num="34"><img file="00000025.jpg" he="7" wi="10" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths>
<maths num="35"><img file="00000026.jpg" he="7" wi="12" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths>
<maths num="36"><img file="00000027.jpg" he="7" wi="22" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths>
00
00
00
00
00000
01
01
10
00
10110
00
00
00
01
11111
01
01
10
01
10101
00
00
00
10
00001
01
01
10
10
10111
00
00
01
00
11110
01
10
00
00
11100
00
00
01
01
11101
01
10
00
01
11011
00
00
01
10
11111
01
10
00
10
11101
00
00
10
00
00010
01
10
01
00
11010
00
00
10
01
00001
01
10
01
01
11001
00
00
10
10
00011
01
10
01
10
11011
00
01
00
00
11100
01
10
10
00
11110
00
01
00
01
11011
01
10
10
01
11101
00
01
00
10
11101
01
10
10
10
11111
00
01
01
00
11010
10
00
00
00
01000
00
01
01
01
11001
10
00
00
01
00111
00
01
01
10
11011
10
00
00
10
01001
00
01
10
00
11110
10
00
01
00
00110
00
01
10
01
11101
10
00
01
01
00101
00
01
10
10
11111
10
00
01
10
00111
00
10
00
00
00100
10
00
10
00
01010
00
10
00
01
00011
10
00
10
01
01001
00
10
00
10
00101
10
00
10
10
01011
00
10
01
00
00010
10
01
00
00
00100
00
10
01
01
00001
10
01
00
01
00011
00
10
01
10
00011
10
01
00
10
00101
00
10
10
00
00110
10
01
01
00
00010
00
10
10
01
00101
10
01
01
01
00001
00
10
10
10
00111
10
01
01
10
00011
01
00
00
00
11000
10
01
10
00
00110
01
00
00
01
10111
10
01
10
01
00101
01
00
00
10
11001
10
01
10
10
00111
01
00
01
00
10110
10
10
00
00
01100
01
00
01
01
10101
10
10
00
01
01011
01
00
01
10
10111
10
10
00
10
01101
01
00
10
00
11010
10
10
01
00
01010
01
00
10
01
11001
10
10
01
01
01001
01
00
10
10
11011
10
10
01
10
01011
01
01
00
00
10100
10
10
10
00
01110
01
01
00
01
10011
10
10
10
01
01101
01
01
00
10
10101
10
10
10
10
01111
01
01
01
00
10010
01
01
01
01
10001
01
01
01
10
10011
D
Согласно представленной таблице имеем , где  - четырехразрядное двоичное число, задаваемое двоичными сигналами  ( и  определяют значения старшего и младшего разрядов соответственно), причем если число  является положительным либо , то , если отрицательным, то  и оно представлено в дополнительном коде.
Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод, что предлагаемый двоичный вычитатель обладает более широкими по сравнению с прототипом функциональными возможностями, так как формирует двоичный код разности двух четырехразрядных двоичных чисел, задаваемых двоичными сигналами, и бит, определяющий ее знак.