RU2762061C1 - Binary number comparator - Google Patents
Binary number comparator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2762061C1 RU2762061C1 RU2021104292A RU2021104292A RU2762061C1 RU 2762061 C1 RU2762061 C1 RU 2762061C1 RU 2021104292 A RU2021104292 A RU 2021104292A RU 2021104292 A RU2021104292 A RU 2021104292A RU 2762061 C1 RU2762061 C1 RU 2762061C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mos
- gates
- block
- region
- drains
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B1/00—Comparing elements, i.e. elements for effecting comparison directly or indirectly between a desired value and existing or anticipated values
- G05B1/01—Comparing elements, i.e. elements for effecting comparison directly or indirectly between a desired value and existing or anticipated values electric
- G05B1/03—Comparing elements, i.e. elements for effecting comparison directly or indirectly between a desired value and existing or anticipated values electric for comparing digital signals
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F7/00—Methods or arrangements for processing data by operating upon the order or content of the data handled
- G06F7/02—Comparing digital values
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
- H03K19/02—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
- H03K19/08—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
- H03K19/094—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors
- H03K19/0944—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using MOSFET or insulated gate field-effect transistors, i.e. IGFET
- H03K19/0948—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using MOSFET or insulated gate field-effect transistors, i.e. IGFET using CMOS or complementary insulated gate field-effect transistors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Logic Circuits (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электронике и предназначено для использования в интегральных микросхемах счетных и управляющих устройств на комплементарных полевых транзисторах структуры металл-окисел-полупроводник (КМОП).The invention relates to electronics and is intended for use in integrated microcircuits of counting and control devices on complementary field-effect transistors of the metal-oxide-semiconductor (CMOS) structure.
Известны компараторы двоичных чисел произвольной разрядности. См., например, патент РФ №2300132 МПК G06F 7/02 и G05B 1/03, опубликованный 27 мая 2007 г. [1]. Подобные устройства последовательно объединяют результаты сравнения пар разрядов чисел следующих в определенном порядке степеней, что снижает быстродействие.Known comparators of binary numbers of arbitrary width. See, for example, RF patent No. 2300132 IPC G06F 7/02 and G05B 1/03, published on May 27, 2007 [1]. Such devices sequentially combine the results of comparing pairs of digits of numbers following in a certain order of powers, which reduces performance.
Этот недостаток устранен в устройстве, описанном в патенте РФ на полезную модель №189024 МПК G06F 7/02, H03K 5/22, G05B 1/03, опубликованном 06 мая 2019 г. [2]. По своей технической сущности оно наиболее близко заявляемому изобретению.This drawback is eliminated in the device described in the RF patent for utility model No. 189024 IPC G06F 7/02, H03K 5/22, G05B 1/03, published on May 06, 2019 [2]. In its technical essence, it is the closest to the claimed invention.
Наиболее близкий аналог содержит блоки сравнения разрядов и блоки объединения результатов частичных сравнений, образующих древовидную цепь, состоящую из нескольких каскадов, число которых К равно округленному до ближайшего большего целого значению логарифма по основанию два от разрядности сравниваемых чисел N, то есть The closest analogue contains blocks for comparing digits and blocks for combining the results of partial comparisons, forming a tree-like chain, consisting of several cascades, the number of which K is equal to the rounded down to the nearest larger integer value of the logarithm to base two of the digit capacity of the compared numbers N, that is
Выходы блока объединения результатов частичных сравнений последнего каскада являются выходами устройства для сигналов превышения первого числа вторым и второго числа первым, а также подключены ко входам логического элемента 2ИЛИ-НЕ формирователя сигнала признака равенства чисел.The outputs of the unit for combining the results of partial comparisons of the last stage are the outputs of the device for signals of exceeding the first number by the second and second numbers first, and are also connected to the inputs of the logic element 2OR-NOT of the signal generator of the sign of equality of numbers.
Блоки сравнения разрядов и блоки объединения результатов частичных сравнений тоже выполнены на логических элементах 2ИЛИ-НЕ, которые объединены в двухкаскадные последовательные цепи, что снижает быстродействие блоков и устройства в целом.Comparison units of the digits and units for combining the results of partial comparisons are also made on logical elements 2OR-NOT, which are combined into two-stage serial circuits, which reduces the speed of the units and the device as a whole.
Технический результат изобретения, заключающийся в устранении данного недостатка, достигается тем, что в компаратор двоичных чисел, содержащий блоки сравнения разрядов в количестве, равном разрядности чисел N, каждый блок сравнения разрядов состоит из первого элемента и второго, третьего элементов, первые входы которых подключены к выходу первого элемента, а выходы соответственно являются первым, вторым выходами блока, вход первого элемента и второй вход второго элемента соответственно являются первым и вторым входами блока, третий элемент является логическим элементом 2ИЛИ-НЕ, блоки объединения результатов частичных сравнений, каждый из которых имеет с первого по четвертый входы и состоит из первого и второго элементов, выходы которых соответственно являются вторым и первым выходами блока, формирователь сигнала признака равенства чисел на логическом элементе 2ИЛИ-НЕ, выход которого являются выходом устройства для сигнала равенства сравниваемых чисел - А=В, количество блоков объединения результатов частичных сравнений равно N - 1, они образуют древовидную цепь, состоящую из нескольких каскадов, число которых К, равно округленному до ближайшего большего целого значению логарифма по основанию два от N, то есть у блоков объединения результатов частичных сравнений, составляющих первый каскад, первые, вторые и третьи, четвертые входы соответственно подключены к первым, вторым выходам блоков сравнения разрядов четных и нечетных номеров, следующих в порядке возрастания от 0 до N - 1, если N - четно, или до N - 2, если N - нечетно, в каждом следующем каскаде первые, вторые и третьи, четвертые входы блоков объединения результатов частичных сравнений подключены к первым, вторым выходам аналогичных блоков предыдущего каскада в порядке возрастания номеров соответствующих им разрядов сравниваемых чисел, если в предыдущих каскадах отсутствуют связи выходов блока сравнения разрядов и блока объединения результатов частичных сравнений или двух блоков объединения результатов частичных сравнений, первые, вторые выходы этих блоков в порядке возрастания номеров соответствующих разрядов сравниваемых чисел подключены к первому, второму и третьему, четвертому входам последнего по порядку блока объединения результатов частичных сравнений данного каскада, второй выход блока объединения результатов частичных сравнений последнего К-го каскада является выходом устройства для сигнала превышения второго числа первым - А>В и подключен ко второму входу элемента 2ИЛИ-НЕ формирователя сигнала признака равенства чисел, внесены следующие отличия.The technical result of the invention, which consists in eliminating this drawback, is achieved by the fact that in a binary number comparator containing bit comparison blocks in an amount equal to the digit capacity of numbers N, each bit comparison block consists of a first element and a second, third element, the first inputs of which are connected to the output of the first element, and the outputs, respectively, are the first, second outputs of the block, the input of the first element and the second input of the second element, respectively, are the first and second inputs of the block, the third element is a logical element 2 OR-NOT, blocks for combining the results of partial comparisons, each of which has the first to the fourth inputs and consists of the first and second elements, the outputs of which are respectively the second and first outputs of the block, the generator of the signal of the sign of equality of numbers on the logical element 2OR-NOT, the output of which is the output of the device for the signal of equality of the compared numbers - A = B, the number combining units i results of partial comparisons are equal to N - 1, they form a tree-like chain, consisting of several cascades, the number of which K is equal to the rounded up to the nearest larger integer value of the logarithm base two from N, that is in the blocks for combining the results of partial comparisons that make up the first stage, the first, second and third, fourth inputs are respectively connected to the first, second outputs of the blocks for comparing the digits of even and odd numbers, following in ascending order from 0 to N - 1, if N is even, or up to N - 2, if N is odd, in each next cascade the first, second and third, fourth inputs of the blocks for combining the results of partial comparisons are connected to the first, second outputs of similar blocks of the previous cascade in ascending order of the numbers of the corresponding digits of the compared numbers, if in previous stages there are no connections between the outputs of the digit comparison unit and the unit for combining the results of partial comparisons or two blocks for combining the results of partial comparisons, the first and second outputs of these blocks in ascending order of the numbers of the corresponding digits of the compared numbers are connected to the first, second and third, fourth inputs of the last block in order combining the results At the partial comparisons of this cascade, the second output of the unit for combining the results of partial comparisons of the last K-th cascade is the output of the device for the signal when the second number is exceeded first - A> B and is connected to the second input of the 2OR-NOT element of the signal generator of the sign of equality of numbers, the following differences are introduced.
Первый и второй элементы каждого блока сравнения разрядов устройства соответственно являются инвертором и логическим элементом 2И-НЕ, второй вход которого соединен со вторым входом логического элемента 2ИЛИ-НЕ.The first and second elements of each unit for comparing the device bits are respectively an inverter and a 2NOR logic element, the second input of which is connected to the second input of a 2ORNO logic element.
В каждом блоке объединения результатов частичных сравнений оба элемента выполняют логическую функцию трех переменных X, Y, Z, единичные значения которой соответствуют выражению а нулевые значения - входы переменных Y первого и второго элементов соответственно являются первым и вторым входами блока, входы переменных Z и X - соответственно соединены и являются третьим и четвертым входами блока.In each block for combining the results of partial comparisons, both elements perform a logical function of three variables X, Y, Z, the unit values of which correspond to the expression and zero values - inputs of Y variables of the first and second elements respectively, they are the first and second inputs of the block, the inputs of the variables Z and X are respectively connected and are the third and fourth inputs of the block.
Формирователь сигнала признака равенства чисел дополнительно содержит инвертор, вход которого подключен к первому выходу блока объединения результатов частичных сравнений последнего К-го каскада, а выход - к первому входу элемента 2ИЛИ-НЕ и является выходом устройства для сигнала превышения первого числа вторым - А<В.The generator of the signal of the sign of equality of numbers additionally contains an inverter, the input of which is connected to the first output of the unit for combining the results of partial comparisons of the last K-th stage, and the output to the first input of the element 2 OR-NOT and is the output of the device for the signal when the first number is exceeded by the second - A <B ...
Входы каждого блока сравнения разрядов подключены к паре входов разрядов а, и b, сравниваемых чисел А и В соответствующего порядка i=0, 1, … N - 1, причем, если в цепи распространения выходных сигналов данного блока до выходов устройства содержится четное количество последовательно подключенных блоков объединения результатов частичных сравнений, первый и второй входы блока соответственно подключены ко входам ai и bi, а если нечетное -, то ко входам bi и ai.The inputs of each block for comparing the digits are connected to a pair of inputs of digits a, and b, the compared numbers A and B of the corresponding order i = 0, 1, ... N - 1, moreover, if an even number of sequential connected blocks combining the results of partial comparisons, the first and second inputs of the block are respectively connected to the inputs a i and b i , and if odd, then to the inputs b i and a i .
Блоки сравнения разрядов имеют два варианта выполнения, в каждом из них блок содержит с первого по пятый МОП-транзисторы обогащенного типа с индуцированными каналами р-типа и с первого по пятый МОП-транзисторы обогащенного типа с индуцированными каналами n-типа, истоки с первого по четвертый р-МОП-транзисторов подключены к шине положительного напряжения питания, а истоки первого и с третьего по пятый n-МОП-транзисторов - к шине нулевого потенциала, затворы первых р- и n-МОП-транзисторов соединены и являются первым входом блока, сток четвертого р-МОП-транзистора соединен с истоком пятого р-МОП-транзистора, а исток второго n-МОП-транзистора - со стоком третьего n-МОП-транзистора, стоки второго, третьего р-МОП- и второго n-МОП-транзисторов соединены с первым выходом блока, стоки пятого р-МОП- и четвертого, пятого n-МОП-транзисторов соединены со вторым выходом блока.The discharge comparison units have two variants of execution, in each of them the unit contains from the first to the fifth MOS transistors of the enriched type with induced p-type channels and from the first to the fifth MOS transistors of the enriched type with induced n-type channels, the sources from the first to the fourth p-MOS transistors are connected to the positive supply voltage bus, and the sources of the first and third to fifth n-MOS transistors are connected to the zero potential bus, the gates of the first p- and n-MOS transistors are connected and are the first input of the block, the drain the fourth p-MOS transistor is connected to the source of the fifth p-MOS transistor, and the source of the second n-MOS transistor is connected to the drain of the third n-MOS transistor, the drains of the second, third p-MOS and second n-MOS transistors are connected with the first output of the block, the drains of the fifth p-MOS- and fourth, fifth n-MOS transistors are connected to the second output of the block.
В первом варианте выполнения блока сравнения разрядов затворы второго, четвертого р-МОП- и третьего, четвертого n-МОП-транзисторов соединены и являются вторым входом блока, а затворы третьего, пятого р-МОП- и второго, пятого n-МОП-транзисторов соединены и подключены к стокам первых р- и n-МОП-транзисторов.In the first embodiment of the block for comparing the discharges, the gates of the second, fourth p-MOS and third, fourth n-MOS transistors are connected and are the second input of the unit, and the gates of the third, fifth p-MOS and second, fifth n-MOS transistors are connected and connected to the drains of the first p- and n-MOS transistors.
Во втором варианте выполнения блока сравнения разрядов затворы второго, четвертого р-МОП- и третьего, четвертого n-МОП-транзисторов соединены и подключены к стокам первых р- и n-МОП-транзисторов, а затворы третьего, пятого р-МОП- и второго, пятого n-МОП-транзисторов соединены и являются вторым входом блока,In the second version of the discharge comparison unit, the gates of the second, fourth p-MOS- and third, fourth n-MOS transistors are connected and connected to the drains of the first p- and n-MOS transistors, and the gates of the third, fifth p-MOS and second , the fifth n-MOS transistors are connected and are the second input of the block,
Каждый элемент, выполняющий функцию, единичные значения которой соответствуют выражению а нулевые значения - выражению содержит первые, вторые и третьи МОП-транзисторы обогащенного типа с индуцированными каналами р- и n-типов проводимости, затворы которых попарно соединены и соответственно являются входами сигналов X, Y и Z, истоки первых и третьих р- и n-МОП-транзисторов соответственно подключены к шинам положительного напряжения питания и нулевого потенциала, стоки первого р-МОП- и третьего n-МОП-транзисторов соответственно соединены с истоками вторых р- и n-МОП-транзисторов, стоки которых и стоки третьего р-МОП- и первого n-МОП-транзисторов соединены с выходом элемента.Each element that performs a function whose single values correspond to the expression and zero values - to the expression contains the first, second and third enriched-type MOS transistors with induced channels of p- and n-types of conductivity, the gates of which are connected in pairs and, respectively, are the inputs of signals X, Y and Z, the sources of the first and third p- and n-MOS transistors, respectively connected to the buses of positive supply voltage and zero potential, the drains of the first p-MOS- and third n-MOS transistors, respectively, are connected to the sources of the second p- and n-MOS transistors, the drains of which and the drains of the third p-MOS- and the first n- MOS transistors are connected to the output of the element.
Каждый блок сравнения разрядов обоих вариантов конструктивно выполнен в виде первой и второй смежных продольными сторонами областей МОП-структур р-типа и примыкающих к ним продольными сторонами также смежных первой и второй областей МОП-структур n-типа, поперек первых областей р- и n-МОП-структур проходит первая полоска затворов, соединенная с первым входом блока, поперек всех четырех областей, проходят вторая полоска затворов, соединенная с крайними со стороны первой полоски затворов р- и n-областями истоков-стоков первых областей р- и n-МОП-структур, и третья полоска затворов, соединенная со вторым входом блока, в отделенных первой полоской затворов частях первых областях р- и n-МОП-структур и во вторых областях р- и n-МОП-структур вторая и третья полоски затворов выделяют по три области истоков-стоков соответствующих типов.Each block for comparison of the discharges of both variants is structurally made in the form of the first and second regions of the p-type MOS structures adjacent to the longitudinal sides and the adjacent longitudinal sides of the also adjacent first and second regions of the n-type MOS structures, across the first regions of the p- and n- The first strip of gates passes through the MOS structures, connected to the first input of the block, across all four regions, the second strip of gates runs, connected to the p- and n-source-drain regions of the first p- and n-MOS- structures, and the third strip of gates, connected to the second input of the block, in the parts of the first regions of p- and n-MOS structures separated by the first strip of gates and in the second regions of p- and n-MOS structures, the second and third strips of gates each separate three regions sources and sinks of the corresponding types.
В первом варианте выполнения блока сравнения разрядов первые области р- и n-МОП-структур расположены по краям блока, а вторые области р- и n-МОП-структур примыкают друг к другу, р-область истоков-стоков между первой и второй полосками затворов первой области р-МОП-структур и крайние со стороны третьей полоски затворов р-области истоков-стоков обеих областей р-МОП-структур подключены к шине положительного напряжения питания, n-область истоков-стоков между первой и второй полосками затворов первой области n-МОП-структур и крайние со стороны третьей полоски затворов n-области истоков-стоков обеих областей n-МОП-структур подключены к шине нулевого потенциала, р-область истоков-стоков первой области р-МОП-структур между второй и третьей полосками затворов и крайняя со стороны второй полоски затворов n-область истока-стока второй области n-МОП-структур соединены с первым выходом блока, n-область истоков-стоков первой области n-МОП-структур между второй и третьей полосками затворов и крайняя со стороны второй полоски затворов р-область истока-стока второй области р-МОП-структур соединены со вторым выходом блока.In the first embodiment of the discharge comparison unit, the first regions of the p- and n-MOS structures are located at the edges of the block, and the second regions of the p- and n-MOS structures are adjacent to each other, the p-region of the sources-drains between the first and second strips of gates of the first region of p-MOS structures and the outermost p-regions of the sources-drains of both regions of the r-MOS structures from the side of the third strip of gates are connected to the bus of positive supply voltage, the n-region of sources-drains between the first and second strips of gates of the first region n- MOS structures and the n-region of the sources-drains of both regions of the n-MOS structures from the side of the third strip of gates are connected to the zero potential bus, the p-region of the sources-drains of the first region of the p-MOS structures between the second and third strips of gates and the extreme from the side of the second strip of gates, the n-region of the source-drain of the second region of n-MOS structures are connected to the first output of the block, the n-region of the sources-drains of the first region of n-MOS structures between the second and third strips of gates and the extreme from the side of the second strip of gates, the p-area of the source-drain of the second area of the p-MOS structures are connected to the second output of the block.
Во втором варианте выполнения блока сравнения разрядов первые области р- и n-МОП-структур примыкают друг к другу, а вторые области р- и n-МОП-структур расположены по краям блока, р-область истоков-стоков между первой и второй полосками затворов первой области р-МОП-структур и крайние р-области истоков-стоков второй области р-МОП-структур подключены к шине положительного напряжения питания, n-область истоков-стоков между первой и второй полосками затворов первой области n-МОП-структур и крайние n-области истоков-стоков второй области n-МОП-структур подключены к шине нулевого потенциала, р-область истоков-стоков второй области р-МОП-структур между второй и третьей полосками затворов и крайняя со стороны третьей полоски затворов n-область истока-стока первой области n-МОП-структур соединены с первым выходом блока, n-область истоков-стоков второй области n-МОП-структур между второй и третьей полосками затворов и крайняя со стороны третьей полоски затворов р-область истока-стока первой области р-МОП-структур соединены со вторым выходом блока.In the second version of the discharge comparison unit, the first regions of the p- and n-MOS structures are adjacent to each other, and the second regions of the p- and n-MOS structures are located at the edges of the block, the p-source-drain region between the first and second strips of gates the first region of p-MOS structures and the extreme p-regions of the sources-drains of the second region of p-MOS structures are connected to the bus of positive supply voltage, the n-region of the sources-drains between the first and second strips of gates of the first region of n-MOS structures and the extreme The n-region of the sources-drains of the second region of n-MOS structures are connected to the zero potential bus, the p-region of the sources-drains of the second region of the r-MOS structures between the second and third strips of gates and the n-region of the source, which is extreme from the side of the third strip of gates. drain of the first region of n-MOS structures are connected to the first output of the block, the n-region of sources-drains of the second region of n-MOS structures between the second and third strips of gates and the p-region of the source-drain of the first region ST p-MOS structures are connected to the second output of the block.
Количества блоков сравнения разрядов, выполненных по первому и по второму вариантам, различаются не более, чем на один.The numbers of comparison units of digits, made according to the first and second options, differ by no more than one.
Каждый элемент, выполняющий функцию, единичные значения которой соответствуют выражению а нулевые значения - выражению конструктивно выполнен в виде двух смежных продольными сторонами областей МОП-структур р- и n-типов проводимости, пересеченных поперек тремя общими полосками затворов, разделяющими МОП-структуры на области истоков-стоков соответствующих типов проводимости, первая-третья полоски затворов по порядку соединены со входами сигналов X, Y и Z, крайние р- и n-области истоков-стоков соответственно подключены к шинам положительного напряжения питания и нулевого потенциала, а области истоков-стоков р-типа между второй и третьей полосками затворов и n-типа между первой и второй полосками затворов соединены с выходом элемента.Each element that performs a function whose single values correspond to the expression and zero values - to the expression Structurally made in the form of two adjacent longitudinal sides of the regions of MOS structures of p- and n-types of conductivity, crossed across by three common strips of gates, dividing the MOS structures into regions of sources-drains of the corresponding types of conductivity, the first-third strips of gates are connected in order to the inputs signals X, Y and Z, the extreme p- and n-areas of the sources-drains are respectively connected to the buses of the positive supply voltage and zero potential, and the areas of the sources-drains of the p-type between the second and third strips of gates and n-type between the first and second strips of gates are connected to the outlet of the element.
Указанное выполнение компаратора двоичных чисел позволяет сократить число элементов в блоках сравнения разрядов и в блоках объединения результатов частичных сравнений, а за счет этого уменьшить количество последовательно включенных каскадов логических элементов в цепях распространения сигналов от входов устройства до выходов, предлагаемая схемотехническая реализация элементов устройства на комплементарных МОП-транзисторах дает возможность применения определенных конструктивных решений элементов, обеспечивающих высокую плотность упаковки компаратора двоичных чисел в интегральном исполнении и снижение паразитных емкостей.The specified implementation of the comparator of binary numbers allows you to reduce the number of elements in the units for comparing the digits and in the units for combining the results of partial comparisons, and due to this, to reduce the number of sequentially connected stages of logic elements in the signal propagation circuits from the inputs of the device to the outputs, the proposed circuit implementation of the elements of the device on complementary MOS -transistors makes it possible to use certain design solutions of elements that provide a high packing density of the comparator of binary numbers in an integral design and a decrease in parasitic capacitances.
Отличительными признаками изобретения являются схемотехническое, конструктивное выполнение функциональных узлов устройства и их связи.Distinctive features of the invention are circuitry, structural implementation of functional units of the device and their connections.
Изобретение поясняют чертежи, фиг. 1, 2, 3 и 4 представляют функциональные электрические схемы компараторов двоичных чисел разрядностью 4, 5, 6 и 7 соответственно, на фиг. 5, 6 и 9 изображены принципиальные электрические схемы соответственно блоков сравнения разрядов первого, второго вариантов исполнения и элемента, выполняющего функцию, единичные значения которой соответствуют выражению а нулевые значения - примененного в блоках объединения результатов частичных сравнений, на фиг. 7, 8 и 10 - схемы конструктивного выполнения этих блоков и элемента, фиг. 11 и 12 демонстрируют возможности объединения р- и n-МОП-структур элементов и блоков сравнения разрядов устройства.The invention is illustrated by drawings, Fig. 1, 2, 3 and 4 represent the functional electrical diagrams of the comparators of binary numbers with a width of 4, 5, 6 and 7, respectively, in FIG. 5, 6 and 9 show the schematic electrical diagrams, respectively, of the units for comparing the digits of the first, second versions and an element performing a function, the unit values of which correspond to the expression and zero values - applied in the units for combining the results of partial comparisons, in FIG. 7, 8 and 10 are diagrams of constructive execution of these blocks and element, FIG. 11 and 12 demonstrate the possibilities of combining p- and n-MOS structures of elements and units for comparing the device discharges.
Компаратор двоичных чисел содержит блоки 1-0, … 1-6 сравнения разрядов в количестве, равном разрядности чисел N, в приведенных примерах принимающей значения 4, 5, 6 и 7. Блоки 2-0, 2-1, 2-2, 3-0, 3-1 и 4 объединения результатов частичных сравнений, количество которых равно N - 1, образуют древовидную цепь из нескольких каскадов, число которых К равно округленному до ближайшего большего целого значению логарифма по основанию два от N, то есть К=2 при N=4, а при N=5, 6 и 7 К=3.The comparator of binary numbers contains blocks 1-0, ... 1-6 for comparing digits in an amount equal to the number of digits N, in the examples given, taking
Каждый блок 1-0, … 1-7 сравнения разрядов состоит из первого элемента 5 - инвертора, второго и третьего элементов 6 и 7 с логическими функциями 2И-НЕ и 2ИЛИ-НЕ соответственно. Вход инвертора 5 является первым входом блока для переменной и. Первые входы элементов 6 и 7 подключены к выходу элемента 5, вторые входы соединены и являются вторым входом блока для переменной v, а выходы являются первым и вторым выходами блока сравнения разрядов, соответствующими логическим функциям и от входных переменных.Each block 1-0, ... 1-7 of the comparison of the digits consists of the first element 5 - the inverter, the second and
Каждый блок объединения результатов частичных сравнений имеет первый, второй и третий, четвертый входы u0, v0 и u1, v1, он состоит из первого и второго элементов 8 и 9, выполняющих логическую функцию трех переменных X, Y, Z, единичные значения которой соответствуют выражению а нулевые значения - выражению входы переменных Y элементов 8 и 9 соответственно являются первым и вторым входами u0 и v0 блока, входы переменных Z и X обоих элементов 8 и 9 соответственно соединены и являются третьим и четвертым входами u1 и v1 блока, выходы элементов 8 и 9 соответственно являются вторым и первым выходами блока, выходные сигналы которых соответствуют инверсиям функций u1⋅u0+v1 и u1⋅v0+v1.Each block for combining the results of partial comparisons has the first, second and third, fourth inputs u 0 , v 0 and u 1 , v 1 , it consists of the first and
В схемах компараторов 4-, 5-, 6- и 7-разрядных двоичных чисел на фиг.1, 2, 3 и 4 у блоков 2-0, 2-1 и 2-2 объединения результатов частичных сравнений, составляющих первые каскады, первые и вторые входы u0 и v0 соответственно подключены к первым и вторым выходам блоков 1-0, 1-2, 1-4, 1-6, сравнивающих разряды а0 и b0, а2 и b2, а4 и b4, а6 и b6 с четными номерами, а третьи и четвертые входы u1 и v1 - к первым и вторым выходам блоков 1-1, 1-3, 1-5, сравнивающих разряды a1 и b1, а3 и b3, а5 и b5 с нечетными номерами.In the circuits of the comparators of 4-, 5-, 6- and 7-bit binary numbers in Figs. 1, 2, 3 and 4, the blocks 2-0, 2-1 and 2-2 of combining the results of partial comparisons constituting the first stages, the first and the second inputs u 0 and v 0 are respectively connected to the first and second outputs of blocks 1-0, 1-2, 1-4, 1-6, comparing the digits a 0 and b 0 , a 2 and b 2 , a 4 and b 4 , a 6 and b 6 with even numbers, and the third and fourth inputs u 1 and v 1 - to the first and second outputs of blocks 1-1, 1-3, 1-5, comparing the digits a 1 and b 1 , a 3 and b 3 , a 5 and b 5 with odd numbers.
Во вторых каскадах первые и вторые входы u0 и v0 блоков 3-0 и 3-1 объединения результатов частичных сравнений подключены к первым и вторым выходам блоков 2-0 и 2-2 первого каскада, третьи и четвертые входы u1 и v1 у блока 3-0 в каждой схеме соединены с первым и вторым выходами блока 2-1, а у блока 3-1 на фиг. 4 - с первым и вторым выходами блока 1-6, который не имеет пары и. поэтому, не связан с блоками объединения результатов частичных сравнений первого каскада. В аналогичном положении оказался блок 1-4 на фиг. 2, пару с его выходами смогли образовать только выходы блока 3-0, составляющего второй каскад объединения результатов частичных сравнений.In the second stages, the first and second inputs u 0 and v 0 of blocks 3-0 and 3-1 of combining the results of partial comparisons are connected to the first and second outputs of blocks 2-0 and 2-2 of the first stage, the third and fourth inputs u 1 and v 1 block 3-0 in each circuit are connected to the first and second outputs of block 2-1, and block 3-1 in FIG. 4 - with the first and second outputs of the block 1-6, which does not have a pair and. therefore, it is not associated with the blocks of combining the results of partial comparisons of the first stage. Block 1-4 in FIG. 2, only the outputs of block 3-0, which constitutes the second stage of combining the results of partial comparisons, could form a pair with its outputs.
Последние каскады объединения результатов частичных сравнений в схеме на фиг. 1 образует блок 3-0, а на фиг.2, 3 и 4 -блоки 4. Вторые выходы блока 3-0 на фиг.1 и блоков 4 на фиг.2, 3 и 4 являются выходами устройств для сигналов превышения второго числа первым - А>В.The last stages of combining the results of partial comparisons in the circuit in FIG. 1 forms a block 3-0, and in FIGS. 2, 3 and 4 -
Формирователь сигнала признака равенства чисел состоит из инвертора 10 и логического элемента 11 с функцией 2ИЛИ-НЕ. Вход инвертора 10 подключен к первым выходу блока 3-0 в схеме на фиг. 1 или блока 4 в схемах на фиг. 2, 3 и 4. Выход инвертора 10 соединен с первым входом элемента 11 и является выходом каждого устройства для сигнала превышения первого числа вторым - А<В. Второй вход элемента 11 подключен ко второму выходу блока 3-0 или 4, а выход являются выходом устройства для сигнала равенства сравниваемых чисел - А=В во всех приведенных примерах.The generator of the signal of the sign of equality of numbers consists of an
Входы каждого блока 1-0, … 1-6 сравнения разрядов подключены к паре входов разрядов ai и bi первого и второго чисел А и В соответствующего порядка i=0, 1, … 6, причем, если в цепи распространения выходных сигналов данного блока 1-0, … 1-6 до выходов устройства содержится четное количество последовательно подключенных блоков 2-0, 2-1, 2-2, 3-0, 3-1, 4 объединения результатов частичных сравнений, первый и второй входы этого блока 1-0, … 1-6 сравнения разрядов соответственно подключены ко входам ai и bi, а если нечетное -, то ко входам bi и ai.The inputs of each block 1-0, ... 1-6 of the comparison of digits are connected to a pair of inputs of digits a i and b i of the first and second numbers A and B of the corresponding order i = 0, 1, ... block 1-0, ... 1-6 before the outputs of the device contains an even number of serially connected blocks 2-0, 2-1, 2-2, 3-0, 3-1, 4 combining the results of partial comparisons, the first and second inputs of this block 1-0, ... 1-6 comparison of the digits are respectively connected to the inputs a i and b i , and if odd - then to the inputs b i and a i .
Так, в схеме фиг.1 выходные сигналы всех блоков 1-0, … 1-3 проходят до выходов по цепям из двух последовательно включенных блоков 2-0 - 3-0 или 2-1 - 3-0 и у всех блоков 1-0, … 1-3 первые и вторые входы u и v соответственно подключены ко входам разрядов а0 и b0, a1 и b1, а2 и b2, а3 и b3 первого и второго чисел А и В.So, in the scheme of Fig. 1, the output signals of all blocks 1-0, ... 1-3 pass to the outputs along the circuits from two series-connected blocks 2-0 - 3-0 or 2-1 - 3-0 and for all blocks 1- 0, ... 1-3, the first and second inputs u and v are respectively connected to the inputs of the digits a 0 and b 0 , a 1 and b 1 , a 2 and b 2 , and 3 and b 3 of the first and second numbers A and B.
В схемах фиг.2 и 3 и 4 выходные сигналы блоков 1-0, … 1-3 проходят по три каскада блоков 2-0 - 3-0 - 4 или 2-1 - 3-0 - 4, входы u и v блоков 1-0, … 1-3 соответственно подключены ко входам разрядов b0 и а0, b1 и а1, b2 и а2, b3 и а3 второго и первого чисел В и А.In the diagrams of Figs. 2 and 3 and 4, the output signals of blocks 1-0, ... 1-3 pass through three stages of blocks 2-0 - 3-0 - 4 or 2-1 - 3-0 - 4, inputs u and v of blocks 1-0, ... 1-3 are respectively connected to the inputs of the digits b 0 and a 0 , b 1 and a 1 , b 2 and a 2 , b 3 and a 3 of the second and first numbers B and A.
У блока 1-4 на фиг.2 входы u и v соответственно подключены ко входам разрядов b4 и а4, так как выходные сигналя блока 1-4 непосредственно поступают на входы u1 и v1 блока 4, составляющего последний каскад объединения результатов частичных сравнений.In block 1-4 in Fig. 2, the inputs u and v are respectively connected to the inputs of bits b 4 and a 4 , since the output signals of block 1-4 are directly fed to the inputs u 1 and v 1 of block 4, which constitutes the last stage of combining the results of partial comparisons.
Аналогично, ко входам b4 и а4, b5 и а5 подключены входы u и v блоков 1-4,1-5 на фиг. 4, выходные сигналы которых проходят последовательные цепи из трех каскадов блоков 2-2 - 3-1 - 4.Similarly, to the inputs b 4 and a 4 , b 5 and a 5 , the inputs u and v of blocks 1-4,1-5 in FIG. 4, the output signals of which pass sequential circuits from three stages of blocks 2-2 - 3-1 - 4.
Блоки 1-4, 1-5 на фиг. 3 и 1-6 на фиг. 4 связаны с выходами устройства цепями из четного числа каскадов блоков объединения результатов частичных сравнений. На фиг. 3 они состоят из блоков 2-2 и 4, а на фиг. 4 - из блоков 3-1 и 4. Поэтому, входы u и v блоков 1-4, 1-5 на фиг. 3 и блока 1-6 на фиг. 4 соответственно подключены ко входам разрядов а4 и b4, а5 и b5, а6 и b6 первого и второго чисел А и В.Blocks 1-4, 1-5 in Fig. 3 and 1-6 in FIG. 4 are connected to the outputs of the device by circuits from an even number of cascades of units for combining the results of partial comparisons. FIG. 3 they consist of blocks 2-2 and 4, and in FIG. 4 - from blocks 3-1 and 4. Therefore, the inputs u and v of blocks 1-4, 1-5 in FIG. 3 and block 1-6 in FIG. 4 are respectively connected to the inputs of digits a 4 and b 4 , a 5 and b 5 , and 6 and b 6 of the first and second numbers A and B.
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
Сравнение пар разрядов ai и bi одного порядка i чисел А и В производится согласно следующей таблице истинности.Comparison of pairs of digits a i and b i of the same order i of numbers A and B is made according to the following truth table.
Взаимосвязи соответствующих признакам сравнения логических выражений позволяет формировать только более простые сигналы, идентифицирующие неравенства разрядов, по которым можно получить сигнал равенства. Достаточно одной пары сигналов за исключением связанных отношением взаимной инверсии двух пар, соответствующих выражениям из колонок 3 и 4, 5 и 6.The interconnection of the logical expressions corresponding to the comparison criteria allows to form only simpler signals identifying the inequalities of the digits, according to which an equality signal can be obtained. One pair of signals is sufficient, except for two pairs related by the mutual inversion ratio, corresponding to the expressions from
Блоки 1-0, … 1-6 в зависимости от подключения входов u и v формируют на своих первых и вторых выходах и сигналы, соответствующие парам признаков из таблицы 1, занимающих колонки 3 и 6 или 4 и 5.Blocks 1-0, ... 1-6, depending on the connection of inputs u and v, form at their first and second outputs and signals corresponding to pairs of attributes from Table 1, occupying
Результаты сравнения одноразрядных частей сравниваемых чисел далее идут на входы u0, v0 и u1, v1 блоков 2-0, … 2-2 объединения результатов частичных сравнений, составляющих первый каскад, которые формируют из них результаты сравнения частей, содержащих по два разряда сравниваемых чисел 0-го и 1-го, 2-го и 3-го, 4-го и 5-го порядков.The results of the comparison of one-digit parts of the compared numbers then go to the inputs u 0 , v 0 and u 1 , v 1 of blocks 2-0, ... 2-2 combining the results of partial comparisons that make up the first cascade, which form from them the results of comparing parts containing two the category of the compared numbers of the 0th and 1st, 2nd and 3rd, 4th and 5th orders.
Часть первого числа из двух разрядов ai+1ai больше аналогичной части второго - bi+1bi, если старший разряд ai+1 больше, чем bi+1, а в случае равенства этих разрядов, если младший разряд ai первого числа превышает младший разряд bi второго. Аналогичным образом определяется превосходство части второго числа из разрядов bi+1bi.The part of the first number of two digits a i + 1 a i is greater than the analogous part of the second - b i + 1 b i , if the most significant bit a i + 1 is greater than b i + 1 , and if these digits are equal, if the least significant bit a i of the first number exceeds the least significant bit b i of the second. Similarly, the superiority of a part of the second number from the digits b i + 1 b i is determined.
Части чисел А и В, состоящие из разрядов последовательно убывающих порядков от i до j, в последующем тексте и на схемах обозначены соответственно как Ai-j и Bi-j, а логические выражения признаков их сравнения - как F(Ai-i>Bi-j), F(Ai-i<Bi-j), F(Ai-i>Bi-j), F(Ai-i<Bi-j). Аналогичным образом обозначены выражения признаков сравнения разрядов: F(ai>bi), F(ai<bi), F(ai≥bi), F(ai≤bi).Parts of the numbers A and B, consisting of the digits of sequentially decreasing orders from i to j, in the following text and on the diagrams are designated as A ij and B ij , respectively, and the logical expressions of the signs of their comparison - as F (A ii > B ij ), F (A ii <B ij ), F (A ii > B ij ), F (A ii <B ij ). Similarly designated expression discharges comparing attributes: F (a i> b i ), F (a i <b i), F (a i ≥b i), F (a i ≤b i).
Формулы (1) и (2) удается упростить, если ввести в скобки избыточные конъюнкции , и склеить с ними содержащиеся там члены по логическим формулам Formulas (1) and (2) can be simplified by introducing redundant conjunctions in parentheses , and glue the terms contained there with them by logical formulas
Инвертирование формул (3) и (4) позволяет получить простые логические выражения для остальных признаков неравенства.Inverting formulas (3) and (4) allows you to obtain simple logical expressions for the remaining signs of inequality.
Действия, соответствующие формулам (3) - (6), выполняют блоки 2-0, 2-1 и 2-2 объединения результатов частичных сравнений.Actions corresponding to formulas (3) - (6) are performed by blocks 2-0, 2-1 and 2-2 of combining the results of partial comparisons.
Содержащиеся в каждом блоке 2-0 и 2-1 в схеме фиг. 1 и в блоке 2-2 на фиг. 3 элементы 8 и 9 с функцией принимают на входы X, Y, Z сигналы признаков ai+1>bi+1, ai≥bi, ai+1≥bi+1 и ai+1>bi+1, ai>bi, ai+1≥bi+1, i=0, 2, 4, из которых элемент 8 формирует сигналContained in each block 2-0 and 2-1 in the circuit of FIG. 1 and block 2-2 in FIG. 3
который очевидно отвечает формуле (4), а элемент 9 - сигналwhich obviously corresponds to formula (4), and
отвечаующий формуле (5).corresponding to formula (5).
Элементы 8 и 9 с функцией в блоках 2-0 и 2-1 в схемах Фиг. 2, 3 и 4 и в блоке 2-2 на фиг. 4 имеют на входах X, Y, Z сигналы признаков ai+1<bi+1, ai≤bi, ai+1≤bi+1 и ai+1<bi+1, ai<bi, ai+1≤bi+1, i=0, 2, 4. Их выходные сигналы
иand
соответствуют формулам (3) и (6).correspond to formulas (3) and (6).
Формулы (3) - (6) применимы для объединения результатов сравнения любых частей, если признаки сравнения разрядов, заменить в них признаками сравнения частей из групп разрядов.Formulas (3) - (6) are applicable for combining the results of comparing any parts, if the signs of comparison of digits are replaced by signs of comparison of parts from groups of digits.
В общем виде при i1>j1, i2=j1 - 1>j2 формулы будут выглядеть так:In general, for i1> j1, i2 = j1 - 1> j2 the formulas will look like this:
Объединение результатов сравнения двухразрядных частей по этим формулам выполняют блоки 3-0 и 3-1.Combining the results of comparing the two-digit parts according to these formulas is performed by blocks 3-0 and 3-1.
В схеме Фиг. 1 блок 3-0 формирует сигналы по формуламIn the circuit of FIG. 1 block 3-0 generates signals according to the formulas
а в схемах Фиг. 2,3,4- по формуламand in the diagrams of FIG. 2,3,4- by formulas
Блок 3-1 в схеме фиг. 4 объединяет результаты сравнения частей разной разрядности, он работает по формуламBlock 3-1 in the circuit of FIG. 4 combines the results of comparing parts of different bit depth, it works according to the formulas
На Фиг. 1 блок 3-0 составляет последний каскад объединения результатов частичных сравнений, сигнал с его первого выхода, соответствующий формуле (7), через инвертор 10 поступает на выход устройства для сигналов превышения первого числа вторым - А<В, а второй выход в соответствии с формулой (8) непосредственно является выходом сигналов А>В.FIG. 1 block 3-0 makes up the last stage of combining the results of partial comparisons, the signal from its first output, corresponding to formula (7), through the
В остальных примерах выполнения компаратора двоичных чисел на Фиг. 2, 3 и 4 последний каскад объединения результатов частичных сравнений составляют блоки 4, они формируют конечные выражения признаков сравнения чисел по следующим формулам.In the remaining examples of the binary number comparator in FIG. 2, 3 and 4, the last cascade of combining the results of partial comparisons is made up of
На Фиг. 2FIG. 2
На фиг. 3FIG. 3
На фиг.4Figure 4
Сигналы признака А=В в данном устройстве формирует элемент 11 2ИЛИ-НЕ как конъюнкцию инверсий сигналов признаков превосходства А над В и В над А, так как оба этих признака могут быть одновременной ложными только в случае равенства чисел А и В.Signals of the sign A = B in this device are formed by
Из описания работы устройства должно быть видно, что каждый блок объединения результатов частичных сравнений из двух пар признаков сравнения двух, следующих друг за другом пар частей сравниваемых чисел формирует одну пару признаков для составленных из этих частей фрагментов чисел. На каждом каскаде этих блоков вдвое уменьшается количество сравниваемых частей, из которых можно составить пары, и соответствующих им признаков сравнения. Если для одной части пары нет, она передается на ближайший из последующих каскадов, где сможет объединиться с одной оставшейся там без пары частью. Так происходит до полного объединения всех частей.From the description of the operation of the device, it should be seen that each block for combining the results of partial comparisons of two pairs of comparison features of two successive pairs of parts of the compared numbers forms one pair of features for the number fragments composed of these parts. At each cascade of these blocks, the number of parts to be compared, from which pairs can be made, and the corresponding comparison signs, are halved. If there is no pair for one part, it is transmitted to the nearest of the subsequent cascades, where it can combine with one part left there without a pair. This happens until all parts are completely unified.
Максимальное количество N разрядов чисел, признаки которых может объединить древовидная цепь блоков, состоящая из К каскадов, равно 2К. А если количество разрядов превысит 2К, но останется меньше 2⋅2К, понадобится К+1 каскад. Следовательно, количество каскадов К равно степени, в которую следует возвести число 2, чтобы получить ближайшее превышающее N или равное ему целое число, что выражает формула The maximum number of N digits of numbers, the signs of which can be combined by a tree-like chain of blocks, consisting of K cascades, is 2 K. And if the number of discharges exceeds 2 K , but remains less than 2⋅2 K , K + 1 cascade will be needed. Therefore, the number of cascades K is equal to the power to which the number 2 should be raised in order to obtain the nearest integer greater than N or equal to it, which expresses the formula
Выражение для количества блоков объединения результатов частичных сравнений легко получить для случая равенства разрядности N числу 2, в какой-то целой степени, то есть N=2К, так как в первом каскаде количество блоков равно N / 2 и уменьшается вдвое на каждом следующем каскаде, их общее количество будет соответствовать сумме SK из К членов геометрической прогрессии со знаменателем q=0,5. Подставив в известную формулу данное значение q, значения первого и последнего членов прогрессии p1=2К-1 и рК=1, получим следующее выражение для суммы SK.The expression for the number of blocks for combining the results of partial comparisons is easy to obtain for the case of equality of the bit width N to 2, to some integer power, that is, N = 2 K , since in the first stage the number of blocks is equal to N / 2 and is halved at each subsequent stage , their total number will correspond to the sum S K of K members of a geometric progression with the denominator q = 0.5. Substituting this value q, the values of the first and last members of the progression p 1 = 2 K-1 and p K = 1 into the well-known formula, we obtain the following expression for the sum S K.
Количество блоков объединения результатов частичных сравнений останется равным N - 1 при любом N потому, что каждое увеличение N на один разряд потребует добавить один блок.The number of blocks for combining the results of partial comparisons will remain equal to N - 1 for any N, because each increment of N by one bit requires adding one block.
Элементы устройства предлагается выполнить на комплементарных полевых транзисторах МОП-структуры и конструктивно реализовать в виде смежных продольными сторонами областей МОП-структур р- и n-типов проводимости, пересеченных поперек полосками затворов, разделяющими МОП-структуры на области истоков-стоков соответствующих типов.The elements of the device are proposed to be made on complementary field-effect transistors of MOS structures and structurally implemented in the form of regions of MOS structures of p- and n-types of conductivity adjacent to the longitudinal sides, crossed across by gate strips dividing MOS structures into regions of source-sinks of the corresponding types.
Блоки 1-0, … 1-6 сравнения разрядов имеют два варианта схемотехнического и конструктивного выполнения, представленные на фиг. 5, 6 и 7, 8 соответственно. В каждом варианте блок содержит с первого по пятый МОП-транзисторы 12 - 16 на фиг. 5 и 22 - 26 на фиг.6 обогащенного типа с индуцированными каналами р-типа и с первого по пятый МОП-транзисторы соответственно 17-21 и 27 - 31 обогащенного типа с индуцированными каналами n-типа. Истоки р-МОП-транзисторов 12 - 15 и 22 - 25 подключены к шине +UП положительного напряжения питания, а истоки n-МОП-транзисторов 17, 19-21 и 27, 29 - 31 - к шине нулевого потенциала. Затворы пар МОП-транзисторов 12 и 17, 22 и 27 соединены и являются первыми входоми и блоков обоих вариантов, стоки р-МОП-транзисторов 15 и 25 соответственно соединены с истоками р-МОП-транзисторов 16 и 26, а истоки n-МОП-транзисторов 18 и 28 - со стоками n-МОП-транзисторов 19 и 29. Стоки МОП-транзисторов 13, 14, 18 и 23, 24, 28 соответственно соединены с первыми выходами блоков первого и второго вариантов выполнения, а стоки МОП-транзисторов 16, 20, 21 и 26, 30, 31 - с их вторыми выходами Units 1-0, ... 1-6 for comparison of digits have two variants of circuitry and design, shown in Figs. 5, 6 and 7, 8 respectively. In each embodiment, the block comprises first to fifth MOS transistors 12-16 in FIG. 5 and 22-26 in FIG. 6 are enriched type with p-type induced channels and first through fifth MOS transistors 17-21 and 27-31 of enriched type with induced n-type channels, respectively. The sources of the p-MOS transistors 12 - 15 and 22 - 25 are connected to the + U P bus of the positive supply voltage, and the sources of the n-
В первом варианте выполнения блока сравнения разрядов, см фиг. 5 затворы МОП-транзисторов 13, 15, 19 и 20 соединены и являются вторым входом v блока, а затворы МОП-транзисторов 14, 16, 18 и 21 подключены к стокам МОП-транзисторов 12 и 17.In the first embodiment of the bit comparison unit, see FIG. 5, the gates of the
Во втором варианте выполнения блока сравнения разрядов, см. фиг. 6 затворы МОП-транзисторов 23, 25, 29 и 30 подключены к стокам МОП-транзисторов 22 и 27, а затворы МОП-транзисторов 24, 26, 28 и 31 соединены и являются вторым входом v блока.In the second embodiment of the bit comparison unit, see FIG. 6, the gates of the
КМОП-элементы формируют единицы выполняемых логических функций посредством подключения выходов к шине положительного напряжения питания с помощью каналов МОП-транзисторов р-типа, возникающих у них при наличии на затворах напряжения низкого уровня, и нули подключением выходов к шине нулевого потенциала через открытые каналы n-МОП-транзисторов в присутствии на их затворах высокого уровня напряжения. Функции проводимости последовательных и параллельных соединений МОП-транзисторов соответствуют конъюнкциям и дизъюнкциям функций проводимости транзисторов, которые для р-канальных выражаются инверсией, а для n-канальных - повторением логических уровней на затворах.CMOS elements form units of logical functions performed by connecting the outputs to the positive supply voltage bus using the channels of p-type MOS transistors that arise in them when there is a low voltage on the gates, and zeros by connecting the outputs to the zero potential bus through open channels n- MOS transistors in the presence of high voltage levels on their gates. The conductivity functions of series and parallel connections of MOS transistors correspond to the conjunctions and disjunctions of the conductivity functions of transistors, which for p-channel are expressed by inversion, and for n-channel - by repeating logic levels at the gates.
В первом варианте выполнения блока сравнения разрядов МОП-транзисторы 12 и 17 образуют инвертор 5, МОП-транзисторы 13, 14 и 18, 19 - элемент 6 2И-НЕ, а МОП-транзисторы 15, 16 и 20, 21 -элемент 7 2ИЛИ-НЕ.In the first embodiment of the unit for comparing the discharges,
Во втором варианте выполнения блока сравнения разрядов инвертор 5 составляют МОП-транзисторы 22 и 27, элемент 6 2И-НЕ -МОП-транзисторы 23, 24 и 28, 29, а элемент 7 2ИЛИ-НЕ - МОП-транзисторы 25, 26 и 30, 31.In the second embodiment of the unit for comparing the discharges, the inverter 5 is made up of
В конструкции первого варианта выполнения блока сравнения разрядов (Фиг. 7) первые области 38 и 39 р- и n-МОП-структур расположены по краям блока, а вторые области 40 и 41 - примыкают друг к другу. Р-область истоков-стоков между первой и второй полосками 42 и 43 затворов в области 38 р-МОП-структур и крайние со стороны третьей полоски 44 затворов р-области и стоков-стоков областей 38 и 40 р-МОП-структур подключены к шине +UП положительного напряжения питания. N-область истоков-стоков между полосками 42 и 43 затворов в области 39 n-МОП-структур и крайние со стороны полоски 44 затворов n-области истоков-стоков в областях 39 и 41 n-МОП-структур подключены к шине нулевого потенциала. Р-область истоков-стоков в области 38 р-МОП-структур между полосками 43, 44 затворов и крайняя со стороны полоски 43 затворов n-область истока-стока в области 41 n-МОП-структур соединены с первым выходом блока. N-область истоков-стоков в первой области 39 n-МОП-структур между полосками 43, 44 затворов и крайняя со стороны полоски 43 затворов р-область истока-стока в области 40 р-МОП-структур соединены со вторым выходом u v блока.In the design of the first embodiment of the unit for comparing the digits (Fig. 7), the
В местах пересечений полосками 42, 43 и 44 затворов областей 38 и 39 р- и n-МОП-структур соответственно расположены области каналов р-МОП-транзисторов 12, 14, 13 и n-МОП-транзисторов 17, 21, 20, а в местах пересечений полосками 43 и 44 затворов областей 40 и 41 р- и n-МОП структур 40 и 41 - области каналов р-МОП-транзисторов 16, 15 и n-МОП-транзисторов 18, 19.At the intersections of the
В конструкции второго варианта выполнения блока сравнения разрядов (Фиг. 8) первые области 45 и 46 р- и n-МОП-структур примыкают друг к другу, а вторые области 47 и 48 р- и n-МОП-структур расположены по краям блока. Р-область истоков-стоков между первой и второй полосками 49 и 50 затворов в области 45 р-МОП-структур и крайние р-области истоков-стоков в области 47 р-МОП-структур подключены к шине +UП положительного напряжения питания. N-область истоков-стоков между полосками 49 и 50 затворов в области 46 n-МОП-структур и крайние n-области истоков-стоков в области 48 n-МОП-структур подключены к шине нулевого потенциала. Р-область истоков-стоков в области 47 р-МОП-структур между полосками 50, 51 затворов и крайняя со стороны полоски 51 затворов n-область истока- стока в области 46 n-МОП-структур соединены с первым выходом блока. N-область истоков-стоков в области 48 n-МОП-структур между полосками 50, 51 затворов и крайняя со стороны полоски 51 затворов р-область истока-стока в области 45 р-МОП-структур соединены со вторым выходом блока.In the construction of the second embodiment of the unit for comparing the digits (Fig. 8), the
Пересечения полосками 49,50 и 51 затворов областей 45 и 46 р- и n-МОП-структур соответственно образуют области каналов р-МОП-транзисторов 22, 25, 26 и n-МОП-транзисторов 27, 29, 28, а пересечения полосками 50 и 51 затворов областей 47 и 48 р- и n-МОП-структур 45 и 46 - области каналов р-МОП-транзисторов 23, 24 и n-МОП-транзисторов 30, 31.The intersection of the
Описанное конструктивное выполнение блоков сравнения разрядов в двух вариантах дает возможность повысить плотность их размещения на поверхности кристалла при интегральном исполнении устройства. На фиг. 12 показан фрагмент компоновки массива таких блоков, которая предусматривает зеркально-симметричное расположение пар блоков обоих вариантов выполнения, позволяющее минимизировать шаг размещения МОП-транзисторных структур за счет двухрядной расстановки областей МОП-структур, уменьшения площади изолирующих областей и совмещения подключенных к шинам питания областей истоков соседних МОП-структур.The described constructive implementation of the discharge comparison units in two versions makes it possible to increase the density of their placement on the crystal surface when the device is integrated. FIG. 12 shows a fragment of the arrangement of an array of such blocks, which provides for a mirror-symmetric arrangement of pairs of blocks of both embodiments, which makes it possible to minimize the placement step of MOSFET structures due to the two-row arrangement of the regions of the MOS structures, reducing the area of insulating regions and aligning the source regions connected to the power buses MOS structures.
Очевидно, что количества блоков сравнения разрядов, выполненных по первому и по второму вариантам, должны быть равны при четной разрядности N сравниваемых чисел или различаться на один при нечетном N.Obviously, the number of bit comparison units made according to the first and second options should be equal for an even digit capacity N of the compared numbers or differ by one for an odd N.
Каждый элемент 8 и 9, выполняющий функцию, единичные значения которой соответствуют выражению а нулевые значения - выражению см. фиг. 9 содержит первые, вторые, третьи МОП-транзисторы 32, 33, 34 и 35, 36, 37 обогащенного типа с индуцированными каналами р- и n-типов проводимости, затворы которых попарно соединены и соответственно являются входами сигналов X, Y и Z. Истоки р- и n-МОП-транзисторов 32, 34 и 35, 37 соответственно подключены к шине +UП положительного напряжения питания и к шине нулевого потенциала. Стоки р- и n-МОП-транзисторов 32 и 37 соответственно соединены с истоками р- и n-МОП-транзисторов 33 и 36, стоки которых и стоки МОП-транзисторов 34 и 35 соединены с выходом элемента.Each
Применение элементов с неполностью определенной функцией оправдано тем, что у каждого такого элемента в данном устройстве логические функции сигналов, поступающих на входы X и Z связаны отношением включения FX ⊃ FZ, то есть FX включает FZ, так как все единичные значения функции FZ на определенном наборе значений переменных соответствуют единичным значениям функции FX, которая имеем еще и другие единичные значения.Applying elements with an incompletely defined function is justified by the fact that for each such element in a given device the logical functions of the signals arriving at the inputs X and Z are connected by the inclusion relation F X ⊃ F Z , that is, F X includes F Z , since all unit values of the function F Z on a certain set of values of the variables correspond to the unit values of the function F X , which we also have other unit values.
Так, у элементов 8 и 9 во всех блоках объединения результатов частичных сравнений на входы X и Z соответственно поступают сигнал признака исключительного превосходства части одного числа над аналогичной частью другого, например, А1-0>В1-0 и сигнал признака того же превосходства, дополненного признаком равенства этих же частей, - А1-0≥В1-0. Очевидно, что признак вида А1-0>В1-0 выполняется только при выполнении признака A1-0≥В1-0, все случаи невыполнения которого, совпадают со случаями невыполнения признака А1-0>B1-0, а, еще, признак А1-0≥В1-0 не может быть ложным, когда истинен признак А1-0>В1-0. Это выражается следующими логическими формулами.So, for
Выраженная формулами (10) и (11) логическая взаимосвязь сигналов X и Z позволила упростить связи МОП-транзисторов в схеме элементов 8 и 9, во время синтеза которой были проделаны следующие преобразования формул.The logical relationship of signals X and Z expressed by formulas (10) and (11) made it possible to simplify the connections of MOS transistors in the circuit of
Крайние логические выражения слева и справа в формуле (13) описывают связи соответственно n- и р-МОП-транзисторов в элементах 8 и 9, а формула (12) доказывает то, что управляемые разными сигналами р- и n-МОП-транзисторы, непосредственно подключенные между выходом элемента и шинами питания не могут иметь открытые каналы одновременно. Высокий уровень сигнала X, открывающий канал n-МОП-транзистора 35, никогда не сочетается с низким открывающим р-МОП-транзистор 34 уровнем сигнала Z.The extreme logical expressions on the left and right in formula (13) describe the connections, respectively, of n- and p-MOS transistors in
Каждый элемент, выполняющий функцию, единичные значения которой соответствуют выражению а нулевые значения - выражению конструктивно выполнен (Фиг. 10) в виде двух смежных продольными сторонами областей 52 и 53 МОП-структур р- и n-типов проводимости, пересеченных поперек тремя общими полосками 54, 55 и 56 затворов, разделяющими области 52 и 53 на области истоков-стоков соответствующих типов проводимости. Полоски 54, 55, 56 затворов по порядку соединены со входами сигналов X, Y, Z. Крайние р- и n-области истоков-стоков соответственно подключены к шине +UП положительного напряжения питания и к шине нулевого потенциала, а области истоков-стоков р-типа между полосками 55, 56 затворов и n-типа между полосками 54, 55 затворов соединены с выходом элемента.Each element that performs a function whose single values correspond to the expression and zero values - to the expression structurally made (Fig. 10) in the form of two adjacent longitudinal sides of the
Пересечения полосками 54,55, 56 затворов областей 52 и 53 р- и n-МОП-структур соответственно образуют области каналов р-МОП-транзисторов 32, 33, 34 и n-МОП-транзисторов 35, 36, 37. Упрощенная схема элементов 8 и 9 позволила выполнить связи стоков и истоков их р- и n-МОП-транзисторов 32, 33 и 37, 36 простым совмещением, не требующим контактов и проводников. Расположение подключенных к шинам питания истоков МОП-транзисторов 32, 34 и 35, 37 по краям позволяет совмещать их у соседних элементов в общей конструкции устройства, как показано на фиг. 11.The intersection of the
Таким образом, компаратор двух N-разрядных двоичных чисел выполняет свои функции, имея в своем составе КМОП логические элементы, связанные в древовидную цепь, пути распространения сигналов от входов до выходов которой содержат не более последовательных элементов. Устройство формирует сигналы трех признаков сравнения чисел А и В по логическим формулам:Thus, the comparator of two N-bit binary numbers performs its functions, having in its composition logical elements connected in a tree-like chain, the signal propagation paths from inputs to outputs of which contain no more than consecutive elements. The device generates signals of three signs of comparison of numbers A and B according to logical formulas:
Предлагаемое схемотехническое и конструктивное выполнение элементов устройства позволит повысить плотность его упаковки в интегральном исполнении.The proposed circuit and design implementation of the device elements will increase the density of its packaging in an integrated design.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021104292A RU2762061C1 (en) | 2021-02-19 | 2021-02-19 | Binary number comparator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021104292A RU2762061C1 (en) | 2021-02-19 | 2021-02-19 | Binary number comparator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2762061C1 true RU2762061C1 (en) | 2021-12-15 |
Family
ID=79175206
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021104292A RU2762061C1 (en) | 2021-02-19 | 2021-02-19 | Binary number comparator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2762061C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2791462C1 (en) * | 2022-03-18 | 2023-03-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Binary number comparator |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4450432A (en) * | 1980-09-25 | 1984-05-22 | Itt Industries, Inc. | Binary MOS parallel comparators |
KR200152537Y1 (en) * | 1993-12-21 | 1999-07-15 | 구본준 | A circuit of binary comparator |
US6014074A (en) * | 1997-12-24 | 2000-01-11 | Lg Semicon Co., Ltd. | Binary comparator |
RU2236696C1 (en) * | 2003-04-11 | 2004-09-20 | Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Device for comparison based on short-channel mis transistors |
RU2300132C1 (en) * | 2005-12-23 | 2007-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Binary number comparator |
RU189024U1 (en) * | 2019-03-22 | 2019-05-06 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт молекулярной электроники" | BINARY COMPARATOR |
RU194455U1 (en) * | 2019-05-27 | 2019-12-11 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт молекулярной электроники" | BIN NUMBER COMPARATOR |
-
2021
- 2021-02-19 RU RU2021104292A patent/RU2762061C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4450432A (en) * | 1980-09-25 | 1984-05-22 | Itt Industries, Inc. | Binary MOS parallel comparators |
KR200152537Y1 (en) * | 1993-12-21 | 1999-07-15 | 구본준 | A circuit of binary comparator |
US6014074A (en) * | 1997-12-24 | 2000-01-11 | Lg Semicon Co., Ltd. | Binary comparator |
RU2236696C1 (en) * | 2003-04-11 | 2004-09-20 | Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Device for comparison based on short-channel mis transistors |
RU2300132C1 (en) * | 2005-12-23 | 2007-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Binary number comparator |
RU189024U1 (en) * | 2019-03-22 | 2019-05-06 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт молекулярной электроники" | BINARY COMPARATOR |
RU194455U1 (en) * | 2019-05-27 | 2019-12-11 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт молекулярной электроники" | BIN NUMBER COMPARATOR |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2791462C1 (en) * | 2022-03-18 | 2023-03-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Binary number comparator |
RU2809211C1 (en) * | 2023-08-11 | 2023-12-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Binary number comparator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100384567B1 (en) | Multiplication circuit | |
US5841300A (en) | Semiconductor integrated circuit apparatus | |
US4621338A (en) | CMOS adder using exclusive OR and/or exclusive-NOR gates | |
US6904447B2 (en) | High speed low power 4-2 compressor | |
US4858168A (en) | Carry look-ahead technique having a reduced number of logic levels | |
US4495590A (en) | PLA With time division multiplex feature for improved density | |
US4518875A (en) | Three-level MOS logic circuit | |
US5636157A (en) | Modular 64-bit integer adder | |
RU2762061C1 (en) | Binary number comparator | |
US4882698A (en) | Cell based ALU with tree structured carry, inverting logic and balanced loading | |
US4858167A (en) | Parallel binary adder having grouped stages including dynamic logic to increase carry propagation speed | |
US5732008A (en) | Low-power high performance adder | |
KR100211791B1 (en) | Integrated circuit chip and pass gate logic family therefor | |
RU207051U1 (en) | PARALLEL BINARY CODE CONTROL DEVICE | |
Zhang et al. | VLSI compressor design with applications to digital neural networks | |
JP3216409B2 (en) | Semiconductor integrated circuit device | |
RU215765U1 (en) | LOGIC ELEMENT EQUIVALENCE 2 | |
US6480875B1 (en) | Adder circuit and associated layout structure | |
Zhang et al. | High performance compressor building blocks for digital neural network implementation | |
US5847983A (en) | Full subtracter | |
US7042246B2 (en) | Logic circuits for performing threshold functions | |
US7395307B2 (en) | Carry look-ahead circuit and adder using same | |
RU2198421C2 (en) | High-speed carry adding device | |
US6917074B1 (en) | Multiplexer structure with interdigitated gates and shared diffusion | |
Shrivathsa et al. | Survey on high speed low power full adder circuits |