Was ist ein halber Subtrahierer: Schaltung mit Logikgattern

Im Bereich der Elektronik ist das wichtigste Konzept, an dem jede Komponente arbeitet, das „ Logikgatter “. Da das Konzept der Logikgatter in jeder Funktionalität implementiert ist, wie in integrierten Schaltkreisen, Sensoren, Schaltzwecken, Mikrocontrollern und Prozessoren, Verschlüsselungs- und Entschlüsselungszwecken und anderen. Darüber hinaus gibt es breite Anwendungen von Logic Gates. Es gibt viele Arten von Logikgattern wie Addierer, Subtrahierer, Voll Addierer , Vollsubtrahierer, Halbsubtrahierer und viele andere. Dieser Artikel enthält also kollektive Informationen zu halbe Subtrahiererschaltung , halbe Subtrahierer Wahrheitstabelle und verwandte Konzepte.

Was ist ein halber Subtrahierer?

Bevor wir den halben Subtrahierer diskutieren, müssen wir die binäre Subtraktion kennen. Bei der binären Subtraktion ähnelt der Subtraktionsprozess der arithmetischen Subtraktion. Bei der arithmetischen Subtraktion wird das Basis-2-Zahlensystem verwendet, während bei der binären Subtraktion Binärzahlen für die Subtraktion verwendet werden. Die resultierenden Begriffe können mit der Differenz bezeichnet und ausgeliehen werden.

Ein halber Subtrahierer ist das Wesentlichste kombinatorische Logikschaltung welches in verwendet wird Digitale Elektronik . Grundsätzlich ist dies ein elektronisches Gerät oder anders ausgedrückt, wir können es als Logikschaltung bezeichnen. Diese Schaltung wird verwendet, um eine Subtraktion von zwei Binärziffern durchzuführen. Im vorherigen Artikel haben wir bereits diskutiert die Konzepte von Halbaddierer und Volladdiererschaltung welches Binärzahlen für die Berechnung verwendet. In ähnlicher Weise verwendet die Subtrahiererschaltung Binärzahlen (0,1) für die Subtraktion. Die Schaltung des halben Subtrahierers kann mit zwei aufgebaut werden Logikgatter, nämlich NAND- und EX-OR-Gatter . Diese Schaltung gibt zwei Elemente wie die Differenz sowie sie leihen.

Da bei der binären Subtraktion die Hauptziffer 1 ist, können wir einen Kredit generieren, während der Subtrahend 1 dem Minuend 0 überlegen ist, und aus diesem Grund wird ein Kredit benötigt. Das folgende Beispiel zeigt die binäre Subtraktion von zwei binären Bits.

Bei der obigen Subtraktion können die beiden Ziffern mit A und B dargestellt werden. Diese beiden Ziffern können subtrahiert werden und geben die resultierenden Bits als Differenz und Ausleihe an.

Wenn wir die ersten zwei und vierten Reihen beobachten, die Differenz zwischen diesen Reihen, dann sind die Differenz und die Ausleihe ähnlich, weil der Subtrahend kleiner als der Minuend ist. In ähnlicher Weise wird, wenn wir die dritte Zeile betrachten, der Minuend-Wert vom Subtrahend subtrahiert. Die Differenz- und Leihbits sind also 1, da die Subtrahend-Ziffer der Minuend-Ziffer überlegen ist.

Diese kombinatorische Schaltung ist ein wesentliches Werkzeug für jede Art von digitale Schaltung die möglichen Kombinationen von Ein- und Ausgängen kennen. Wenn der Subtrahierer beispielsweise zwei Eingänge hat, sind die resultierenden Ausgänge vier. Das O / P des halben Subtrahierers ist in der folgenden Tabelle angegeben, die sowohl das Differenzbit als auch das Ausleihbit angibt. Die Erklärung der Wahrheitstabelle der Schaltung kann unter Verwendung der Logikgatter wie EX-OR-Logikgatter und UND-Gatter-Operation gefolgt von NICHT-Gatter erfolgen.

Lösen der Wahrheitstabelle mit K-Karte wird unten gezeigt.

halber Subtrahierer k Karte

Das halber Subtrahiererausdruck unter Verwendung von Wahrheitstabelle und K-Map kann abgeleitet werden als

Unterschied (D) = ( x’y + xy ')

= x ⊕ y
Ausleihen (B) = x’y

Logische Schaltung

Das logische Halb-Subtrahierer-Schaltung kann mit den Logikgattern erklärt werden:

• 1 XOR-Gatter
• 1 NICHT Tor
• 1 UND-Gatter

Die Darstellung ist

Logische Schaltung des halben Subtrahierers

Halb-Subtrahierer-Blockdiagramm

Das Blockdiagramm des halben Subtrahierers ist oben gezeigt. Es erfordert zwei Eingänge sowie zwei Ausgänge. Hier werden Eingaben mit A & B dargestellt, und Ausgaben sind Differenz und Ausleihen.

Die obige Schaltung kann mit EX-OR & NAND-Gattern entworfen werden. Hier kann das NAND-Gatter unter Verwendung von UND- und NICHT-Gattern erstellt werden. Wir benötigen also drei Logikgatter, um eine halbe Subtrahiererschaltung herzustellen, nämlich das EX-ODER-Gatter, das NICHT-Gatter und das NAND-Gatter.

Eine Kombination aus UND- und NICHT-Gatter erzeugt ein anderes kombiniertes Gatter mit dem Namen NAND-Gatter. Der Ex-OR-Gatterausgang ist das Differenzbit und der NAND-Gatterausgang ist das Ausleihbit für die gleichen Eingänge A & B.

UND-Tor

Das UND-Gatter ist eine Art digitales Logikgatter mit mehreren Eingängen und einem einzelnen Ausgang und führt basierend auf den Eingangskombinationen die logische Verbindung durch. Wenn alle Eingänge dieses Gatters hoch sind, ist der Ausgang hoch, andernfalls ist der Ausgang niedrig. Das Logikdiagramm des UND-Gatters mit der Wahrheitstabelle ist unten gezeigt.

UND Tor und Wahrheitstabelle

NICHT Tor

Das NOT-Gatter ist eine Art digitales Logikgatter mit einem einzelnen Eingang, und basierend auf dem Eingang wird der Ausgang umgekehrt. Wenn beispielsweise der Eingang des NOT-Gatters hoch ist, ist der Ausgang niedrig. Das Logikdiagramm des NOT-Gatters mit der Wahrheitstabelle ist unten gezeigt. Mit dieser Art von Logikgatter können wir NAND- und NOR-Gatter ausführen.

NICHT Tor und Wahrheitstabelle

Ex-OR-Tor

Das Exklusiv-ODER- oder EX-ODER-Gatter ist eine Art digitales Logikgatter mit 2 Eingängen und einem einzelnen Ausgang. Die Arbeitsweise dieses Logikgatters hängt vom ODER-Gatter ab. Wenn einer der Eingänge dieses Gatters hoch ist, ist der Ausgang des EX-OR-Gatters hoch. Das Symbol und die Wahrheitstabelle des EX-OR sind unten gezeigt.

XOR-Tor und Wahrheitstabelle

Halbe Subtrahierschaltung mit Nand Gate

Das Entwerfen des Subtrahierers kann durch erfolgen unter Verwendung von Logikgattern wie das NAND-Gatter & Ex-ODER-Gatter. Um diese Halb-Subtrahierer-Schaltung zu entwerfen, müssen wir die beiden Konzepte Differenz und Ausleihe kennen.

Halbe Subtrahierschaltung mit Nand Gate

Wenn wir vorsichtig überwachen, ist es ziemlich klar, dass die Vielfalt der von dieser Schaltung ausgeführten Operationen genau mit der EX-OR-Gate-Operation zusammenhängt. Daher können wir einfach das EX-OR-Gatter verwenden, um einen Unterschied zu machen. Auf die gleiche Weise kann die durch die Halbaddiererschaltung erzeugte Ausleihe einfach unter Verwendung der Mischung von Logikgattern wie UND-Gatter und NICHT-Gatter erreicht werden.

Dieser HS kann auch unter Verwendung von NOR-Gattern entworfen werden, bei denen 5 NOR-Gatter für die Konstruktion erforderlich sind. Der Schaltplan-Halb-Subtrahierer unter Verwendung von NOR-Gattern ist wie folgt dargestellt:

Halber Subtrahierer mit Nor Gates

Wahrheitstabelle

VHDL- und Testbench-Code

Der VHDL-Code für den halben Subtrahierer wird wie folgt erklärt:

Bibliothek IEEE

Verwenden Sie IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL

Verwenden Sie IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL

Verwenden Sie IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL

Entität Half_Sub1 ist

Port (a: in STD_LOGIC

b: in STD_LOGIC

HS_Diff: out STD_LOGIC

HS_Borrow: out STD_LOGIC)

Ende Half_Sub1

Architektur Verhalten von Half_Sub1 ist

Start

HS_Diff<=a xor b

HS_Borrow<=(not a) and b

Das Testbench-Code für HS wird wie folgt erklärt:

BIBLIOTHEK IEEE

USE ieee.std_logic_1164.ALL

ENTITY HS_tb IS

ENDE HS_tb

ARCHITEKTUR HS_tb VON HS_tb IS

KOMPONENTE HS

PORT (a: IN std_logic

b: IN std_logic

HS_Diff: OUT std_logic

HS_Borrow: OUT std_logic

)

ENDKOMPONENTE

Signal a: std_logic: = '0'

Signal b: std_logic: = '0'

Signal HS_Diff: std_logic

Signal HS_Borrow: std_logic

START

neu: HS PORT MAP (

a => a,

b => b,

HS_Diff => HS_Diff,

HS_borrow => HS_borrow

)

stimul_proc: Prozess

Start

zu<= ‘0’

b<= ‘0’

Warten Sie 30 ns

zu<= ‘0’

b<= ‘1’

Warten Sie 30 ns

zu<= ‘1’

b<= ‘0’

Warten Sie 30 ns

zu<= ‘1’

b<= ‘1’

warten

Prozess beenden

ENDE

Voller Subtrahierer mit halbem Subtrahierer

Ein vollständiger Subtrahierer ist eine kombinatorische Vorrichtung, die die Subtraktionsfunktionalität unter Verwendung von zwei Bits betreibt und minuend und subtrahend ist. Die Schaltung betrachtet das Ausleihen als vorherigen Ausgang und hat drei Eingänge mit zwei Ausgängen. Die drei Eingaben sind das Minuend, das Subtrahend und die Eingabe, die von der vorherigen Ausgabe empfangen wurden, die ausgeliehen ist, und die beiden Ausgaben sind die Differenz und die Ausleihe.

Logisches Diagramm des vollständigen Subtrahierers

Die Wahrheitstabelle für voller Subtrahierer ist

Mit der obigen Wahrheitstabelle ist das logische Diagramm und das Schaltkreisdiagramm für die Implementierung eines vollständigen Subtrahierers unter Verwendung von halben Subtrahierern unten gezeigt:

Voller Subtrahierer mit HS

Vorteile und Einschränkungen des halben Subtrahierers

Die Vorteile des halben Subtrahierers sind:

• Die Implementierung und der Aufbau dieser Schaltung ist einfach und leicht
• Diese Schaltung verbraucht bei der digitalen Signalverarbeitung nur minimalen Strom
• Rechenfunktionen können mit verbesserten Geschwindigkeitsraten ausgeführt werden

Die Einschränkungen dieser kombinatorischen Schaltung sind:

Obwohl es in vielen Operationen und Funktionen umfangreiche Anwendungen des halben Subtrahierers gibt, gibt es nur wenige Einschränkungen, und diese sind:

• Die Halb-Subtrahierer-Schaltungen akzeptieren kein 'Ausleihen' von den vorherigen Ausgängen, wo dies der entscheidende Nachteil dieser Schaltung ist
• Da viele Echtzeitanwendungen mit der Subtraktion zahlreicher Bits arbeiten, können Halbsubtrahierer keine Bits subtrahieren

Anwendungen des halben Subtrahierers

Die Anwendungen des halben Subtrahierers umfassen Folgendes.

• Ein halber Subtrahierer wird verwendet, um die Kraft von Audio- oder Funksignalen zu reduzieren
• Es kann sein in Verstärkern verwendet um die Klangverzerrung zu reduzieren
• Halber Subtrahierer ist wird in der ALU des Prozessors verwendet
• Es kann zum Erhöhen und Verringern von Operatoren und zum Berechnen der Adressen verwendet werden
• Der halbe Subtrahierer wird verwendet, um die niedrigstwertigen Spaltennummern zu subtrahieren. Für die Subtraktion mehrstelliger Zahlen kann es für das LSB verwendet werden.

Daher können wir aus der obigen Halb-Subtrahierer-Theorie endlich schließen, dass wir unter Verwendung dieser Schaltung von einem Binärbit von einem anderen subtrahieren können, um die Ausgaben wie Differenz und Ausleihen bereitzustellen. In ähnlicher Weise können wir einen halben Subtrahierer unter Verwendung einer NAND-Gatterschaltung sowie von NOR-Gattern entwerfen. Die anderen Konzepte, die bekannt sein müssen, sind die halber Subtrahierer-Verilog-Code und wie kann das RTL-Schema gezeichnet werden?