
【计】 full subtracter; full-subtracter
全减器(Full Subtractor)是数字电路中执行三位二进制减法运算的组合逻辑电路元件。其核心功能为计算被减数、减数及低位借位输入之间的差值,并生成借位输出信号。相较于半减器,全减器增加了对前级借位信号的处理能力,使其适用于多位二进制数的连续减法运算。
全减器包含三个输入端口:
输出端口包括:
根据二进制减法规则,全减器的输出可通过以下布尔代数表达式描述: $$ D = A oplus B oplus C{in} $$ $$ C{out} = overline{A} cdot B + overline{A} cdot C{in} + B cdot C{in} $$ 对应的真值表如下:
A | B | C_in | D | C_out |
---|---|---|---|---|
0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
0 | 0 | 1 | 1 | 1 |
0 | 1 | 0 | 1 | 1 |
0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
全减器是算术逻辑单元(ALU)和数字信号处理器(DSP)的基础模块,广泛应用于:
典型实现方案采用两级门电路结构,例如通过异或门(XOR)和与非门(NAND)组合构建,其物理特性需满足特定工艺节点的时序约束。现代集成电路设计中,全减器单元通常被优化为晶体管级标准单元库元件。
全减器是数字电路中用于二进制减法运算的核心元件,其功能与特点可综合多个权威资料归纳如下:
全减器(Full Subtractor)是能够处理三位二进制数(被减数、减数及低位借位输入)的运算单元,输出差值和向高位的借位信号。与仅处理两位输入的半减器不同,全减器能实现带借位输入的多位连续减法运算。
输入输出关系
输入:被减数(A)、减数(B)、低位借位(Ci-1)
输出:差值(D)、高位借位(Ci)
真值表核心逻辑:
逻辑表达式
差值公式:
$$D = A oplus B oplus C_{i-1}$$
借位公式:
$$Ci = overline{A}B + B C{i-1} + overline{A} C_{i-1}$$
(公式推导参考多位减法进位规则)
基本构成
由异或门、与门、或门组合实现,典型电路包含:
扩展应用
通过级联多个全减器,可构建多位数减法器(如8位、16位运算器)。
随着集成电路技术进步,现代全减器多被集成在更复杂的运算模块中,低功耗设计和高频响应成为优化方向。学习者可通过EDA工具(如Logisim)仿真其工作原理。
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