
【計】 full subtracter; full-subtracter
全減器(Full Subtractor)是數字電路中執行三位二進制減法運算的組合邏輯電路元件。其核心功能為計算被減數、減數及低位借位輸入之間的差值,并生成借位輸出信號。相較于半減器,全減器增加了對前級借位信號的處理能力,使其適用于多位二進制數的連續減法運算。
全減器包含三個輸入端口:
輸出端口包括:
根據二進制減法規則,全減器的輸出可通過以下布爾代數表達式描述: $$ D = A oplus B oplus C{in} $$ $$ C{out} = overline{A} cdot B + overline{A} cdot C{in} + B cdot C{in} $$ 對應的真值表如下:
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 |
全減器是算術邏輯單元(ALU)和數字信號處理器(DSP)的基礎模塊,廣泛應用于:
典型實現方案采用兩級門電路結構,例如通過異或門(XOR)和與非門(NAND)組合構建,其物理特性需滿足特定工藝節點的時序約束。現代集成電路設計中,全減器單元通常被優化為晶體管級标準單元庫元件。
全減器是數字電路中用于二進制減法運算的核心元件,其功能與特點可綜合多個權威資料歸納如下:
全減器(Full Subtractor)是能夠處理三位二進制數(被減數、減數及低位借位輸入)的運算單元,輸出差值和向高位的借位信號。與僅處理兩位輸入的半減器不同,全減器能實現帶借位輸入的多位連續減法運算。
輸入輸出關系
輸入:被減數(A)、減數(B)、低位借位(Ci-1)
輸出:差值(D)、高位借位(Ci)
真值表核心邏輯:
邏輯表達式
差值公式:
$$D = A oplus B oplus C_{i-1}$$
借位公式:
$$Ci = overline{A}B + B C{i-1} + overline{A} C_{i-1}$$
(公式推導參考多位減法進位規則)
基本構成
由異或門、與門、或門組合實現,典型電路包含:
擴展應用
通過級聯多個全減器,可構建多位數減法器(如8位、16位運算器)。
隨着集成電路技術進步,現代全減器多被集成在更複雜的運算模塊中,低功耗設計和高頻響應成為優化方向。學習者可通過EDA工具(如Logisim)仿真其工作原理。
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