
【計】 SUB; subtracter; subtractor
減法器(Subtractor)是數字電路中用于執行二進制減法運算的基本邏輯單元,其功能與加法器互補,在計算機算術邏輯單元(ALU)和信號處理系統中具有核心地位。根據運算複雜度可分為半減法器(Half Subtractor)和全減法器(Full Subtractor)兩類。
1. 半減法器
半減法器處理兩個1位二進制數的減法,輸出差位(Difference)和借位(Borrow)。其邏輯表達式為: $$ text{差位} = A oplus B text{借位} = overline{A} cdot B $$ 該結構通過異或門(XOR)和與非門(NAND)實現,適用于最低位的減法運算(參考:閻石《數字電子技術基礎》第5版)。
2. 全減法器
全減法器在輸入中增加低位借位信號,可處理多位數連續減法。其輸出滿足: $$ text{差位} = A oplus B oplus C{in} text{借位} = (overline{A} cdot B) + (B cdot C{in}) + (overline{A} cdot C_{in}) $$ 這種設計采用兩級邏輯門組合,支持級聯操作,常見于多位減法器架構(參考:IEEE《集成電路系統學報》)。
3. 工程應用
在硬件實現中,減法器常與加法器複用,通過補碼轉換完成有符號數運算。例如Intel 8086處理器的ALU模塊采用動态邏輯門設計,将減法延遲控制在3個時鐘周期内(參考:《計算機體系結構:量化研究方法》)。現代FPGA器件則通過查找表(LUT)重構減法器功能,提升硬件資源利用率。
減法器是數字電路中用于執行二進制減法運算的基本邏輯電路組件。根據功能和結構的不同,主要分為以下兩類:
半減器 (Half Subtractor)
全減器 (Full Subtractor)
應用特點:
例如計算二進制數1010(十進制10)減0110(十進制6)時,通過逐位減法并處理借位,最終得到結果0100(十進制4)。
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