Qué es un medio restador : Circuito con puertas lógicas

En el ámbito de la electrónica, el concepto más crucial sobre el que trabaja cada componente es el de "puertas lógicas". El concepto de puertas lógicas se implementa en todas las funcionalidades, como en los circuitos integrados, los sensores, los propósitos de conmutación, los microcontroladores y procesadores, los propósitos de cifrado y descifrado, y otros. Además de éstas, existen amplias aplicaciones de las Puertas Lógicas. Hay muchos tipos de puertas lógicas, como el sumador, el sustractor, el sumador completo, el sustractor completo, el medio sustractor y muchos otros. Así pues, este artículo proporciona información colectiva de circuito de medio sustractor, tabla de verdad del medio sustractory conceptos relacionados.


Índice de Contenido
  1. ¿Qué es el Medio Sustractor?
    1. Diagrama de bloques del semi-subtractor
    2. Circuito de medio sustracción con puerta Nand
    3. Tabla de verdad
    4. Código VHDL y Testbench
    5. Sustracción completa con medio sustracción
    6. Ventajas y limitaciones del medio sustractor
    7. Aplicaciones del medio sustractor

¿Qué es el Medio Sustractor?

Antes de pasar a hablar del medio restador, tenemos que conocer la resta binaria. En la sustracción binaria, el proceso de sustracción es similar al de la sustracción aritmética. En la sustracción aritmética se utiliza el sistema numérico de base 2, mientras que en la sustracción binaria se utilizan números binarios para la sustracción. Los términos resultantes se pueden denotar con la diferencia y el préstamo.

El medio restador es el circuito lógico combinacional más esencial que se utiliza en la electrónica digital. Básicamente, se trata de un dispositivo electrónico o, en otros términos, podemos decir que es un circuito lógico. Este circuito se utiliza para realizar la resta de dos dígitos binarios. En el artículo anterior, ya hemos hablado de los conceptos de medio sumador y de un circuito sumador completo que utiliza números binarios para el cálculo. Del mismo modo, el circuito restador utiliza números binarios (0,1) para la resta. El circuito del medio restador puede construirse con dos puertas lógicas, a saber, las puertas NAND y EX-OR. Este circuito proporciona dos elementos como la diferencia y el préstamo.

Como en la resta binaria, el dígito mayor es 1, podemos generar el préstamo mientras que el sustraendo 1 es superior al minuendo 0 y debido a esto, se necesitará el préstamo. El siguiente ejemplo muestra la sustracción binaria de dos bits binarios.

Primer dígito

Segunda cifraDiferenciaPide prestado

1

1

11

1

11

En la resta anterior, los dos dígitos se pueden representar con A y B. Estos dos dígitos se pueden restar y dan los bits resultantes como diferencia y préstamo.

Cuando observamos las dos primeras filas y la cuarta, la diferencia entre estas filas, entonces la diferencia y el préstamo son similares porque el sustraendo es menor que el minuendo. Del mismo modo, cuando observamos la tercera fila, el valor del minuendo se resta del sustraendo. Entonces los bits de diferencia y préstamo son 1 porque el dígito del sustraendo es superior al dígito del minuendo.

Este circuito combinacional es una herramienta esencial para cualquier tipo de circuito digital para conocer las posibles combinaciones de entradas y salidas. Por ejemplo, si el restador tiene dos entradas, las salidas resultantes serán cuatro. El o/p del medio restador se menciona en la siguiente tabla que significará el bit de diferencia así como el bit de préstamo. La explicación de la tabla de verdad del circuito puede hacerse utilizando las puertas lógicas como la puerta lógica EX-OR y la operación de la puerta AND seguida de la puerta NOT.

Resolver la tabla de verdad utilizando K-Map se muestra a continuación.

mapa k del medio sustractor

El expresión del medio sustractor utilizando la tabla de verdad y el mapa K puede derivarse como

Diferencia (D) = (x'y + xy')

= x ⊕ y
Préstamo (B) = x'y

Circuito lógico

El circuito lógico de medio sustractor puede explicarse utilizando las puertas lógicas:

  • 1 puerta XOR
  • 1 puerta NOT
  • 1 puerta AND

La representación es

Circuito lógico de medio sustractor
Circuito lógico de medio sustractor

Diagrama de bloques del semi-subtractor

El diagrama de bloques del medio sustractor se muestra arriba. Requiere dos entradas y da dos salidas. Aquí las entradas se representan con A&B, y las salidas son Diferencia y Préstamo.

El circuito anterior puede diseñarse con puertas EX-OR y NAND. Aquí, la puerta NAND se puede construir utilizando puertas AND y NOT. Por lo tanto, necesitamos tres puertas lógicas para hacer medio circuito sustractor, a saber, la puerta EX-OR, la puerta NOT y la puerta NAND.

La combinación de la puerta AND y la puerta NOT produce una puerta combinada diferente llamada puerta NAND. La salida de la puerta EX-OR será el bit de diferencia y la salida de la puerta NAND será el bit de préstamo para las mismas entradas A&B.

Puerta AND

La puerta AND es un tipo de puerta lógica digital con múltiples entradas y una sola salida, y en función de las combinaciones de entradas realizará la conjunción lógica. Si todas las entradas de esta puerta son altas, la salida será alta o, de lo contrario, la salida será baja. A continuación se muestra el diagrama lógico de la puerta AND con la tabla de verdad.

Puerta AND y tabla de verdad
Tabla de verdad y compuerta AND

Puerta NOT

La puerta NOT es un tipo de puerta lógica digital con una sola entrada y, en función de la entrada, la salida se invertirá. Por ejemplo, si la entrada de la puerta NOT es alta, la salida será baja. A continuación se muestra el diagrama lógico de la puerta NOT con la tabla de verdad. Utilizando este tipo de puerta lógica, podemos ejecutar puertas NAND y NOR.

Puerta NOT y tabla de verdad
Puerta NOT y tabla de verdad

Puerta Ex-OR

La puerta OR exclusiva o EX-OR es un tipo de puerta lógica digital con 2 entradas y una salida. El funcionamiento de esta puerta lógica depende de la puerta OR. Si alguna de las entradas de esta puerta es alta, la salida de la puerta EX-OR será alta. El símbolo y la tabla de verdad de la EX-OR se muestran a continuación.

Puerta XOR y tabla de verdad
Puerta XOR y tabla de verdad

Circuito de medio sustracción con puerta Nand

El diseño del sustractor puede realizarse utilizando puertas lógicas como la puerta NAND y la puerta Ex-OR. Para diseñar este circuito medio sustractor, tenemos que conocer los dos conceptos de diferencia y préstamo.

Circuito de medio sustractor con puertas lógicas
Circuito medio sustractor con puerta Nand

Si observamos con atención, está bastante claro que la variedad de operaciones que ejecuta este circuito está relacionada exactamente con la operación de la puerta EX-OR. Por lo tanto, podemos utilizar simplemente la puerta EX-OR para hacer la diferencia. Del mismo modo, el préstamo producido por el circuito sumador de la mitad se puede conseguir simplemente utilizando la mezcla de puertas lógicas como la puerta AND y la puerta NOT.

Este HS también se puede diseñar utilizando puertas NOR, para cuya construcción se necesitan 5 puertas NOR. El diagrama del circuito del medio sustractor utilizando puertas NOR se muestra como:

Medio sustractor con puertas NOR
Medio Sustractor con Puertas Nor

Tabla de verdad

Primer bit

Segundo BitDiferencia

(EX-OR Out)

Pide prestado

(NAND Out)

11

11

1

11

Código VHDL y Testbench

El código VHDL del medio sustractor se explica como sigue:

biblioteca IEEE;

usa IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;

use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

la entidad Medio_Sub1 es

Puerto ( a: en STD_LOGIC;

b: en STD_LOGIC;

HS_Diff: fuera STD_LOGIC;

HS_Préstamo: out STD_LOGIC);

end Media_Sub1;

arquitectura El comportamiento de Half_Sub1 es

empezar

HS_Diff<=a xor b;

HS_Préstamo<=(no a) y b;

El código del banco de pruebas para HS se explica a continuación:

BIBLIOTECA IEE;

USE ieee.std_logic_1164.ALL;

ENTIDAD HS_tb ES

END HS_tb;

ARQUITECTURA HS_tb DE HS_tb ES

COMPONENTE HS

PORT( a : IN std_logic;

b : IN std_logic;

HS_Diff : OUT std_logic;

HS_Préstamo : OUT std_logic

);

FIN DEL COMPONENTE;

señal a : std_logic := '0';

señal b : std_logic := '0';

señal HS_Diff : std_logic;

señal HS_Borrow : std_logic;

BEGIN

uut: MAPA DE PUERTOS HS (

a => a,

b => b,

HS_Diff => HS_Diff,

HS_borrow => HS_borrow

);

stim_proc: proceso

comenzar

a <= '0';

b <= '0';

espera 30 ns;

a <= '0';

b <= '1';

espera 30 ns;

a <= '1';

b <= '0';

espera 30 ns;

a <= '1';

b <= '1';

espera;

fin del proceso;

FIN;

Sustracción completa con medio sustracción

Un sustractor completo es un dispositivo combinacional que realiza la función de sustracción utilizando dos bits y es minuendo y sustraendo. El circuito considera el préstamo la salida anterior y tiene tres entradas con dos salidas. Las tres entradas son el minuendo, el sustraendo y la entrada recibida de la salida anterior que es el préstamo y las dos salidas son la diferencia y el préstamo.

Diagrama lógico del sustractor completo
Diagrama lógico del sustractor completo

La tabla de verdad del sustractor completo es

EntradasSalidas
XYYinFS_DiffFS_Préstamo
111
111
111
11
11
11
11111

Con la tabla de verdad anterior, a continuación se muestra el diagrama lógico y el diagrama de circuitos para la implementación del sustractor completo utilizando medios sustractores:

Sustractor completo utilizando HS
Sustracción completa con HS

Ventajas y limitaciones del medio sustractor

Las ventajas del medio sustractor son

  • La implementación y construcción de este circuito es sencilla y fácil
  • Este circuito consume una potencia mínima en el procesamiento digital de señales
  • las funcionalidades computacionales se pueden realizar a mayor velocidad

Las limitaciones de este circuito combinacional son

Aunque hay amplias aplicaciones del medio restador en muchas operaciones y funcionalidades, hay algunas limitaciones y son:

  • Los circuitos del medio sustractor no aceptan el "préstamo" de las salidas anteriores, lo que constituye el inconveniente crucial de este circuito
  • Como muchas aplicaciones en tiempo real operan con la sustracción de un gran número de bits, los dispositivos de medio sustracción no tienen capacidad para sustraer muchos bits

Aplicaciones del medio sustractor

Las aplicaciones del medio sustractor son las siguientes

  • El medio sustractor se utiliza para reducir la fuerza de las señales de audio o radio
  • Se puede utilizar en los amplificadores para reducir la distorsión del sonido
  • El medio sustractor se utiliza en la ALU del procesador
  • Sirve para aumentar y disminuir los operadores y también para calcular las direcciones
  • El medio sustractor se utiliza para restar los números de la columna menos significativa. Para la sustracción de números de varios dígitos, se puede utilizar para el LSB.

Por lo tanto, a partir de la teoría del medio sustractor anterior, por fin, podemos cerrar que utilizando este circuito podemos restar de un bit binario a otro para proporcionar las salidas como la Diferencia y el Préstamo. Del mismo modo, podemos diseñar el medio sustractor utilizando el circuito de puertas NAND y el de puertas NOR. Los otros conceptos que hay que conocer son qué es el código verilog del medio sustractor ¿y cómo se puede dibujar el diagrama esquemático RTL?

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