Слайд 21. Логические функции
Логический нуль – лог.0
Логическая единица – лог.1
Функции алгебры
логики – функция и ее аргументы могут принимать значения лог.0
и лог.1.
Устройства, предназначенные для формирования функций алгебры логики, называются логическими устройствами или цифровыми устройствами.
Слайд 3Способы задания логических функций
Два способа
Аналитический
Запись формулой
Табличный
Таблицы значений функции
Слайд 4Способы задания логических функций
Функция алгебры логики одного или двух аргументов,
в логическом выражении которой содержится не более одной логической операции,
называется элементарной.
Для технической реализации алгебры логики используются схемы, которые называются логическими элементами.
Слайд 5Элементарные функции
Существуют 4 элементарных функции алгебры логики 1 аргумента и
16 элементарных функций 2-х аргументов.
Таблица истинности для логический функций одного
аргумента
Слайд 6Элементарные функции
Таблица истинности функций двух аргументов
Слайд 74 функции одного аргумента
1) f0(x) = 0 – константа нуля
Реализуется
генератором нуля
- соединение провода на землю (заземление)
2) f1(x) = х
– повторение
Реализуется повторителем
3) f3(x) = 1 – константа единицы. Реализуется генератором единицы
4) f4(x) = х – инверсия (логическое отрицание). Реализуется элементом НЕ
1
инверсия
х
y
En
Слайд 8Таблица истинности функций двух аргументов
Слайд 92. Основные логические операции
И – логическое умножение,
ИЛИ – логическое сложение,
НЕ – логическое отрицание.
Простые высказывания могут быть связаны между собой
словами И, ИЛИ, НЕ. Получившееся высказывание – сложное высказывание.
Слайд 10Логическое сложение (дизъюнкция)
Таблица истинности:
Обозначение: , +
УГО:
Реализуется логическим элементом ИЛИ
Слайд 11Логическое умножение (конъюнкция)
Реализуется логическим элементом И
Таблица истинности:
Обозначение: & , ,
· , x – математическим знаком умножения или опуская его.
УГО:
Слайд 12Логическое отрицание (инверсия)
Реализуется логическим элементом НЕ
Таблица истинности:
УГО:
Обозначение: ¬A, Ā.
Если
А – истинное высказывание, то ¬A – ложное высказывание, и
наоборот.
Слайд 13Стрелка Пирса
Реализуется логическим элементом ИЛИ-НЕ.
Таблица истинности:
Обозначение: X
↓ Y,
УГО:
1
Слайд 14Штрих Шеффера
Реализуется логическим элементом И-НЕ.
Таблица истинности:
Обозначение:
X | Y ,
УГО:
Слайд 15Исключающее ИЛИ (сложение по модулю 2)
Таблица истинности:
Обозначение: X
Y
УГО:
+
=1
Слайд 16Логическая равнозначность (эквиваленция)
Таблица истинности:
УГО:
=1
Обозначение: ≡ , ↔,
Слайд 17Импликация
Таблица истинности:
Обозначение: ,
A B = Y
A
B = Y
Таблица истинности:
Обозначение: , ,
A
B = Y
A B = Y
A B = Y
Запрет (отрицание импликации)
Слайд 18Условно-графическое обозначение
x1
x2
x3
F=x1x2x3=
= x1x2x3
&
&
1
x1
x3
x2
x4
x1
x2
F = x1x2
&
x1
x2
F=x1x2
1
x1
x2
=1
F = x1x2
x1
x2
&
F = x1
x2
Слайд 19Приоритет выполнения логических операций
(если нет скобок)
Слайд 20Пример
Упростить заданное выражение:
ABC→CA~B CA
Последовательность выполнения логических операций:
(((A)(BC))→(CA))~((BC)A)
1 3
2 5 4
8 6 7
ABC→CA~B C A
Слайд 21Алгоритм построения таблиц истинности для сложных выражений
Определить количество строк:
количество строк
= 2n + строка для заголовка,
n - количество простых высказываний.
Определить количество столбцов:
количество
столбцов = количество переменных + количество логических операций;
определить количество переменных (простых выражений);
определить количество логических операций и последовательность их выполнения.
Заполнить столбцы результатами выполнения логических операций в обозначенной последовательности с учетом таблиц истинности основных логических операций.
Слайд 22Пример
Составить таблицу истинности логического выражения:
D = А (B C).
Решение.
Определить количество строк: n=3 и количество строк = 23 +1 =
9.
Определить количество столбцов: 6
простые выражения (переменные): А, В, С;
промежуточные результаты (логические операции):
А - инверсия (обозначим через E);
B C - операция дизъюнкции (обозначим через F);
а также искомое окончательное значение арифметического выражения:
D = А (B C). т.е. D = E F - это операция конъюнкции.
Слайд 23Заполнить столбцы с учетом таблиц истинности логических операций.
Слайд 24Доказать справедливость тождества
A ˅ B ˄ C = (A ˅
B) ˄ (A ˅ C)
Пример
Слайд 25Алгоритм построение логических схем
Определить число логических переменных.
Определить количество базовых логических
операций и их порядок.
Изобразить для каждой логической операции соответствующий ей
элемент.
Соединить элементы в порядке выполнения логических операций.
Слайд 26Логическая функция: Y = a ˅ b ˄ c
Логическая схема
для данной функции:
Алгоритм построение логических схем
a
b
c
Y = a ˅ b
˄ c
b ˄ c
&
И
1
ИЛИ
Слайд 27Пример
Определить сигнал на выходе
1
0
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
0
0
Слайд 283. Свойства логических операций.
Аксиомы алгебры логики
Конъюнкция
0 ˄ 0 = 0
0
˄ 1 = 0
1 ˄ 0 = 0
1 ˄ 1
= 1
Дизъюнкция
0 0 = 0
0 1 = 1
1 0 = 1
1 1 = 1
Инверсия
если х = 0, то х = 1
если х = 1, то х = 0
Слайд 29Свойства логических операций.
Теоремы алгебры логики
1. Теоремы исключения констант
х 1
= 1 х ˄ 1 = х
х 0 =
х х ˄ 0 = 0
2.Теоремы повторения
х х = х х ˄ х = х
для n-переменных:
х х … х = х
х ˄ х ˄…˄ х = х
3.Теорема противоречия
х ˄ х = 0
4.Теорема «исключенного третьего»
х х = 1
4.Теорема двойного отрицания
х = х
1 = 0 = 1
Слайд 30Свойства логических операций.
Законы алгебры логики
1. Сочетательный (ассоциативный)
х1 ˅ (х2 ˅
х3) = (х1 ˅ х2) ˅ х3
х1 ˄ (х2 ˄
х3) = (х1 ˄ х2) ˄ х3
2. Переместительный (коммутативный)
х1 ˅ х2 = х2 ˅ х1
х1 ˄ х2 = х2 ˄ х1
3. Распределительный (дистрибутивный)
(х1 ˅ х2) ˄ х3 = (х1 ˄ х3) ˅ (х2 ˄ х3)
(х1 ˄ х2) ˅ х3 = (х1 ˅ х3) ˄ (х2 ˅ х3)
Слайд 314. Законы де Моргана (Закон общей инверсии)
х1 ˅ х2 =
х1 ˄ х2 х1 ˅ х2 = х1 ˄
х2
х1 ˄ х2 = х1 ˅ х2 х1 ˄ х2 = х1 ˅ х2
5. Закон поглощения
х1 ˅ (х1 ˄ х2 )= х1
х1 ˄ (х1 ˅ х2 )= х1
6. Закон склеивания
(х1 ˄ х2) ˅ (х1 ˄ х2) = х1
(х1 ˅ х3) ˄ (х1 ˅ х2) = х1
Свойства логических операций.
Законы алгебры логики
Слайд 32Формулы де Моргана
Левая часть обращается в лог.1 только в том
случае, если:
Для этого:
и
Правая часть обращается в лог.1 только при:
и
При остальных наборах значений переменных обе части будут лог.0
И правая и левая части обращаются в лог.0 при:
и
При остальных наборах значений переменных обе части равны лог.1
Слайд 33Правило применения формул де Моргана
Инверсия любого сложного выражения, в котором
аргументы (либо их инверсии) связаны операциями конъюнкции и дизъюнкции, может
быть представлена тем же выражением без инверсии с изменением всех знаков конъюнкции на знаки дизъюнкции, знаков дизъюнкции на знаки конъюнкции и инверсией всех аргументов.
х1 ˅ х2 · х3 ˅ х1 · х3 · х4 =
= х1 · (х2 ˅ х3 ) · (х1 ˅ х3 ˅ х4)
˅
˅
·
·
·
Слайд 344. Выражение элементарных функций через операции И, ИЛИ, НЕ.
Операция запрета
Слайд 35Выражение элементарных функций через операции И, ИЛИ, НЕ.
Сумма по модулю
Слайд 36Выражение элементарных функций через операции И, ИЛИ, НЕ.
Операция ИЛИ-НЕ
Слайд 37Выражение элементарных функций через операции И, ИЛИ, НЕ.
Логическая равнозначность
Импликация
Слайд 38Выражение элементарных функций через операции И, ИЛИ, НЕ.
Операция И-НЕ
Слайд 395. Базис
Базис – набор простейших логических функций, позволяющих реализовать любую
другую логическую функцию.
Минимальный базис – набор функций, исключение из которого
любой функции превращает полную систему функций в неполную.
Базис образуют функции И, ИЛИ, НЕ
Слайд 42Этапы синтеза
1. Синтез комбинационных цифровых устройств
Слайд 43Дизъюнктивная нормальная форма (ДНФ) содержит элементарные конъюнкции, связанные между собой
операцией дизъюнкции.
2. Совершенная дизъюнктивная нормальная форма (СДНФ)
Слайд 442. Совершенная дизъюнктивная нормальная форма (СДНФ)
нет двух одинаковых элементарных конъюнкций;
ни
одна элементарная конъюнкция не содержит двух одинаковых переменных;
ни одна элементарная
конъюнкция не содержит переменную вместе с ее инверсией;
все конъюнкции имеют один и тот же ранг.
Слайд 45Переход от ДНФ к СДНФ
Для перехода от ДНФ к СДНФ
необходимо в каждый из членов, в которых представлены не все
аргументы, ввести выражение вида
Слайд 47Правило записи СДНФ по таблице истинности
Выделить в таблице истинности все
наборы переменных, на которых функция принимает значения 1.
Для каждого выбранного
набора записать элементарные конъюнкции, содержащие без инверсии переменные, принимающие в соответствующем наборе значение 1 и с инверсией — переменные, принимающие значение 0.
Соединить элементарные конъюнкции знаком дизъюнкции.
Слайд 48Конъюнктивная нормальная форма (КНФ) содержит элементарные дизъюнкции, связанные между собой
операцией конъюнкции.
3. Совершенная конъюнктивная нормальная форма (СКНФ)
Слайд 49нет двух одинаковых элементарных конъюнкций;
ни одна элементарная конъюнкция не содержит
двух одинаковых переменных;
ни одна элементарная конъюнкция не содержит переменную вместе
с ее инверсией;
все конъюнкции имеют один и тот же ранг.
3. Совершенная конъюнктивная нормальная форма (СКНФ)
Слайд 50Переход от КНФ к СКНФ
Для перехода от ДНФ к СДНФ
необходимо в каждый из членов, в которых представлены не все
аргументы, ввести выражение вида
Слайд 51Правило записи СКНФ по таблице истинности
Выделить в таблице истинности все
наборы переменных, на которых функция принимает значения 0.
Для каждого выбранного
набора записать элементарные дизъюнкции, содержащие без инверсии переменные, принимающие в соответствующем наборе значение 0 и с инверсией — переменные, принимающие значение 1.
Соединить элементарные дизъюнкции знаком конъюнкции.
Слайд 524. Минимизация логических функций методом карт Вейча
Для функций двух аргументов
Для
функций трех аргументов
Для функций четырех аргументов
Число клеток карты равно числу
всех возможных наборов значений аргументов 2n (n – число аргументов функции)
11
10
01
00
110
111
010
011
101
100
001
000
1100
1110
1101
1111
1010
1000
1011
1001
0101
0111
0100
0110
0011
0001
0010
0000
Слайд 53Правила получения минимальной дизъюнктивной нормальной формы (МДНФ)
Все клетки, содержащие 1,
объединяются в замкнутые области. При этом каждая область представляет собой
прямоугольник с числом клеток 2k, где k = 0, 1, 2… . Допустимое число клеток в области – 1, 2, 4, 8… .
Проводится запись выражения МДНФ функции.
Слайд 544. Минимизация логических функций методом карт Вейча
Таблица истинности для логической
функции
1. Карта Вейча
2. Определение областей для минимизации функции
3. Записываем МДНФ:
Слайд 554. Минимизация логических функций методом карт Вейча. Примеры
Записать МДНФ для
функции, заданной картой Вейча
1) 2)
3) 4)
Слайд 56Синтез логических устройств в базисах ИЛИ-НЕ, И-НЕ
Слайд 57Синтез логического устройства в базисе ИЛИ-НЕ, реализующего функцию в таблице:
Карта
Вейча:
Минимальная КНФ функции:
Функция в базисе ИЛИ-НЕ
Слайд 59Синтез логического устройства в базисе И-НЕ, реализующего функцию в таблице:
Карта
Вейча:
Минимальная ДНФ функции:
Функция в базисе И-НЕ
Слайд 61Задание
Для функции f1, заданной таблицей истинности, найти МДНФ методом карт
Вейча. Построить структурную схему логического устройства в базисе И-НЕ
Для функции
f2, заданной таблицей истинности, найти МКНФ методом карт Вейча. Построить структурную схему логического устройства в базисе ИЛИ-НЕ