Συναρτήσεων Boole. Η Μέθοδος του Χάρτη

Σχετικά έγγραφα
Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Φυσικής Εργαστήριο Ηλεκτρονικής. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Απλοποίηση Συναρτήσεων Boole. Επιμέλεια Διαφανειών: Δ.

3 η Θεµατική Ενότητα : Απλοποίηση Συναρτήσεων Boole. Επιµέλεια διαφανειών: Χρ. Καβουσιανός

3. Απλοποίηση Συναρτήσεων Boole

ΨΗΦΙΑΚΗ ΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕ ΙΑΣΗ

Ενότητα 5 ΑΠΛΟΠΟΙΗΣΗ ΛΟΓΙΚΩΝ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΩΝ ΔΥΟ ΕΠΙΠΕΔΩΝ

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών. Ψηφιακή Σχεδίαση

Επανάληψη Βασικών Στοιχείων Ψηφιακής Λογικής

Ελίνα Μακρή

Γ2.1 Στοιχεία Αρχιτεκτονικής. Γ Λυκείου Κατεύθυνσης

2 η Θεµατική Ενότητα : Άλγεβρα Boole και Λογικές Πύλες. Βασικοί Ορισµοί

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. Χειµερινό Εξάµηνο ΔΙΑΛΕΞΗ 3: Αλγοριθµική Ελαχιστοποίηση (Quine-McCluskey, tabular method)

Πρόγραμμα Επικαιροποίησης Γνώσεων Αποφοίτων

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΨΗΦΙΑΚΗ ΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕ ΙΑΣΗ

2 η Θεµατική Ενότητα : Άλγεβρα Boole και Λογικές Πύλες. Επιµέλεια διαφανειών: Χρ. Καβουσιανός

ΗΜΥ-210: Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων Χειμερινό Εξάμηνο 2008

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Φυσικής Εργαστήριο Ηλεκτρονικής. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Άλγεβρα Boole και Λογικές Πύλες 2. Επιμέλεια Διαφανειών: Δ.

ΗΜΥ 210: Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων Σεπτέμβριος 10. Συνδιαστικά Λογικά Κυκλώματα 1

Πρόγραμμα Επικαιροποίησης Γνώσεων Αποφοίτων

Δυαδικές συναρτήσεις Άλγεβρα Boole Λογικά διαγράμματα

5.2 ΑΠΛΟΠΟΙΗΣΗ ΜΕ ΤΗΝ ΜΕΘΟΔΟ ΚΑΤΑΤΑΞΗΣ ΣΕ ΠΙΝΑΚΑ

ΑΣΠΑΙΤΕ Εργαστήριο Ψηφιακών Συστημάτων & Μικροϋπολογιστών Εργαστηριακές Ασκήσεις για το μάθημα «Λογική Σχεδίαση» ΑΣΚΗΣΗ 3 ΠΙΝΑΚΕΣ KARNAUGH

ΗΜΥ-210: Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων Χειμερινό Εξάμηνο 2008

ΗΜΥ 210: Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων Χειμερινό Εξάμηνο Σεπτέμβριος 09 Συνδιαστικά Λογικά Κυκλώματα. Διδάσκουσα: Μαρία Κ.

Κεφάλαιο 4. Λογική Σχεδίαση

Διδάσκουσα: Μαρία Κ. Μιχαήλ. Πανεπιστήμιο Κύπρου Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

ΜΕΡΟΣ 1 ο : Δυαδικές συναρτήσεις Άλγεβρα Boole Λογικά διαγράμματα

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

2 η Θεµατική Ενότητα : Άλγεβρα Boole και Λογικές Πύλες

ΗΜΥ 210: Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων Σεπτέμβριος 10. Κεφάλαιο 2: Συνδιαστικά Λογικά Κυκλώματα (Ελαχιστοποίηση με Κατάταξη σε Πίνακα) 1

Ψηφιακά Συστήματα. 5. Απλοποίηση με χάρτες Karnaugh

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Λογική Σχεδίαση Ψηφιακών Συστημάτων

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ

2. Άλγεβρα Boole και Λογικές Πύλες

Ψηφιακά Συστήματα. 4. Άλγεβρα Boole & Τεχνικές Σχεδίασης Λογικών Κυκλωμάτων

ΨΗΦΙΑΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ. ιδάσκων : ρ. Β. ΒΑΛΑΜΟΝΤΕΣ. Πύλες - Άλγεβρα Boole 1

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Φυσικής Εργαστήριο Ηλεκτρονικής. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Συνδυαστική Λογική. Επιμέλεια Διαφανειών: Δ.

Ενότητα 4 ΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ ΛΟΓΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΔΥΟ ΕΠΙΠΕΔΩΝ

ΨΗΦΙΑΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 3

Κυκλώµατα µε MSI. υαδικός Αθροιστής & Αφαιρέτης

Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων ΗΜΥ211

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ (Τ.Ε.Ι.) ΚΡΗΤΗΣ Τμήμα Εφαρμοσμένης Πληροφορικής & Πολυμέσων. Ψηφιακή Σχεδίαση. Κεφάλαιο 2: Συνδυαστικά Λογικά

Η κανονική μορφή της συνάρτησης που υλοποιείται με τον προηγούμενο πίνακα αληθείας σε μορφή ελαχιστόρων είναι η Q = [A].

Ηλεκτρονικοί Υπολογιστές ΙΙ

Αρχιτεκτονικές Υπολογιστών BOOLEAN ALGEBRA

4 η Θεµατική Ενότητα : Συνδυαστική Λογική. Επιµέλεια διαφανειών: Χρ. Καβουσιανός

Λογική Σχεδίαση. Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεματικής Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο Αθηνών. Διδάσκων: Θωμάς Καμαλάκης

Απλοποίηση λογικών συναρτήσεων. URL:

ΣΧΟΛΗ ΑΣΠΑΙΤΕ ΤΜΗΜΑ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ & ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

100 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΜΕ ΤΙΣ ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΕΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΨΗΦΙΑΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ

ΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ Ι ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΥ 2010

Κεφάλαιο 5. Λογικά κυκλώματα

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών. Ψηφιακή Σχεδίαση

Συνδυαστικά Λογικά Κυκλώματα

PLD. Εισαγωγή. 5 η Θεµατική Ενότητα : Συνδυαστικά. PLAs. PLDs FPGAs

Ψηφιακά Συστήματα. 6. Σχεδίαση Συνδυαστικών Κυκλωμάτων

5. ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΠΛΟΠΟΙΗΣΗΣ

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Ψηφιακή Σχεδίαση Εργαστήριο Τ.Ε.Ι. ΚΡΗΤΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜ. ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΧΕΙΜΕΡΙΝΟ ΕΞΑΜΗΝΟ

K24 Ψηφιακά Ηλεκτρονικά 4: Σχεδίαση Συνδυαστικών Κυκλωμάτων

( 1) R s S. R o. r D + -

Βοηθητικές Σημειώσεις στη ΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ

4. ΝΟΜΟΙ ΔΥΑΔΙΚΗΣ ΑΛΓΕΒΡΑΣ

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

5. ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΠΛΟΠΟΙΗΣΗΣ

ΗΜΥ-210: Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων

Λογικές πύλες: Οι στοιχειώδεις δομικοί λίθοι των κυκλωμάτων

2 η Θεµατική Ενότητα : Σύνθετα Συνδυαστικά Κυκλώµατα. Επιµέλεια διαφανειών: Χρ. Καβουσιανός

ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΞEΙΔΙΚΕΥΣΕΙΣ ΣΕ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΚΑΙ ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο Αλγεβρα BOOLE και Λογικές Πύλες

6. Σχεδίαση Κυκλωμάτων Λογικής Κόμβων (ΚΑΙ), (Η)

ΓΡΑΠΤΕΣ ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΜΑΪΟΥ/ΙΟΥΝΙΟΥ 2014

4.1 Θεωρητική εισαγωγή

Εισαγωγή στα Ψηφιακά Συστήματα

Κεφάλαιο 2. Ψηφιακή Σχεδίαση

Σύνθεση σε Λογικό Επίπεδο

K15 Ψηφιακή Λογική Σχεδίαση 6: Λογικές πύλες και λογικά κυκλώματα

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

9. OIΚΟΥΜΕΝΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΕΙΣΟ ΩΝ

Περίληψη ΗΜΥ-210: Λογικός Σχεδιασµός. Λογικές Πύλες. BUFFER, NAND και NOR. ΗΜΥ 210: Λογικός Σχεδιασµός, Εαρινό Εξάµηνο 2005

ΑΣΚΗΣΗ 3 ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΑ ΛΟΓΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ: ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΗ

ΗΜΥ 210: Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων. Συνδυαστική Λογική / Κυκλώματα

Αλγεβρικες οµες Ι Ασκησεις - Φυλλαδιο 2

6. ΟΙΚΟΥΜΕΝΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ

ΨΗΦΙΑΚΗ ΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕ ΙΑΣΗ

Εισαγωγή στην Πληροφορική

ProapaitoÔmenec gn seic.

Μετατροπή δυαδικών αριθμών

K15 Ψηφιακή Λογική Σχεδίαση 7-8: Ανάλυση και σύνθεση συνδυαστικών λογικών κυκλωμάτων

C D C D C D C D A B

ΑΣΚΗΣΗ 4 ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΛΟΓΙΚΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ

Εισαγωγή. Συνδυαστικά: Οι έξοδοι είναι συνάρτηση των εισόδων

Ελίνα Μακρή

Συνδυαστικά Κυκλώματα

Οικουμενικές Πύλες (ΝΑΝD NOR), Πύλη αποκλειστικού Η (XOR) και Χρήση KarnaughMaps

K24 Ψηφιακά Ηλεκτρονικά 6: Πολυπλέκτες/Αποπολυπλέκτες

Ε π ι μ έ λ ε ι α Κ Ο Λ Λ Α Σ Α Ν Τ Ω Ν Η Σ

e-book ΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

a 11 a 1n b 1 a m1 a mn b n

Transcript:

3 η Θεµατική Ενότητα : Απλοποίηση Συναρτήσεων Boole m 0 m x y x y m 2 m 3 xy xy Η Μέθοδος του Χάρτη H Αλγεβρική Έκφραση µίας συνάρτησης δεν είναι µοναδική. Στόχος η εύρεση της µικρότερης. Απαιτείται συστηµατική µέθοδος. Κώδικας Gray y x 0 y x 0 y x 0 x 00 0 0 0 0 x y z x y z x x xy x+y xy z xy z x x Κάθε δύο γειτονικά τετράγωνα διαφέρουν σε µία µεταβλητή (κανονική/ συµπληρ.) ιαγραφή µεταβλητής και απλοποίηση αθροίσµατος Πχ. m 5 +m 7 =xy z+x = xz(y +y) = xz F(x,y,z)=Σ(2,3,4,5) x 0 00 F(x,y,z)=x y+xy Απλοποίηση Συναρτήσεων Βoole 2

Χάρτης Τεσσάρων Μεταβλητών Κάθε 2 n γειτονικά τετράγωνα διαφέρουν σε n µεταβλητές Η πάνω ακµή ακουµπάει στην κάτω και η δεξιά στην αριστερή (γειτονικότητα) 00 F(w,x,y,z)=Σ(0,, 2, 4, 5, 6, 8, 9, 2, 3, 4) F(w,x,y,z)=y +w z +xz wx 00 0 0 Απλοποίηση Συναρτήσεων Βoole 3 Prime Implicants Prime Implicant: ένα γινόµενο παραγόντων που σχηµατίζεται συνδυάζοντας τον µεγαλύτερο δυνατό αριθµό γειτονικών τετραγώνων. Ουσιώδης Prime Implicant: όταν καλύπτει ένα ελαχιστόρο που δεν καλύπτει κανένας άλλος prime implicant F(A, B, C, D)=Σ(0, 2, 3, 5, 7, 8, 9, 0,, 3, 5) CD C AB 00 00 0 A 0 D Ουσ. PI: BD, B D B CD C AB 00 00 0 A 0 D PI: CD, B C, AD, AB B m 3 : CD, B C m 9 : AD, AB m : CD, B C, AD, AB F=(BD+B D )+ (CD+AD) or (CD + AB ) or (B C+ AD) or (B C+AB ) Απλοποίηση Συναρτήσεων Βoole 4

Χάρτης 5 µεταβλητών Απλοποίηση Συναρτήσεων Βoole 5 Απλοποίηση Γινοµένων Αθροισµάτων Φτιάχνουµε τον χάρτη της F, συνδυάζουµε τα 0 για την F, αντιστρέφουµε την F µε το θεώρηµα De Morgan CD C AB 00 00 0 A 0 D F(A,B,C,D)=Σ(,2,5,8,9,0), F=B D +B C +A C D 0 F =AB+CD+BD, F=(A +B )(C +D )(B +D) B Απλοποίηση Συναρτήσεων Βoole 6

Γινοµένα Αθροισµ./Αθροίσµατα Γινοµένων Η διαδικασία αυτή ισχύει είτε η F δίνεται ως άθροισµα ελαχιστόρων είτε ως γινόµενο µεγιστόρων. Έστω F(x,y,z)=Π(0,2,5,7)=Μ 0 Μ 2 Μ 5 Μ 7 =(x+y+z)(x+y +z)(x +y+z )(x +y +z ) Τότε σύµφωνα µε τα γνωστά F=Σ(,3,4,6) x y z F 0 0 0 0 0 0 x 0 00 0 0 F=x z+xz 0 0 F =xz+x z ή F=(x +z )(x+z) Άσσοι: ελαχιστόροι Μηδενικά: µεγιστόροι Απλοποίηση Συναρτήσεων Βoole 7 Υλοποίηση µε πύλες Όχι-Και & Ούτε Οι πύλες Όχι-Και & Ούτε χρησιµοποιούνται πολύ συχνότερα από τις Και, Ή γιατί κατασκευάζονται ευκολότερα. Απλοποίηση Συναρτήσεων Βoole 8

Υλοποίηση µε πύλες Όχι-Και Πρέπει η F να είναι απλοποιηµένη σε άθροισµα γινοµένων.. Απλοποιούµε την συνάρτηση σε άθροισµα γινοµένων 2. Σχεδιάζουµε µια πύλη ΟΧΙ-ΚΑΙ για κάθε όρο γινοµένου µε > παράγοντες 3. Σχεδιάζουµε µία πύλη ΟΧΙ-ΚΑΙ στο δεύτερο επίπεδο 4. Όροι µε έναν παράγοντα χρησιµοποιούν αντιστροφέα Παράδειγµα. Υλοποίηση της συνάρτησης F=AB+CD+E µε πύλες ΌΧΙ-ΚΑΙ Απλοποίηση Συναρτήσεων Βoole 9 Υλοποίηση µε πύλες ΟΥΤΕ Η συνάρτηση ΟΥΤΕ είναι το δυϊκό της ΌΧΙ-ΚΑΙ και άρα οι κανόνες µετατροπής είναι δυϊκοί Πρέπει η F να είναι απλοποιηµένη σε γινόµενο αθροισµάτων. Απλοποίηση Συναρτήσεων Βoole 0

Άλλες ιεπίπεδες Υλοποιήσεις Όλες οι δυνατές λογικές πράξεις είναι οι ΚΑΙ, Η, ΌΧΙ-ΚΑΙ, ΟΥΤΕ. Άρα έχουµε 6 δι-επίπεδες υλοποίησεις, οι 8 εκφυλισµένες: ΚΑΙ-Η ΌΧΙ ΚΑΙ-ΌΧΙ ΚΑΙ ΟΥΤΕ-Η Η-ΌΧΙ ΚΑΙ Η-ΚΑΙ ΟΥΤΕ-ΟΥΤΕ ΌΧΙ ΚΑΙ-ΚΑΙ ΚΑΙ-ΟΥΤΕ Απλοποίηση Συναρτήσεων Βoole ΚΑΙ-ΟΥΤΕ ΌΧΙ ΚΑΙ-ΚΑΙ ΚΑΙ-ΟΥΤΕ ΌΧΙ ΚΑΙ-ΚΑΙ: F=(AB+CD+E) =(ΑΒ) (CD) E Η-ΌΧΙ ΚΑΙ ΟΥΤΕ Η: F=(A+B)(C+D)E) =(Α+Β) +(C+D) +E Απλοποίηση Συναρτήσεων Βoole 2

Συνθήκες Αδιαφορίας Συµβολίζονται µε Χ και αντιστοιχούν σε συνδυασµούς εισόδων που δεν ορίζονται για µία συνάρτηση. Π.χ. F(w,x,y,z)=Σ(,3,7,,5) µε συνθήκες αδιαφορίας 0,2,5 wx 00 0 0 00 Χ 0 Χ Χ 0 0 0 wx 00 0 0 00 Χ 0 Χ Χ 0 0 0 F=+w x =Σ(0,,2,3,7,,5) F=+w z= Σ(,3,5,7,,5) Οι αδιάφοροι όροι µπορούν να χρησιµοποιηθούν ως άσσοι ή µηδενικά ανάλογα µε την απλοποίηση που οδηγεί στο µικρότερο κύκλωµα Απλοποίηση Συναρτήσεων Βoole 3 Μέθοδος Κατάταξης σε Πίνακα Ο χάρτης είναι βολικός για µικρό αριθµό µεταβλητών (5-6) και βασίζεται στην επιλογή µε το µάτι. Η µέθοδος κατάταξης σε πίνακα είναι αλγοριθµική (βήµατα) και αυτοµατοποιήσιµη για υλοποίηση σε υπολογιστή (Quine-McCluskey). Οµαδοποίηση δυαδικών αναπαρ. ελαχιστόρων µε βάση αριθµό άσσων Βήµατα: Συνδυασµός ελαχιστόρων που διαφέρουν σε µία µόνο µεταβλητή ( απαλοιφή της µεταβλητής) και µαρκάρισµα χρησιµοποιηµένων Οι µη µαρκαρισµένοι συνδυασµοί αποτελούν τους Prime Implicants το άθροισµα των οποίων δίνει την ελαχιστοποιηµένη (?) συνάρτηση Όταν το άθροισµα των Prime Implicants δεν δίνει την ελαχιστοποιηµένη συνάρτηση πρέπει να γίνει κατάλληλη επιλογή µε αλγόριθµο. Απλοποίηση Συναρτήσεων Βoole 4

Μέθοδος Κατάταξης σε Πίνακα F=Σ(0,,2,8,0,,4,5) F=w x y +x z +wy Απλοποίηση Συναρτήσεων Βoole 5 Επιλογή των Prime Implicants Στόχος: Η επιλογή των ελάχιστων Prime Implicants που καλύπτουν όλους τους ελαχιστόρους Οι Prime Implicants που καλύπτουν ελαχιστόρους που δεν καλύπτονται από άλλους ελαχιστόρους ονοµάζονται Oυσιώδεις Prime Implicants και πρέπει να συµπεριληφθούν οπωσδήποτε Απλοποίηση Συναρτήσεων Βoole 6