Απλοποίηση λογικών συναρτήσεων. URL:

Σχετικά έγγραφα
3. Απλοποίηση Συναρτήσεων Boole

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

Δυαδικά Συστήματα. URL:

Άλγεβρα Boole, λογικές συναρτήσεις και κυκλώματα. URL:

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

Ελίνα Μακρή

ΨΗΦΙΑΚΗ ΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕ ΙΑΣΗ

Επανάληψη Βασικών Στοιχείων Ψηφιακής Λογικής

Πρόγραμμα Επικαιροποίησης Γνώσεων Αποφοίτων

Δυαδικές συναρτήσεις Άλγεβρα Boole Λογικά διαγράμματα

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

ΜΕΡΟΣ 1 ο : Δυαδικές συναρτήσεις Άλγεβρα Boole Λογικά διαγράμματα

Γ2.1 Στοιχεία Αρχιτεκτονικής. Γ Λυκείου Κατεύθυνσης

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

Συνδυαστικά Λογικά Κυκλώματα

Εισαγωγικά. URL:

K24 Ψηφιακά Ηλεκτρονικά 4: Σχεδίαση Συνδυαστικών Κυκλωμάτων

Κεφάλαιο 4. Λογική Σχεδίαση

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

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Πρόγραμμα Επικαιροποίησης Γνώσεων Αποφοίτων

ΨΗΦΙΑΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 3

ΑΣΚΗΣΗ 3 ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΑ ΛΟΓΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ: ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΗ

Ενότητα 5 ΑΠΛΟΠΟΙΗΣΗ ΛΟΓΙΚΩΝ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΩΝ ΔΥΟ ΕΠΙΠΕΔΩΝ

100 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΜΕ ΤΙΣ ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΕΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΨΗΦΙΑΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ

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

Παράσταση αριθμών «κινητής υποδιαστολής» floating point

Συναρτήσεων Boole. Η Μέθοδος του Χάρτη

ΗΜΥ-210: Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων

Λογικές πύλες: Οι στοιχειώδεις δομικοί λίθοι των κυκλωμάτων

9. OIΚΟΥΜΕΝΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΕΙΣΟ ΩΝ

Λογική Σχεδίαση Ψηφιακών Συστημάτων

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ

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

ΗΜΥ 210: Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων. Συνδυαστική Λογική / Κυκλώματα

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

5. ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΠΛΟΠΟΙΗΣΗΣ

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

ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΞEΙΔΙΚΕΥΣΕΙΣ ΣΕ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΚΑΙ ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

5. ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΠΛΟΠΟΙΗΣΗΣ

ΑΣΚΗΣΗ 4 ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΛΟΓΙΚΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ

Εισαγωγή στις Φυσικές Επιστήμες (ΦΥΕ14) Περίοδος ΕΡΓΑΣΙΑ 1 η. Τότε r r b c. και ( )

ΨΗΦΙΑΚΗ ΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕ ΙΑΣΗ

e-book ΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

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

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

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Αρχιτεκτονικές Υπολογιστών BOOLEAN ALGEBRA

M 2. T = 1 + κ 1. p = 1 + κ 1 ] κ. ρ = 1 + κ 1 ] 1. 2 κ + 1

Ψηφιακά Συστήματα. 6. Σχεδίαση Συνδυαστικών Κυκλωμάτων

Ψηφιακά Συστήματα. 5. Απλοποίηση με χάρτες Karnaugh

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

4.1 Θεωρητική εισαγωγή

Ενότητα 8 Η ΠΥΛΗ XOR ΚΑΙ ΟΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΚΩΔΙΚΟΠΟΙΗΣΗ

Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων ΗΜΥ211

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

ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ. Κεφάλαιο 3

Εισαγωγή στους Ηλεκτρονικούς Υπολογιστές

Ελίνα Μακρή

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

K15 Ψηφιακή Λογική Σχεδίαση 6: Λογικές πύλες και λογικά κυκλώματα

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

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

2. Άλγεβρα Boole και Λογικές Πύλες

f(x, y, z) = y z + xz

Ενότητα 4 ΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ ΛΟΓΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΔΥΟ ΕΠΙΠΕΔΩΝ

Συνδυαστικά Κυκλώματα

Περιεχόμενα. Πρώτο Κεφάλαιο. Εισαγωγή στα Ψηφιακά Συστήματα. Δεύτερο Κεφάλαιο. Αριθμητικά Συστήματα Κώδικες

Εισαγωγή στην Πληροφορική

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΡΙΘΜΩΝ ΚΑΙ ΚΩ ΙΚΕΣ 1

4. ΝΟΜΟΙ ΔΥΑΔΙΚΗΣ ΑΛΓΕΒΡΑΣ

Αναλογικά & Ψηφιακά Κυκλώματα ιαφάνειες Μαθήματος ρ. Μηχ. Μαραβελάκης Εμ.

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

ÈÖÓ Ö ÑÑ Ò ÑÓÖ Û ÈÖÓÔØÙÕ ÛÒ ËÔÓÙ ÛÒ ÌÑ Ñ ØÓ Å Ñ Ø ÛÒ È Ò Ô Ø Ñ Ó È ØÖÛÒ Å Ñ Û Ø Ò Ô Ø Ñ ØÛÒ ÍÔÓÐÓ ØôÒ

Θα εμφανίσει την τιμή 232 αντί της ακριβούς

Μετατροπή δυαδικών αριθμών

Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Επίδοση Υπολογιστικών Συστημάτων. Α.-Γ. Σταφυλοπάτης.

Γενικά Στοιχεία Ηλεκτρονικού Υπολογιστή

Βοηθητικές Σημειώσεις στη ΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ

K24 Ψηφιακά Ηλεκτρονικά 6: Πολυπλέκτες/Αποπολυπλέκτες

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

Εισαγωγή στα Ψηφιακά Συστήματα

a -j a 5 a 4 a 3 a 2 a 1 a 0, a -1 a -2 a -3

ΨΗΦΙΑΚΗ ΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕ ΙΑΣΗ

5.1 Θεωρητική εισαγωγή

Ηλεκτρονική Μάθημα VIΙ Ψηφιακά Κυκλώματα Ψηφιακή Λογική. Καθηγητής Αντώνιος Γαστεράτος Τμήμα Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης, Δ.Π.Θ.

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

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο Αλγεβρα BOOLE και Λογικές Πύλες

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

Αριθμητική Ανάλυση & Εφαρμογές

ΗΜΥ-210: Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων Χειμερινό Εξάμηνο 2008

Λογική Σχεδίαση Ι - Εξεταστική Φεβρουαρίου 2013 Διάρκεια εξέτασης : 160 Ονοματεπώνυμο : Α. Μ. Έτος σπουδών:

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Κεφάλαιο 5. Λογικά κυκλώματα

επανενεργοποιηθεί Βιομηχανικά Ηλεκτρονικά - Κ.Ι.Κυριακόπουλος Control Systems Laboratory

v w = v = pr w v = v cos(v,w) = v w

Αθροιστές. Ημιαθροιστής

K15 Ψηφιακή Λογική Σχεδίαση 4+5: Άλγεβρα Boole

C D C D C D C D A B

Transcript:

Ø ÖÓ Ü Ñ ÒÓ ÓØ Απλοποίηση λογικών συναρτήσεων ôö Ó Éº Ð Ü Ò Ö ÔÓÙÐÓ Ä ØÓÖ Èº º ¼» ¼ e-mail: alexandg@uop.gr URL: http://users.iit.demokritos.gr/~alexandg ÌÑ Ñ Ô Ø Ñ Ì ÕÒÓÐÓ Ì Ð Ô Ó ÒÛÒ ôò

È Ö Õ Ñ Ò É ÖØ Karnaugh ½ ¾ Χάρτες Karnaugh Η μέθοδος του Χάρτη Karnaugh Πρωτεύοντες Οροι Απλοποίηση Γινομένου Αθροισμάτων Υλοποιήσεις Δύο επιπέδων Συνθήκες Αδιαφορίας Υλοποίηση με Πύλες NAND και NOR Υλοποίηση Δύο Επιπέδων με Πύλες NAND και NOR ΗΣυνάρτηση XOR Κώδικες Εντοπισμού και Διόρθωσης Σφαλμάτων

Û É ÖØ Karnaugh Κατά την ελαχιστοποίηση σε επίπεδο πυλών αναζητώ τη βέλτιστη υλοποίηση με πύλες των συναρτήσεων Boole Στην πράξη τα μεγάλα σύνολα εξισώσεων Boole ελαχιστοποιούνται αποτελεσματικά με τη χρήση υπολογιστών και συγκεκριμένα χρησιμοποιώντας εργαλεία σύνθεσης λογικών κυκλωμάτων Η σύνθεση βασίζεται στις μαθηματικές περιγραφές των κυκλωμάτων κι αποσκοπεί στην εύρεση μαθηματικών λύσεων στα προβλήματα ελαχιστοποίησης σε επίπεδο πυλών

Πολύπλοκη αλγεβρική έκφραση συνάρτησης Boole Πολύπλοκο ψηφιακό λογικό κύκλωμα Ενώ ο πίνακας αληθείας μιας συνάρτησης είναι μοναδικός, υπάρχουν πολλές διαφορετικές ισοδύναμες αλγεβρικές μορφές της συνάρτησης που περιγράφει, οι οποίες κι οδηγούν σε αυτόν Η μέθοδος του χάρτη Karnaugh αποτελεί μια απλή, εύκολη και συστηματική διαδικασία ελαχιστοποίησης των συναρτήσεων Boole Ο χάρτης Karnaugh είναι ένα γράφημα τετραγώνων, καθένα από τα οποίαπεριγράφειτουςελαχιστόρους m j, j =,,...,2 n,μιας συνάρτησης Boole n μεταβλητών

Στο χάρτη Karnaugh σημειώνονται με ένα οι ελαχιστόροι που εμφανίζονται σε μια συνάρτηση και με ένα όσοι δεν εμφανίζονται Ο χάρτης παρέχει, ουσιαστικά, μια οπτική απεικόνιση των ελαχιστόρων μιας συνάρτησης κι η μέθοδος του χάρτη βασίζεται στην αναγνώριση συγκεκριμένων διατάξεων ελαχιστόρων εντός του χάρτη Η απεικόνιση αυτή βοηθά στην εύρεση εναλλακτικών αλγεβρικών εκφράσεων μιας συνάρτησης, παρέχοντας τη δυνατότητα επιλογής της απλούστερης δυνατής Η Μέθοδος του Χάρτη Karnaugh Οι απλοποιημένες εκφράσεις που προκύπτουν με τη μέθοδο αυτή είναι εκφρασμένες σε μια εκ των πρότυπων μορφών!

Απλούστατη Αλγεβρική Εκφραση Η έκφραση που περιέχει τον ελάχιστο αριθμό όρων και το μικρότερο αριθμό παραγόντων σε κάθε όρο Η έκφραση αυτή οδηγεί σε κυκλωματικό διάγραμμα με τον ελάχιστο αριθμό πυλών και τον ελάχιστο αριθμό εισόδων σε κάθε πύλη Μοναδικότητα Απλούστατης Αλγεβρικής Εκφρασης Η απλούστατη έκφραση δεν είναι απαραίτητα και μοναδική!

É ÖØ Karnaugh Ó Å Ø Ð ØôÒ Για n = 2μεταβλητέςυπάρχουνοι m j με j =,,2,3 x y y m m x y x y m 2 m 3 x xy xy Παραδείγματα: Εκφράστεστοχάρτητη f(x,y) = xy Εκφράστεστοχάρτητη f(x,y) = x+y (f(x,y) = x(y +y )+y (x+x ) = xy +xy +x y )

É ÖØ Karnaugh ÌÖ ôò Å Ø Ð ØôÒ Για n = 3μεταβλητέςυπάρχουνοι m j με j =,,...,7 x yz y m m m 3 m 2 x y z x y z x yz x yz m 4 m 5 m 7 m 6 x xy z xy z xyz xyz z Οι ελαχιστόροι διατάσσονται στο χάρτη κατά μια σειρά που ακολουθεί την αρίθμηση του κώδικα Gray Δύο γειτονικά τετράγωνα αντιστοιχούν σε ελαχιστόρους που διαφέρουν κατά μόνο μια μεταβλητή, η οποία στον ένα ελαχιστόρο είναι τονισμένη και στον άλλο όχι

É ÖØ Karnaugh ÌÖ ôò Å Ø Ð ØôÒ x yz y m m m 3 m 2 x y z x y z x yz x yz m 4 m 5 m 7 m 6 x xy z xy z xyz xyz z Εάναθροίσωδύογειτονικάτετράγωνατουχάρτημε,η μεταβλητή στην οποία διαφέρουν απαλείφεται Γειτονικά είναι τα τετράγωνα που προκύπτουν οριζοντίως, καθέτως κι ενώνοντας την αριστερή και δεξιά πλευρά του χάρτη

ÔÐÓÔÓ ËÙÒ ÖØ ÛÒ ÌÖ ôò Å Ø Ð ØôÒ x yz y m m m 3 m 2 x y z x y z x yz x yz m 4 m 5 m 7 m 6 x xy z xy z xyz xyz z f (x,y,z) = (,,6,7) y x yz f 2 (x,y,z) = (3,4,6,7) y x yz x x z z

É ÖØ Karnaugh ÌÖ ôò Å Ø Ð ØôÒ Το πλήθος των γειτονικών τετραγώνων που μπορούν να συνδυαστούν είναιπάνταδύναμητου 2 Ενα τετράγωνο παριστάνει έναν ελαχιστόρο Δύο γειτονικά τετράγωνα παριστάνουν έναν όρο με δύο παράγοντες Τέσσερα γειτονικά τετράγωνα παριστάνουν έναν όρο με έναν παράγοντα Οκτώ γειτονικά τετράγωνα παριστάνουν μια συνάρτηση που είναι πάνταίσημε

ÔÐÓÔÓ ËÙÒ ÖØ ÌÖ ôò Å Ø Ð ØôÒ f(x,y,z) = (,3,4,5,6,7) x yz y x yz y x x f(x,y,z) = x z +xy +xy y x yz z f(x,y,z) = x z +x y x yz z x x f(x,y,z) = xz +z z f(x,y,z) = x+z z

ËÙÑÔÐ ÖÛ É ÖØ Karnaugh Εστω λογική συνάρτηση που δεν εκφρασμένη σε άθροισμα ελαχιστόρων ή γινόμενο μεγιστόρων Πώς συμπληρώνω το χάρτη Karnaugh για τη συνάρτηση αυτή; Προσπαθώ να γράψω τη συνάρτηση στη μορφή αθροίσματος γινομένων των μεταβλητών εισόδου της ή/και των συμπληρωμάτων τους Βρίσκω, κατά τα γνωστά, τον πίνακα αληθείας της

ËÙÑÔÐ ÖÛ É ÖØ Karnaugh Παράδειγμα: Εστωλογικήσυνάρτηση f(x,y,z) = xy +(x+z)y Κάνοντας τις πράξεις: f(x,y,z) = xy +xy +zy Συμπληρώνω κάθε όρο του αθροίσματος στο χάρτη Αφήνω ως έχουν ήδη συμπληρωμένα με τετράγωνακαιβάζω στακενά Τα τετράγωνα με είναι οι ελαχιστόροι τηςσυνάρτησης f(x,y,z) x y x yz z f(x,y,z) = (,4,5,6,7)

ËÙÑÔÐ ÖÛ É ÖØ Karnaugh Για την προηγούμενη συνάρτηση f(x,y,z) = xy +(x+z)y Ο πίνακας αληθείας της συνάρτησης: x yz y x Από τον πίνακα αυτό προκύπτει ότι f(x,y,z) = (,4,5,6,7) f(x,y,z) = (,4,5,6,7) z

É ÖØ Karnaugh Ì ÖÛÒ Å Ø Ð ØôÒ Για n = 4μεταβλητέςυπάρχουνοι m j με j =,,...,5 wx yz y m m m 3 m 2 w x y z w x y z w x yz w x yz m 4 m 5 m 7 m 6 w xy z w xy z w xyz w xyz x m 2 m 3 m 5 m 4 w wxy z wxy z wxyz wxyz m 8 m 9 m m wx y z wx y z wx yz wx yz z Επιπλέον, θεωρώ ότι η πάνω και κάτω πλευρά εφάπτονται, άρα τα τετράγωνά τους είναι γειτονικά

É ÖØ Karnaugh Ì ÖÛÒ Å Ø Ð ØôÒ Το πλήθος των γειτονικών τετραγώνων που μπορούν να συνδυαστούν είναιπάνταδύναμητου 2 Ενα τετράγωνο παριστάνει έναν ελαχιστόρο τεσσάρων παραγόντων Δύο γειτονικά τετράγωνα παριστάνουν έναν όρο με τρεις παράγοντες Τέσσερα γειτονικά τετράγωνα παριστάνουν έναν όρο με δύο παράγοντες Οκτώ γειτονικά τετράγωνα παριστάνουν έναν όρο με έναν παράγοντα Δέκα έξι γειτονικά τετράγωνα παριστάνουν μια συνάρτηση που είναιπάνταίσημε

ÔÐÓÔÓ ËÙÒ ÖØ Ì ÖÛÒ Å Ø Ð ØôÒ Παράδειγμα: Εστωηλογικήσυνάρτηση f(w,x,y,z) = (,,2,4,5,6,8,9,2,3,4) wx yz y x Λογικό κύκλωμα υλοποίησης της f(w,x,y,z) w f(x,y,z,w) = y +w z +xz z

ÔÐÓÔÓ ËÙÒ ÖØ Ì ÖÛÒ Å Ø Ð ØôÒ Παράδειγμα: Νααπλοποιηθείη f(w,x,y,z) = w x y +x yz +w xyz +wx y y wx yz Λογικό κύκλωμα υλοποίησης της f(w,x,y,z) x w f(w,x,y,z) = x z +x y +w yz z

É ÖØ Karnaugh È ÒØ Å Ø Ð ØôÒ Για n = 5μεταβλητέςυπάρχουνοι m j με j =,,...,3 x= x= yz wu w yz wu w m m m 3 m 2 m 6 m 7 m 9 m 8 m 4 m 5 m 7 m 6 z m 2 m 2 m 23 m 22 z y m 2 m 3 m 5 m 4 y m 28 m 29 m 3 m 3 m 8 m 9 m m m 24 m 25 m 27 m 26 u u Επιπλέον,θεωρώότικάθετετράγωνοτουχάρτημε x = γειτνιάζειμετοαντίστοιχότουστοχάρτημε x =

É ÖØ Karnaugh n Å Ø Ð ØôÒ Το πλήθος των γειτονικών τετραγώνων που μπορούν να συνδυαστούν είναιπάνταδύναμητου 2 Οποιαδήποτε 2 k, k =,,...,n,γειτονικάτετράγωναπαριστάνουν μιαπεριοχήπουαντιστοιχείσεέναναπλοποιημένοόρομε n k παράγοντες Για n = k,ηαπλοποιημένησυνάρτησηείναιπάνταίσημε

Η διαδικασία συνδυασμού τετραγώνων στο χάρτη Karnaugh γίνεται με πιο συστηματικό τρόπο χρησιμοποιώντας τους ακόλουθους δύο ειδικούς τύπους όρων: Ως πρωτεύων όρος χαρακτηρίζεται ο απλοποιημένος όρος γινομένου που παίρνω εάν συνδυάσω το μέγιστο πιθανό αριθμό γειτονικών τετραγώνων Ως θεμελιώδης πρωτεύων όρος χαρακτηρίζεται ο πρωτεύων όρος εκείνος που περιέχει ελαχιστόρο ο οποίος δεν καλύπτεται από άλλον πρωτεύοντα όρο Απλοποίηση Συνάρτησης με Πρωτεύοντες Ορους Χρησιμοποιώντας πρωτεύοντες όρους επιτυγχάνεται, ελαχιστοποίηση του κόστους υλοποίησης μιας συνάρτησης Πώς, όμως, βρίσκω τους πρωτεύοντες όρους μιας συνάρτησης;

Παράδειγμα: Εστωηf(w,x,y,z) = (,2,3,5,7,8,9,,,3,5) wx yz y Θεμελιώδεις Πρωτεύοντες Οροι: x z :μοναδικόςτρόποςσυμπερίληψης του m xz: μοναδικός τρόπος συμπερίληψης του m 5 w x z

Γιατην f(w,x,y,z) = (,2,3,5,7,8,9,,,3,5): Εναπομείναντες Ελαχιστόροι: Ο m 3 καλύπτεταιαπό yzή x y Ο m 9 καλύπτεταιαπό wzή wx Ο m καλύπτεταιαπόόλουςτου τέσσερεις πρωτεύοντες όρους f(w,x,y,z) =xz +x z +yz +wz =xz +x z +yz +wx =xz +x z +x y +wz =xz +x z +x y +wx wx yz y w z x

Απλοποίηση Συνάρτησης με Πρωτεύοντες Ορους Επιλέγω όλους τους θεμελιώδεις πρωτεύοντες όρους και κατόπιν καλύπτω τους εναπομείναντες ελαχιστόρους με το μικρότερο δυνατό αριθμό από πρωτεύοντες όρους Η ελαχιστοποίηση μιας συνάρτησης με πολλές μεταβλητές επιτυγχάνεται με τη μέθοδο κατάταξης σε πίνακα(μέθοδος Quine-McCluskey), η οποία παρέχει μια συστηματική κι αυτοποιημένη μεθοδολογία κατάλληλη για υλοποίηση σε υπολογιστή Βήμα : Προσδιορισμός των πρωτευόντων όρων της συνάρτησης Βήμα 2: Επιλογή εκείνων των πρωτευόντων όρων που δίνουν μια έκφραση με τον ελάχιστο αριθμό παραγόντων

ÍÐÓÔÓ Ó Ô Ô ÛÒ ËÙÒ ÓÖ Ελαχιστοποίηση με τη μέθοδο του χάρτη Karnaugh Εκφράσεις σε μορφές αθροισμάτων γινομένων Με ποιό τρόπο μπορώ να πάρω σε μορφή γινομένων αθροισμάτων; Εάν συνδυάσω τα γειτονικά στο χάρτη Karnaugh, παίρνω απλοιημένες εκφράσεις του συμπληρώματος της συνάρτησης που αναπαριστάται στο χάρτη Συμπληρώνω το προκύπτον συμπλήρωμα με βάση το γενικευμένο θεώρημα DeMorgan και καταλήγω αυτόματα στη ζητούμενη μορφή γινομένου αθροισμάτων

ÍÐÓÔÓ Ó Ô Ô ÛÒ ËÙÒ ÓÖ È Ö Ñ Παράδειγμα: Νααπλοποιηθείη f(w,x,y,z) = (,,2,5,8,9,) y wx yz Άθροισμα γινομένων f(w,x,y,z) = x z +x y +w y z w x Γινόμενο αθροισμάτων f (w,x,y,z) = wx+yz +xz f(w,x,y,z) = (w +x )(y +z )(x +z) z

ÍÐÓÔÓ Ó Ô Ô ÛÒ ÍÐÓÔÓ Ó Ô Ô ÛÒ ËÙÒ ÓÖ Συνάρτηση σε μια εκ των πρότυπων μορφών Υλοποίηση δύο επιπέδων ÄÓ ÐÛÑ ÙÐÓÔÓ Ø f(w,x,y,z) = x z + x y + w y z ÄÓ ÐÛÑ ÙÐÓÔÓ Ø f(w,x,y,z) = (w + x )(y + z )(x + z)

ËÙÒ ÓÖ ÍÐÓÔÓ Ó Ô Ô ÛÒ ËÙÒ ÓÖ Σε πρακτικές εφαρμογές οι συναρτήσεις ενδέχεται να μην προσδιορίζονται για συγκεκριμένους συνδυασμούς τιμών των μεταβλητών εισόδων τους, πχ κώδικας BCD Ατελώς Καθορισμένες Συναρτήσεις Οι απροσδιόριστοι ελαχιστόροι μιας συνάρτησης ονομάζονται συνθήκες αδιαφορίας και χρησιμοποιώ το σύμβολο X για να τους συμβολίσω στο χάρτη Karnaugh Κατά την απλοποίηση οι συνθήκες αδιαφορίας χρησιμοποιούνται είτε στα είτε στα του χάρτη, αποσκοπώντας στην απλούστερη δυνατή έκφραση

ÌÓ È Ö Ñ ØÓÙ Ãô BCD ÍÐÓÔÓ Ó Ô Ô ÛÒ ËÙÒ ÓÖ Κώδικας Binary Coded Decimal (BCD) Πχστο BCD: το () BCD = (7) μιας και x4+x2+x = 7 Πχστο 84 2 : το () 84 2 = () μιας και x4+x( 2)+x( )=

ËÙÒ ÓÖ ÍÐÓÔÓ Ó Ô Ô ÛÒ ËÙÒ ÓÖ Παράδειγμα: Νααπλοποιηθείη f(w,x,y,z) = (,3,7,,5)μεσυνθήκες αδιαφορίας d(w,x,y,z) = (,2,5) wx yz y wx yz y X X X X X x X x w w z z

ËÙÒ ÓÖ ÍÐÓÔÓ Ó Ô Ô ÛÒ ËÙÒ ÓÖ Λογικόκύκλωμαυλοποίησηςτης f(w,x,y,z) = yz +w x Λογικόκύκλωμαυλοποίησηςτης f(w,x,y,z) = yz +w z

ÍÐÓÔÓ Ñ È Ð NAND NOR ÍÐÓÔÓ Ó Ô Ô ÛÒ Ñ È Ð NAND NOR Οι πύλες NAND και NOR κατασκευάζονται ευκολότερα με ηλεκτρονικά στοιχεία κι αποτελούν τις βασικές πύλες όλων των οικογενειών ψηφιακών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων Οικουμενικές Πύλες Τα ψηφιακά ολοκλωρωμένα κυκλώματα κατασκευάζονται συχνά με πύλες NAND ή/και NOR Οι υπόλοιπες πύλες υλοποιούνται με τη βοήθεια των πυλών NAND ή/και NOR

ÍÐÓÔÓ Ó Ô Ô ÛÒ Ñ È Ð NAND NOR ÍÐÓÔÓ ôò ÈÙÐôÒ Ñ NAND NOR με NAND με NOR

ÍÐÓÔÓ Ó Ô Ô ÛÒ Ñ È Ð NAND NOR ÍÐÓÔÓ Ó Ô Ô ÛÒ Ñ È Ð NAND Βήμα : Απλοποιώ τη συνάρτηση και την εκφράζω σε μορφή αθροίσματος γινομένων Βήμα 2: Για κάθε όρο γινομένου της έκφρασης με τουλάχιστον δύο παράγοντες χρησιμοποιώ μια πύλη NAND με εισόδους τους παράγοντες του όρου(πρώτο επίπεδο πυλών) Βήμα 3: Στο δεύτερο επίπεδο πυλών χρησιμοποιώ μια πύλη NAND με εισόδους τις εξόδους του πρώτου επιπέδου Βήμα 4: Για τους όρους με ένα μόνο παράγοντα χρησιμοποιώ, επίσης, καταλλήλως πύλες NAND

ÍÐÓÔÓ Ó Ô Ô ÛÒ Ñ È Ð NAND NOR ÍÐÓÔÓ ÖÓ Ñ ØÓ ÒÓÑ ÒÛÒ Ñ È Ð NAND

ÍÐÓÔÓ Ó Ô Ô ÛÒ Ñ È Ð NAND NOR ÍÐÓÔÓ Ó Ô Ô ÛÒ Ñ È Ð NAND Παράδειγμα: Εστωηλογικήσυνάρτηση f(x,y,z) = (,2,3,4,5,7) x yz y Λογικό κύκλωμα υλοποίησης της f(x,y,z) x f(x,y,z) = xy +x y +z z

ÍÐÓÔÓ Ó Ô Ô ÛÒ Ñ È Ð NOR ÍÐÓÔÓ Ó Ô Ô ÛÒ Ñ È Ð NAND NOR Βήμα : Απλοποιώ τη συνάρτηση και την εκφράζω σε μορφή γινομένου αθροισμάτων Βήμα 2: Για κάθε παράγοντα αθροίσματος της έκφρασης με τουλάχιστον δύο όρους χρησιμοποιώ μια πύλη NOR με εισόδους τους όρους του γινομένου(πρώτο επίπεδο πυλών) Βήμα 3: Στο δεύτερο επίπεδο πυλών χρησιμοποιώ μια πύλη NOR με εισόδους τις εξόδους του πρώτου επιπέδου Βήμα 4: Για τους όρους με ένα μόνο παράγοντα χρησιμοποιώ, επίσης, καταλλήλως πύλες NOR

ÍÐÓÔÓ Ó Ô Ô ÛÒ Ñ È Ð NAND NOR ÍÐÓÔÓ ÒÓÑ ÒÓÙ ÖÓ Ñ ØÛÒ Ñ È Ð NOR

Ãô ÒØÓÔ ÑÓ Ö Û Ë ÐÑ ØÛÒ Ησυνάρτηση XORορίζεταιως: x y = xy +x y Τοσυμπλήρωμάτηςείναιησυνάρτηση XNOR: (x y) = xy +x y Ταυτότητες: x = x x = x x x = x = x x y = y x (x y) z = x y z x y = x y = (x y)

ÍÐÓÔÓ ËÙÒ ÖØ XOR Ãô ÒØÓÔ ÑÓ Ö Û Ë ÐÑ ØÛÒ Με AND-OR-NOT Με NAND

Ãô ÒØÓÔ ÑÓ Ö Û Ë ÐÑ ØÛÒ Βασική Ιδιότητα Συνάρτησης XOR Η συνάρτηση XOR n μεταβλητών είναι μια περιττή συνάρτηση που ορίζεταιωςτολογικόάθροισμαεκείνωντων 2 n /2ελαχιστόρων,των οποίων οι 2-δικές αριθμητικές τιμές έχουν περιττό αριθμό άσσων Συνεπώς, το συμπλήρωμά της είναι μια άρτια συνάρτηση Παραδείγματα: x y z = (xy +x y)z +(xy +x y )z = (,2,4,7) (x y z) = (,3,5,6)

Ãô ÒØÓÔ ÑÓ Ö Û Ë ÐÑ ØÛÒ Ãô ÒØÓÔ ÑÓ Ö Û Ë ÐÑ ØÛÒ Οι συναρτήσεις XOR χρησιμοποιούνται σε συστήματα που απαιτούνται κώδικες εντοπισμού και διόρθωσης σφαλμάτων Bit ισοτιμίας: το επιπλέον bit που συμπεριλαμβάνεται στο μήνυμα της πληροφορίας με σκοπό να καταστήσει το αριθμό των άσσων σε αυτό είτε περιττό είτε άρτιο Εάν τα bit ισοτιμίας πομπού και δέκτη διαφέρουν, ο δέκτης εντοπίζει το λάθος στη μετάδοση της πληροφορίας Με τον τρόπο αυτό εντοπίζεται περιττό πλήθος σφαλμάτων σε bit

3¹bit ÒÒ ØÖ ³ ÖØ Á ÓØ Ñ Ãô ÒØÓÔ ÑÓ Ö Û Ë ÐÑ ØÛÒ Το παραχθέν bit ισοτιμίας P συμπεριλαμβάνεται στα bits του μηνύματος καθιστώντας το συνολικό πλήθος των άσσων άρτιο

3¹bit Ð Ø ³ ÖØ Á ÓØ Ñ Ãô ÒØÓÔ ÑÓ Ö Û Ë ÐÑ ØÛÒ Τα bits πληροφορίας κι ισοτιμίας εφαρμόζονται στο δέκτη στο κύκλωμα ελέγχου άρτιας ισοτιμίας, το οποίο εξάγει στην περίπτωση σφάλματος, δηλαδή για περιττό πλήθος άσσων

Ì ÐÓ Â Ñ Ø Ò Ø Ø Ãô ÒØÓÔ ÑÓ Ö Û Ë ÐÑ ØÛÒ ÙÕ Ö Øô Ø Ò ÔÖÓ ÓÕ ôö Ó Éº Ð Ü Ò Ö ÔÓÙÐÓ e-mail: alexandg@uop.gr URL: http://users.iit.demokritos.gr/~alexandg eclass: http://eclass.uop.gr/courses/tst289/