- •2.3 Основы алгебры логики
- •2.3.1 Основные понятия и определения
- •2.3.2 Основные аксиомы и законы алгебры логики
- •2.3.3 Формы представления Булевых функций
- •2.3.3.1 Алгебраическое представление Булевой функции.
- •На основании законов Булевой алгебры доказываются следующие свойства минтермов:
- •2.3.3.2 Представление Булевых функций в виде карт Карно
- •2.3.4 Минимизация Булевых функций.
- •2.3.5 Контрольные вопросы к разделу 2.3
2.3 Основы алгебры логики
2.3.1 Основные понятия и определения
Теоретической базой проектирования цифровых устройств является алгебра логики или алгебра Буля, основы которой были заложены английским логиком Д. Булем (отец известной писательницы Этель Войнич, автора романа “Овод”) в середине девятнадцатого столетия. Им впервые был разработан метод проверки истинности тех или иных утверждений, опирающийся на законы логического мышления и оперирующий двумя фундаментальными понятиями “истинно” и “ложно”. Исследование свойств и сочетаний этих понятий показали их большие возможности не только для решения логических задач, но и для проведения математических операций, свойственных двоичной арифметике.
Основным понятием алгебры Буля является функция Буля, представляющая собой функцию от n аргументов вида f=f(x1,x2, xn), в которой как сама функция, так и ее аргументы могут принимать только два значения: нуль или единица.
Совокупность всех возможных сочетаний аргументов образуют так называемый набор, исчисляемый значением С=2n. Так как каждому сочетанию аргументов соответствуют два значения функции, то общее число функций при n аргументах определяется величиной .
Самыми простыми являются функции Будя одного аргумента, приведенные в таблице 2.4
Таблица 2.4
Функция |
Аргумент |
Обозначение |
Название функции | |
0 |
1 | |||
F0 |
0 |
0 |
0 |
Постоянная 0 |
F1 |
0 |
1 |
X |
ПостояннаяX |
F2 |
1 |
0 |
|
Инверсия X |
F3 |
1 |
1 |
1 |
Постоянная 1 |
С ростом числа аргументов количество Булевых функций существенно возрастает. Так, уже при n=2 общее число функций Буля станет равным 16, при n=3- 256 и т. д.
В таблице 2.5 приведены все возможные функции Буля для двух аргументов (А,В) , представленные в широко используемой совершенной дизъюнктивной форме, с которой мы будем встречаться еще не раз в дальнейшем изложении.
Из перечня функций таблицы 2.5 отметим следующие и поясним их логический смысл:
1. Функция F1=AB, называемая конъюнкцией или функцией логического умножения, на языке логики означает, что F1 истинна только в случае истинности событий (или высказываний) как А, так и В. Если истина- это единица,
Функция |
A 0011 В 0101 |
Условное обозначение |
Название функции |
F0 |
0000 |
F0=0 |
Постоянная нуль |
F1 |
0001 |
F1=AB |
Конъюнкция (И) |
F2 |
0010 |
F2= |
Запрет |
F3 |
0011 |
F3=A |
Тождественность А |
F4 |
0100 |
F4= |
Запрет |
F5 |
0101 |
F5=B |
Тождественность |
F6 |
0110 |
F6=+ |
Исключительное ИЛИ |
F7 |
0111 |
F7=A+B |
Дизъюнкция (ИЛИ) |
F8 |
1000 |
F8= |
Стрелка Пирса (ИЛИ-НЕ) |
F9 |
1001 |
F9=AB+ |
Равнозначность |
F10 |
1010 |
F10= |
Инверсия В |
F11 |
1011 |
F11=A+ |
Импликация от В к А |
F12 |
1100 |
F12= |
Инверсия А |
F13 |
1101 |
F13=+B |
Импликация от А к В |
F14 |
1110 |
F14= |
Штрих Шеффера (И-НЕ) |
F15 |
1111 |
F15=1 |
Постоянная 1 |
Таблица 2.5
а ложь- нуль, то можно определить конъюнкцию как функцию принимающую единичное значение при условии единичных значений ее аргументов. Символом конъюнкции условимся считать ближайшее, без пропусков и дополнительных знаков, расположение ее аргументов.
2. Функция F7=A+B, называемая дизъюнкцией (ИЛИ, логическое сложение), утверждающая, что достаточно одного истинного высказывания из двух, чтобы считать функцию истинной, то есть равной единице. Символ дизъюнкции- знак +.
3. Функция F8=, утверждающая об ее истинности только в случае ложности ее аргументов.
4. Функция F12=, инверсия, утверждающая, что истина всегда противоположна неистинности. Символ инверсии- черта над аргументом функции или над самой функцией.
5. Функция F14= (И- НЕ), принимающая истинное значение при ложности хотя бы одного аргумента.
Чем замечательны выделенные выше функции Буля? Прежде всего своей универсальностью. Так, совокупность функций И, ИЛИ, НЕ образуют элементарный полный логический базис Буля, с помощью которого можно организовать любую сложную логическую функцию. Такими же свойствами обладают каждая из функций ИЛИ- НЕ, И- НЕ, позволяющие реализовать и функцию И, и функцию ИЛИ, и функцию НЕ, и любую другую.
Обратим также внимание на то, что аргументы А, В.. булевой функции могут иметь смысл любой более сложной функции. Отсюда, в частности, следует, что функции И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ относятся к функциям с любым числом аргументов.