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Vorlesung Technische Informatik 1 WS 2019 T. Ihme
Definition 1: Sei B = ๐๐2 = 0,1 das Alphabet mit den Elementen 0 und 1. Seien auf ๐ต๐ต die folgenden 3 Operatoren definiert fรผr ๐ฅ๐ฅ,๐ฆ๐ฆ โ B:
๐ฅ๐ฅ + ๐ฆ๐ฆ โ max ๐ฅ๐ฅ,๐ฆ๐ฆ ๐ฅ๐ฅ โ ๐ฆ๐ฆ โ min ๐ฅ๐ฅ,๐ฆ๐ฆ ๐ฅ๐ฅ โ 1 โ ๐ฅ๐ฅ
Dann ist (B, +, ยท, ๏ฟฝ ,0 ,1) eine Boolesche Schaltalgebra. Die Elemente 0,1 werden neutrale Elemente genannt. Besteht das Alphabet B aus mehr als den neutralen Elementen, so wird die darauf basierende Algebra als Boolesche Algebra bezeichnet.
Boolesche (Schalt-) Algebra (1)
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Boolesche (Schalt-) Algebra (2)
Satz 1: In dieser Algebra gelten folgende Rechengesetze โข Kommutativgesetz: โข Assoziativgesetz: โข Distributivgesetz โข Komplementgesetz: โข Idempotenzgesetz: โข Gesetz vom kleinsten
und grรถรten Element: โข de Morgansche Regeln:
๐ฅ๐ฅ + ๐ฆ๐ฆ = ๐ฆ๐ฆ + ๐ฅ๐ฅ ๐ฅ๐ฅ + ๐ฆ๐ฆ + ๐ง๐ง = ๐ฅ๐ฅ + ๐ฆ๐ฆ + ๐ง๐ง ๐ฅ๐ฅ โ ๐ฆ๐ฆ + ๐ง๐ง = ๐ฅ๐ฅ๐ฆ๐ฆ + ๐ฅ๐ฅ๐ง๐ง ๐ฅ๐ฅ + ๐ฅ๐ฅ = 1 ๐ฅ๐ฅ + ๐ฅ๐ฅ = ๐ฅ๐ฅ ๐ฅ๐ฅ + 0 = ๐ฅ๐ฅ und ๐ฅ๐ฅ + 1 = 1
๐ฅ๐ฅ + ๐ฆ๐ฆ = ๐ฅ๐ฅ โ ๐ฆ๐ฆ
๐ฅ๐ฅ โ ๐ฆ๐ฆ = ๐ฆ๐ฆ โ ๐ฅ๐ฅ ๐ฅ๐ฅ โ ๐ฆ๐ฆ โ ๐ง๐ง = ๐ฅ๐ฅ โ ๐ฆ๐ฆ โ ๐ง๐ง ๐ฅ๐ฅ + ๐ฆ๐ฆ โ ๐ง๐ง = ๐ฅ๐ฅ + ๐ฆ๐ฆ โ ๐ฅ๐ฅ + ๐ง๐ง ๐ฅ๐ฅ โ ๐ฅ๐ฅ = 0 ๐ฅ๐ฅ โ ๐ฅ๐ฅ = ๐ฅ๐ฅ ๏ฟฝฬฟ๏ฟฝ๐ฅ = ๐ฅ๐ฅ ๐ฅ๐ฅ โ 0 = 0 und ๐ฅ๐ฅ โ 1 = ๐ฅ๐ฅ ๐ฅ๐ฅ โ ๐ฆ๐ฆ = ๐ฅ๐ฅ + ๐ฆ๐ฆ
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Boolesche (Schalt-) Algebra (3)
Definition 2: Seien ๐๐,๐๐ โ N mit ๐๐,๐๐ โฅ 1. Dann heiรt eine Funktion ๐๐: B๐๐ โ B๐๐ eine
Schaltfunktion. Definition 3: Eine Schaltfunktion ๐๐: B๐๐ โ B heiรt (n-stellige) Boolesche Funktion. Definition 4: Sei ๐๐: B๐๐ โ B eine Boolesche Funktion und sei (๐ฅ๐ฅ1 , ๐ฅ๐ฅ2 , โฆ , ๐ฅ๐ฅ๐๐ ) โ B๐๐.
Dann heiรt das Produkt ๐ฅ๐ฅ1 โ ๐ฅ๐ฅ2 โ โฆ โ ๐ฅ๐ฅ๐๐ der Elemente von (๐ฅ๐ฅ1 , ๐ฅ๐ฅ2 , โฆ , ๐ฅ๐ฅ๐๐) ein Minterm von ๐๐. Der Minterm heiรt einschlรคgig, wenn
๐๐(๐ฅ๐ฅ1 , ๐ฅ๐ฅ2 , โฆ , ๐ฅ๐ฅ๐๐ ) = 1.
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Boolesche (Schalt-) Algebra (4)
Satz 2: Jede Boolesche Funktion ist eindeutig darstellbar als Summe ihrer
einschlรคgigen Minterme. Definition 5:
Sei ๐๐: B๐๐ B eine Boolesche Funktion und sei (๐ฅ๐ฅ1 , ๐ฅ๐ฅ2 , โฆ , ๐ฅ๐ฅ๐๐ ) โ B๐๐. Dann heiรt die Summe ๐ฅ๐ฅ1 + ๐ฅ๐ฅ2 + โฏ+ ๐ฅ๐ฅ๐๐ der Elemente von (๐ฅ๐ฅ1 , ๐ฅ๐ฅ2 , โฆ , ๐ฅ๐ฅ๐๐) ein Maxterm von ๐๐. Der Maxterm heiรt nullschlรคgig, wenn
๐๐(๐ฅ๐ฅ1 , ๐ฅ๐ฅ2 , โฆ , ๐ฅ๐ฅ๐๐ ) = 0.
Satz 3: Jede Boolesche Funktion ist eindeutig darstellbar als Produkt ihrer
nullschlรคgigen Maxterme.
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Boolesche (Schalt-) Algebra (5)
Definition 6: Die Darstellung einer Booleschen Funktion durch einschlรคgige Minterme
heiรt auch disjunktive Normalform (DNF) einer Booleschen Funktion. Definition 7: Enthalten die Minterme einer DNF jeweils alle Eingangsvariablen, so ist
es eine kanonisch disjunktive Normalform (KDNF). Definition 8: Die Darstellung einer Booleschen Funktion durch nullschlรคgige
Maxterme heiรt auch konjunktive Normalform (KNF) einer Booleschen Funktion.
Definition 9: Enthalten die Maxterme einer KNF jeweils alle Eingangsvariablen, so ist
es eine kanonisch konjunktive Normalform (KKNF).
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Boolesche (Schalt-) Algebra (6)
Sรคtze 2 und 3 ermรถglichen das Auslesen der DNF bzw. der KNF aus einer Wahrheitstabelle, wie folgendes Beispiel zeigt:
๐๐ ๐๐ ๐๐ ๐ฆ๐ฆ Minterm Maxterm 0 0 0 1 ๐๐ ๐๐ ๐๐ 0 0 1 0 ๐๐ + ๐๐ + ๐๐ 0 1 0 0 ๐๐ + ๐๐ + ๐๐ 0 1 1 1 ๐๐ ๐๐ ๐๐ 1 0 0 0 ๐๐ + ๐๐ + ๐๐ 1 0 1 1 ๐๐ ๐๐ ๐๐ 1 1 0 0 ๐๐ + ๐๐ + ๐๐ 1 1 1 1 ๐๐ ๐๐ ๐๐
๐ฆ๐ฆ = ๐๐ ๐๐ ๐๐ + ๐๐ ๐๐ ๐๐ + ๐๐ ๐๐ ๐๐ + ๐๐ ๐๐ ๐๐
๐ฆ๐ฆ = ๐๐ + ๐๐ + ๐๐ ๐๐ + ๐๐ + ๐๐ ๐๐ + ๐๐ + ๐๐ ๐๐ + ๐๐ + ๐๐ KNF
DNF
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Boolesche (Schalt-) Algebra (7)
Korollar 1: Jede ๐๐-stellige Boolesche Funktion ist allein darstellbar durch die 2-
stelligen Booleschen Funktionen โ+โ und โ ยท โ sowie die 1-stellige Boolesche Funktion โ ๏ฟฝ โ. Anders ausgedrรผckt: {+, ยท, ๏ฟฝ } ist funktional vollstรคndig.
Korollar 2: {+, ๏ฟฝ } und { ยท , ๏ฟฝ } sind funktional vollstรคndig.
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Satz 4: ๐ฅ๐ฅ + ๐ฅ๐ฅ๐ฆ๐ฆ Beweis: ๐ฅ๐ฅ + ๐ฅ๐ฅ๐ฆ๐ฆ = ๐ฅ๐ฅ 1 + ๐ฅ๐ฅ๐ฆ๐ฆ ๐ฅ๐ฅ โ 1 = ๐ฅ๐ฅ = ๐ฅ๐ฅ 1 + ๐ฆ๐ฆ Distributivgesetz = ๐ฅ๐ฅ 1 1 + ๐ฆ๐ฆ = 1 = ๐ฅ๐ฅ ๐ฅ๐ฅ โ 1 = ๐ฅ๐ฅ
Satz 5: ๐ฅ๐ฅ + ๐ฅ๐ฅ๐ฆ๐ฆ = ๐ฅ๐ฅ + ๐ฆ๐ฆ Beweis: ๐ฅ๐ฅ + ๐ฅ๐ฅ๐ฆ๐ฆ = ๐ฅ๐ฅ + ๐ฅ๐ฅ ๐ฅ๐ฅ + ๐ฆ๐ฆ Distributivgesetz = 1 โ ๐ฅ๐ฅ + ๐ฆ๐ฆ Komplementgesetz = ๐ฅ๐ฅ + ๐ฆ๐ฆ kleinstes Element
Satz 6: ๐ฅ๐ฅ๐ฆ๐ฆ + ๐ฅ๐ฅ๐ง๐ง + ๐ฆ๐ฆ๐ง๐ง = ๐ฅ๐ฅ๐ฆ๐ฆ + ๐ฅ๐ฅ๐ง๐ง Beweis: ๐ฅ๐ฅ๐ฆ๐ฆ + ๐ฅ๐ฅ๐ง๐ง + ๐ฆ๐ฆ๐ง๐ง = ๐ฅ๐ฅ๐ฆ๐ฆ + ๐ฅ๐ฅ๐ง๐ง + ๐ฆ๐ฆ๐ง๐ง ๐ฅ๐ฅ + ๐ฅ๐ฅ ๐ฅ๐ฅ + ๐ฅ๐ฅ = 1, Komplementg. = ๐ฅ๐ฅ๐ฆ๐ฆ + ๐ฅ๐ฅ๐ง๐ง + ๐ฅ๐ฅ๐ฆ๐ฆ๐ง๐ง + ๐ฅ๐ฅ๐ฆ๐ฆ๐ง๐ง Distributivgesetz = ๐ฅ๐ฅ๐ฆ๐ฆ 1 + ๐ง๐ง + ๐ฅ๐ฅ๐ง๐ง 1 + ๐ฆ๐ฆ Distributivgesetz = ๐ฅ๐ฅ๐ฆ๐ฆ 1 + ๐ฅ๐ฅ๐ง๐ง 1 grรถรtes Element = ๐ฅ๐ฅ๐ฆ๐ฆ + ๐ฅ๐ฅ๐ง๐ง kleinstes Element
Boolesche (Schalt-) Algebra (8)
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Satz 7: ๐ฅ๐ฅ + ๐ฆ๐ฆ ๐ฅ๐ฅ + ๐ง๐ง = ๐ฅ๐ฅ๐ง๐ง + ๐ฅ๐ฅ๐ฆ๐ฆ
Beweis: ๐ฅ๐ฅ + ๐ฆ๐ฆ ๐ฅ๐ฅ + ๐ง๐ง = ๐ฅ๐ฅ๐ฅ๐ฅ + ๐ฅ๐ฅ๐ง๐ง + ๐ฆ๐ฆ๐ฅ๐ฅ + yz Distributivgesetz = ๐ฅ๐ฅ๐ง๐ง + ๐ฆ๐ฆ๐ฅ๐ฅ + yz Komplementgesetz = ๐ฅ๐ฅ๐ง๐ง + ๐ฅ๐ฅ๐ฆ๐ฆ Satz 6 Satz 8: ๐ฅ๐ฅ + ๐ฆ๐ฆ ๐ฅ๐ฅ + ๐ง๐ง ๐ฆ๐ฆ + ๐ง๐ง = ๐ฅ๐ฅ + ๐ฆ๐ฆ ๐ฅ๐ฅ + ๐ง๐ง Beweis: ๐ฅ๐ฅ + ๐ฆ๐ฆ ๐ฅ๐ฅ + ๐ง๐ง ๐ฆ๐ฆ + ๐ง๐ง = ๐ฅ๐ฅ๐ง๐ง + ๐ฅ๐ฅ๐ฆ๐ฆ ๐ฆ๐ฆ + ๐ง๐ง Satz 7 = ๐ฅ๐ฅ๐ฆ๐ฆ๐ง๐ง + ๐ฅ๐ฅ๐ง๐ง๐ง๐ง + ๐ฅ๐ฅ๐ฆ๐ฆy + ๐ฅ๐ฅ๐ฆ๐ฆz Distributivgesetz = ๐ฅ๐ฅ๐ฆ๐ฆ๐ง๐ง + ๐ฅ๐ฅ๐ง๐ง + ๐ฅ๐ฅy + ๐ฅ๐ฅ๐ฆ๐ฆz Idempotenzgesetz = ๐ฅ๐ฅ๐ง๐ง ๐ฆ๐ฆ + 1 + ๐ฅ๐ฅ๐ฆ๐ฆ 1 + ๐ง๐ง Distributivgesetz = ๐ฅ๐ฅ๐ง๐ง + ๐ฅ๐ฅ๐ฆ๐ฆ gr. und kl. Element = ๐ฅ๐ฅ + ๐ฆ๐ฆ ๐ฅ๐ฅ + ๐ง๐ง Satz 7
Boolesche (Schalt-) Algebra (9)
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Boolesche (Schalt-) Algebra (10)
Beispiel: Entwurf eines 2-bit - Multiplizierers
Zwei-Bit-mal-zwei-Bit-Multiplizierer
X1
Y1
X0
Y0
EingangX
EingangY
Z0Z1Z2Z3
4-Bit-Produkt Z
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Boolesche (Schalt-) Algebra (11)
Wahrheitstabelle: ๐ฅ๐ฅ ยท ๐ฆ๐ฆ = ๐ง๐ง ๐ฅ๐ฅ1 ๐ฅ๐ฅ0 ๐ฆ๐ฆ1 ๐ฆ๐ฆ0 ๐ง๐ง3 ๐ง๐ง2 ๐ง๐ง1 ๐ง๐ง0 0 ยท 0 = 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ยท 1 = 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 ยท 2 = 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 ยท 3 = 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 ยท 0 = 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 ยท 1 = 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 ยท 2 = 2 0 1 1 0 0 0 1 0 1 ยท 3 = 3 0 1 1 1 0 0 1 1 2 ยท 0 = 0 1 0 0 0 0 0 0 0 2 ยท 1 = 2 1 0 0 1 0 0 1 0 2 ยท 2 = 4 1 0 1 0 0 1 0 0 2 ยท 3 = 6 1 0 1 1 0 1 1 0 3 ยท 0 = 0 1 1 0 0 0 0 0 0 3 ยท 1 = 3 1 1 0 1 0 0 1 1 3 ยท 2 = 6 1 1 1 0 0 1 1 0 3 ยท 3 = 9 1 1 1 1 1 0 0 1
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Auslesen der DNF aus der Wahrheitstabelle und Minimierung
๐ง๐ง3 = ๐ฅ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1๐ฆ๐ฆ0
๐ง๐ง2 = ๐ฅ๐ฅ1๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ0 + ๐ฅ๐ฅ1๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1๐ฆ๐ฆ0 + ๐ฅ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ0 = ๐ฅ๐ฅ1๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1 ๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ0 + ๐ฆ๐ฆ0 + ๐ฅ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ0 Distributivgesetz = ๐ฅ๐ฅ1๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1 + ๐ฅ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ0 Komplementgesetz = ๐ฅ๐ฅ1๐ฆ๐ฆ1 ๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ0 + ๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ0 Distributivgesetz = ๐ฅ๐ฅ1๐ฆ๐ฆ1 ๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ0 + ๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ0 Satz 5 = ๐ฅ๐ฅ1๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1 + ๐ฅ๐ฅ1๐ฆ๐ฆ1๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ0 Distributivgesetz
Boolesche (Schalt-) Algebra (12)
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๐ง๐ง1 = ๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ0 + ๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1๐ฆ๐ฆ0 + ๐ฅ๐ฅ1๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ1๐ฆ๐ฆ0 + ๐ฅ๐ฅ1๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1๐ฆ๐ฆ0 + ๐ฅ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ1๐ฆ๐ฆ0 + ๐ฅ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ0 = ๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1 ๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ0 + ๐ฆ๐ฆ0 + ๐ฅ๐ฅ1๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ0 ๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ1 + ๐ฆ๐ฆ1 + ๐ฅ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ1๐ฆ๐ฆ0 + ๐ฅ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ0 Distributivgesetz = ๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1 + ๐ฅ๐ฅ1๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ0 + ๐ฅ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ1๐ฆ๐ฆ0 + ๐ฅ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ0 Komplementgesetz = ๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1 ๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ1 + ๐ฅ๐ฅ1๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ0 + ๐ฅ๐ฅ1๐ฆ๐ฆ0 ๐ฅ๐ฅ0 + ๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ1 Distributivgesetz = ๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1 ๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ1 + ๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ0 + ๐ฅ๐ฅ1๐ฆ๐ฆ0 ๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ0 + ๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ1 Satz 5 = ๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1 + ๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ0 + ๐ฅ๐ฅ1๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ0 + ๐ฅ๐ฅ1๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ1๐ฆ๐ฆ0 Distributivgesetz
๐ง๐ง0 = ๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ1๐ฆ๐ฆ0 + ๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1๐ฆ๐ฆ0 + ๐ฅ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ1๐ฆ๐ฆ0 + ๐ฅ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1๐ฆ๐ฆ0 = ๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ0 ๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ1 + ๐ฆ๐ฆ1 + ๐ฅ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ0 ๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ1 + ๐ฆ๐ฆ1 Distributivgesetz = ๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ0 + ๐ฅ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ0 Komplementgesetz = ๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ0 ๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ1 + ๐ฅ๐ฅ1 Distributivgesetz = ๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ0 Komplementgesetz
Boolesche (Schalt-) Algebra (13)
Vorlesung Technische Informatik 1 WS 2019 T. Ihme
Ergebnis:
๐ง๐ง3 = ๐ฅ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1๐ฆ๐ฆ0 ๐ง๐ง2 = ๐ฅ๐ฅ1๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1 + ๐ฅ๐ฅ1๐ฆ๐ฆ1๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ0 ๐ง๐ง1 = ๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1 + ๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ0 + ๐ฅ๐ฅ1๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ0 + ๐ฅ๐ฅ1๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ1๐ฆ๐ฆ0 ๐ง๐ง0 = ๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ0 โข Negationen der Eingangsvariablen mรผssen nur einmal realisiert werden โข Verknรผpfungen der Minterme werden mittels Mehrfach-AND realisiert โข Disjunktionen der Minterme werden durch Mehrfach-OR realisiert
Boolesche (Schalt-) Algebra (14)
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Boolesche (Schalt-) Algebra (15)
Schaltnetz:
&
&
&
&
&
&
&
&
โฅ1
โฅ1
1 1 1 1
x1 x0 y1 y0
z0
z1
z2
z3
Vorlesung Technische Informatik 1 WS 2019 T. Ihme
Ableitung einer Full-NAND-Struktur:
๐ง๐ง3 = ๐ฅ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1๐ฆ๐ฆ0 = ๐ฅ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1๐ฆ๐ฆ0 Idempotenzgesetz ๐ง๐ง2 = ๐ฅ๐ฅ1๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1 + ๐ฅ๐ฅ1๐ฆ๐ฆ1๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ0 = ๐ฅ๐ฅ1๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1 + ๐ฅ๐ฅ1๐ฆ๐ฆ1๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ0 Idempotenzgesetz
= ๐ฅ๐ฅ1๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1 โ ๐ฅ๐ฅ1๐ฆ๐ฆ1๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ0 De Morgan ๐ง๐ง1 = ๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1 + ๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ0 + ๐ฅ๐ฅ1๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ0 + ๐ฅ๐ฅ1๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ1๐ฆ๐ฆ0 = ๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1 + ๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ0 + ๐ฅ๐ฅ1๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ0 + ๐ฅ๐ฅ1๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ1๐ฆ๐ฆ0 Idempotenzgesetz
= ๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ1๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1 โ ๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ1๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ0 โ ๐ฅ๐ฅ1๏ฟฝฬ ๏ฟฝ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ0 โ ๐ฅ๐ฅ1๐ฆ๐ฆ๏ฟฝ1๐ฆ๐ฆ0 De Morgan ๐ง๐ง0 = ๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ0 = ๐ฅ๐ฅ0๐ฆ๐ฆ0 Idempotenzgesetz โข Realisierung mittels Mehrfach-NAND โข Einzelne Negationen werden durch NAND mit zusammengeschalteten
Eingรคngen realisiert
Boolesche (Schalt-) Algebra (16)
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Boolesche (Schalt-) Algebra (17)
Schaltnetz:
&
&
&
&
&
&
&
&
โฅ1
โฅ1
x1 x0 y1 y0
z0
z1
z2
z3
& &
&
&
&
&
&
&
&&
&
&
&
& &
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Boolesche (Schalt-) Algebra (18)
Wichtig: NAND (NOR) - Operation ist nicht assoziativ!
Logikentwurf mit NAND- und NOR-Gattern nicht immer geradlinig, z.B. bei der Realisierung von NAND-Funktionen mit n Variablen durch Standard ๐๐-input-NAND-Gatter (n > m)
Beispiel:
a) Realisierung eines 3-input-AND mit 2-input-Gattern
b) Realisierung eines 3-input-NAND mit 2-input-Gattern
= โ =
Falsch Richtig
&&
& &
&&
& &&
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Boolesche (Schalt-) Algebra (19)
โข Zusammenfassung โ Schaltfunktionen sind ein logischer Formalismus zur Beschreibung
von Schaltnetzen โ Die Boolesche Algebra dient zur algebraischen Vereinfachung von
Schaltfunktionen โ Schaltnetze mit weniger Gattern und Inputs sind einfacher und
kostengรผnstiger zu implementieren โ Es ist von รถkonomischen Interesse, minimale Schaltnetze zu
bestimmen โข Probleme bei der algebraischen Minimierung:
โ es gibt keine klare, methodische Vorgehensweise (Algorithmus), wie welche Regeln in welcher Reihenfolge angewandt werden sollen
โ es ist nicht immer leicht zu bestimmen, wann ein Boolescher Ausdruck minimal ist
โข mรถgliche Lรถsung: โ Karnaugh-Diagramme โ Quine/McCluskey - Verfahren (bei mehr als 6 Variablen)
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Boolesche (Schalt-) Algebra (20)
Karnaugh-Plan
โ ist eine graphische Technik zur Darstellung und Vereinfachung von Booleschen Ausdrรผcken
โ ist eine andere, zweidimensionale Darstellung von Wahrheitstabellen, wobei jede Zelle genau einen Minterm reprรคsentiert.
Karnaugh-Plรคne mit den jeweiligen Mintermen: fรผr 2 Variablen: fรผr 3 Variablen:
๐๐ ๐ด๐ด
0 1
๐ต๐ต 0 ๐ต๐ต ๐ด๐ด ๐ต๐ต ๐ด๐ด
1 ๐ต๐ต ๐ด๐ด ๐ต๐ต ๐ด๐ด
๐๐ ๐ต๐ต๐ด๐ด
0 0 0 1 1 1 1 0
๐ถ๐ถ 0 ๐ถ๐ถ ๐ต๐ต ๐ด๐ด ๐ถ๐ถ ๐ต๐ต ๐ด๐ด ๐ถ๐ถ ๐ต๐ต ๐ด๐ด ๐ถ๐ถ ๐ต๐ต ๐ด๐ด
1 ๐ถ๐ถ ๐ต๐ต ๐ด๐ด ๐ถ๐ถ ๐ต๐ต ๐ด๐ด ๐ถ๐ถ ๐ต๐ต ๐ด๐ด ๐ถ๐ถ ๐ต๐ต ๐ด๐ด
0
1
0
1
0 0
0 1
1 1
1 0
0
1
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Boolesche (Schalt-) Algebra (21)
Hauptidee:
Horizontal und vertikal benachbarte Zellen entsprechen Mintermen, die nur bzgl. einer Variablen unterscheiden.
Es gilt: Benachbarte Einsen fรผhren zu Vereinfachungen Hinweis: eine bessere Vereinfachung wird hier zwecks Erlรคuterung des Prinzips nicht vorgenommen
Karnaugh-Plan
๐๐ = ๐ถ๐ถ ๐ต๐ต ๐ด๐ด + ๐ถ๐ถ ๐ต๐ต ๐ด๐ด + ๐ถ๐ถ ๐ต๐ต ๐ด๐ด + ๐ถ๐ถ ๐ต๐ต ๐ด๐ด + ๐ถ๐ถ ๐ต๐ต ๐ด๐ด + ๐ถ๐ถ ๐ต๐ต ๐ด๐ด + ๐ถ๐ถ ๐ต๐ต + ๐ถ๐ถ ๐ต๐ต + ๐ต๐ต
๐๐ = ๐ต๐ต ๐ด๐ด ๐๐ = ๐ต๐ต ๐ด๐ด
๐๐ ๐ต๐ต๐ด๐ด
0 0 0 1 1 1 1 0
๐ถ๐ถ 0 ๐ถ๐ถ ๐ต๐ต ๐ด๐ด ๐ถ๐ถ ๐ต๐ต ๐ด๐ด ๐ถ๐ถ ๐ต๐ต ๐ด๐ด ๐ถ๐ถ ๐ต๐ต ๐ด๐ด
1 ๐ถ๐ถ ๐ต๐ต ๐ด๐ด ๐ถ๐ถ ๐ต๐ต ๐ด๐ด ๐ถ๐ถ ๐ต๐ต ๐ด๐ด ๐ถ๐ถ ๐ต๐ต ๐ด๐ด
๐๐ ๐ต๐ต๐ด๐ด
0 0 0 1 1 1 1 0
๐ถ๐ถ 0 1 0 1 1
1 1 0 1 1
0 0
0 1
1 1
1 0
0
1
0 0
0 1
1 1
1 0
0
1
0
1
1
1
1
0
1
1
Vorlesung Technische Informatik 1 WS 2019 T. Ihme
Boolesche (Schalt-) Algebra (22)
Fragestellung fรผr das Erstellen eines Karnaugh - Planes: Welche Minterme (Felder) werden von einem (vereinfachten) Produktterm รผberdeckt?
Es gelten folgende Regeln: โ Es werden 1-Blรถcke mit 1, 2, 4, 8 ... Zellen gebildet (2er-Potenzen) โ Ein Block vereinfacht um so viele Variablen wie der Exponent der 2er-
Potenz der Anzahl der รผberdeckten Zellen, also ๐๐๐๐ ๐๐ โ Blรถcke sollten folglich so groร wie mรถglich sein โ Eine Zelle kann zu mehreren Produkttermen gehรถren โ Die Variablenbelegung (Spalten- und Zeilenkopf) darf sich jeweils nur
um exakt eine Variablenbelegung unterscheiden โ Karnaugh-Plรคne reprรคsentieren geometrisch einen Torus: oberste Zeile ist auch benachbart zur untersten Zeile Spalte links auรen ist benachbart zur Spalte rechts auรen die Regeln bezรผglich Variablenbelegung gelten auch bezรผglich dieser Zeilen / Spalten
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Boolesche (Schalt-) Algebra (23)
Praktische Regeln zur Minimierung mittels Karnaugh-Plan: 1. Aufstellen der Wahrheitstabelle aus den logischen Bedingungen der
Aufgabenstellung, sofern nicht bereits vorhanden 2. Zeichnen des Karnaugh-Planes mit entsprechend vielen Zellen
( = Zeilenanzahl der Wahrheitstabelle) und Beschriftung der Zeilen / Spalten mit der Variablenbelegung entsprechend Gray-Code
3. Die Variablen werden im Spalten- / Zeilenkopf links beginnend und in genau der Reihenfolge angegeben, wie sie im Tabellenkopf der Wahrheitstabelle stehen. Die Funktionswerte werden passend in die Zellen eingetragen
4. Bilden von Blรถcken mit Zellen-Funktionswert 1 aus 2, 4, 8 oder 16 Zellen, so dass alle Einsen in mindestens einem Block sind. Wichtig ist ferner, Blรถcke maximaler Grรถรe und in minimaler Anzahl zu finden, wobei Zellen mehrfach verwendet werden kรถnnen. Der Rest verbleibt ggf. als 1er-Blรถcke.
5. Auslesen der minimierten Terme, indem alle Variablen in einen Produktterm aufgenommen werden, deren Variablenbelegung im jeweiligen Block konstant ist. Eine 0 ergibt eine negierte Variable und eine 1 eine nichtnegierte Variable. Verbinden der Produktterme mittels OR zu einer DNF.
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Boolesche (Schalt-) Algebra (24)
Beispiel 1:
Karnaugh-Plan aus Wahrheitstabelle
๐๐1 = ๐ฅ๐ฅ1 + ๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2 ๐๐1 = ๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1 + ๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2x1 + ๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1 +๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1 + ๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1
DNF aus Wahrheitstabelle Minimiert mittels Karnaugh-Plan
๐ฅ๐ฅ3 ๐ฅ๐ฅ2 ๐ฅ๐ฅ1 ๐๐1(๐ฅ๐ฅ3, ๐ฅ๐ฅ2, ๐ฅ๐ฅ1) 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0
๐๐1 ๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1
0 0 0 1 1 1 1 0
๐ฅ๐ฅ3 0 1 1 0 1
1 1 0 0 1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
1
1
0
0 0
0 1
1 1
1 0
0
1
1
0
1
1
1
0
0
1
Vorlesung Technische Informatik 1 WS 2019 T. Ihme
Boolesche (Schalt-) Algebra (25)
Regeln fรผr das Vereinfachen von Booleschen Ausdrรผcken: โข รberdeckung aller Einsen mit
minimaler Anzahl von Blรถcken โข Wahl von Blรถcken maximaler Grรถรe โข Mehrfache รberdeckung mรถglich
Beispiel 2:
Karnaugh-Plan mit Block (Minterm) รber alle vier Ecken
๐๐2 = ๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ1 + ๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ2 + ๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ1
๐๐2 = ๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1 + ๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3x2x1 +๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1 + ๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1 +๐ฅ๐ฅ4x3x2x1 + ๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1 +๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1 + ๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1
๐๐2 ๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1
0 0 0 1 1 1 1 0
๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3 0 0 1 0 1 1
0 1 0 1 1 1
1 1 0 0 0 0
1 0 1 0 0 1
0 0
0 1
1 1
1 0
0 0
1
0
1
1
0 1
0
1
1
1
1 1
0
0
0
0
1 0
1
0
0
1
Vorlesung Technische Informatik 1 WS 2019 T. Ihme
Boolesche (Schalt-) Algebra (26)
Beispiel 3:
Karnaugh-Plan mit Block aus 8 Einsen
๐๐3 = ๐ฅ๐ฅ3 + ๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ1
๐๐3 = ๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1 + ๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1 + ๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1 + ๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1 +๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1 + ๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1 + ๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1 + ๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1 +๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1 + ๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1
๐๐3 ๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1
0 0 0 1 1 1 1 0
๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3 0 0 0 1 1 0
0 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1
1 0 0 0 0 0
0 0
0 1
1 1
1 0
0 0
0
1
1
0
0 1
1
1
1
1
1 1
1
1
1
1
1 0
0
0
0
0
Vorlesung Technische Informatik 1 WS 2019 T. Ihme
Boolesche (Schalt-) Algebra (27)
Es gilt: Es kann mehrere minimale Lรถsungen geben.
Beispiel 4:
Karnaugh-Plรคne mit mehreren gleichwertigen Lรถsungen
๐๐4 = ๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1 + ๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1 + ๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ1
๐๐4 = ๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1 + ๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2 + ๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ1
๐๐4 = ๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1 + ๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1 +๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1 + ๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1 +๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1
๐๐4 ๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1
0 0 0 1 1 1 1 0
๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3 0 0 1 0 0 0
0 1 1 1 0 0
1 1 0 1 1 0
1 0 0 0 0 0
๐๐4 ๐ฅ๐ฅ2๐ฅ๐ฅ1
0 0 0 1 1 1 1 0
๐ฅ๐ฅ4๐ฅ๐ฅ3 0 0 1 0 0 0
0 1 1 1 0 0
1 1 0 1 1 0
1 0 0 0 0 0
0 0
0 1
1 1
1 0
0 0
1
0
0
0
0 1
1
1
0
0
1 1
0
1
1
0
1 0
0
0
0
0
0 0
0 1
1 1
1 0
0 0
1
0
0
0
0 1
1
1
0
0
1 1
0
1
1
0
1 0
0
0
0
0
Vorlesung Technische Informatik 1 WS 2019 T. Ihme
Boolesche (Schalt-) Algebra (28)
Donยดt care - Bedingungen d: โข Treten auf, wenn bei Schaltnetzen gewisse Eingangsbelegungen nicht
mรถglich sind
โ entsprechende Ausgangsbelegungen sind egal (donยดt care), da sie im Anwendungsszenarium nicht vorkommen
โ Ausgangsbelegung kann 0 oder 1 sein โ Definition: Ausgangsbelegung ๐๐: = 0 + 1 โ Folglich kann eine implizite Belegung mit 0 oder 1 vorgenommen
werden, so dass hierdurch eine einfachere Lรถsung entsteht โข Die Mรถglichkeit, einen Ausgang beliebig zu definieren, kann zur
Vereinfachung der Schaltfunktion genutzt werden.
Vorlesung Technische Informatik 1 WS 2019 T. Ihme
Beispiel: Klimaanlage
Boolesche (Schalt-) Algebra (29)
Hinweis: Bei Erhรถhung der Temperatur kann die Luft mehr Wasserdampf aufnehmen, was zur Verringerung der relativen Luftfeuchte fรผhrt.
Inputvariable Bedeutung, wenn 0 Bedeutung, wenn 1 ๐ป๐ป (heiร) < 22ยฐ๐ถ๐ถ > 22ยฐC ๐พ๐พ (kalt) > 15 ยฐC < 15ยฐC ๐น๐น (feucht) < 75 % > 75 % ๐๐ (trocken) > 40 % < 40 %
Output Bedeutung, wenn 0 Bedeutung, wenn 1 ๐๐ Kaltlufterzeuger aus Kaltlufterzeuger an ๐๐ Warmlufterzeuger aus Warmlufterzeuger an ๐ ๐ Entfeuchter aus Entfeuchter an ๐๐ Befeuchter aus Befeuchter an
Inputvariable
Bedeutung, wenn 0
Bedeutung, wenn 1
(heiร)
(kalt)
(feucht)
(trocken)
Output
Bedeutung, wenn 0
Bedeutung, wenn 1
Kaltlufterzeuger aus
Kaltlufterzeuger an
Warmlufterzeuger aus
Warmlufterzeuger an
Entfeuchter aus
Entfeuchter an
Befeuchter aus
Befeuchter an
Vorlesung Technische Informatik 1 WS 2019 T. Ihme
Boolesche (Schalt-) Algebra (30)
๐ป๐ป ๐พ๐พ ๐น๐น ๐๐ Bedeutung ๐๐ ๐๐ ๐ ๐ ๐๐ 0 0 0 0 OK 0 0 0 0 0 0 0 1 Trocken 0 0 0 1 0 0 1 0 Feucht 0 0 1 0 0 0 1 1 Unmรถglich ๐๐ ๐๐ ๐๐ ๐๐ 0 1 0 0 Kalt 0 1 0 0 0 1 0 1 Kalt/Trocken 0 1 0 1 0 1 1 0 Kalt/Feucht 0 1 0 0 0 1 1 1 Unmรถglich ๐๐ ๐๐ ๐๐ ๐๐ 1 0 0 0 Heiร 1 0 0 0 1 0 0 1 Heiร/Trocken 1 0 0 0 1 0 1 0 Heiร/Feucht 1 0 1 0 1 0 1 1 Unmรถglich ๐๐ ๐๐ ๐๐ ๐๐ 1 1 0 0 Unmรถglich ๐๐ ๐๐ ๐๐ ๐๐ 1 1 0 1 Unmรถglich ๐๐ ๐๐ ๐๐ ๐๐ 1 1 1 0 Unmรถglich ๐๐ ๐๐ ๐๐ ๐๐ 1 1 1 1 Unmรถglich ๐๐ ๐๐ ๐๐ ๐๐
Bedeutung
0
0
0
0
OK
0
0
0
0
0
0
0
1
Trocken
0
0
0
1
0
0
1
0
Feucht
0
0
1
0
0
0
1
1
Unmรถglich
0
1
0
0
Kalt
0
1
0
0
0
1
0
1
Kalt/Trocken
0
1
0
1
0
1
1
0
Kalt/Feucht
0
1
0
0
0
1
1
1
Unmรถglich
1
0
0
0
Heiร
1
0
0
0
1
0
0
1
Heiร/Trocken
1
0
0
0
1
0
1
0
Heiร/Feucht
1
0
1
0
1
0
1
1
Unmรถglich
1
1
0
0
Unmรถglich
1
1
0
1
Unmรถglich
1
1
1
0
Unmรถglich
1
1
1
1
Unmรถglich
Vorlesung Technische Informatik 1 WS 2019 T. Ihme
Karnaugh-Diagramm mit donโt care Bedingungen fรผr den Warmlufterzeuger:
โข Blรถcke werden so gewรคhlt, dass sich eine maximale รberdeckung ergibt โข ๐๐โs kรถnnen einbezogen werden, wenn vorteilhaft โข Somit grรถรtmรถgliche Vereinfachung โข Ergebnis: ๐๐ = ๐พ๐พ
Boolesche (Schalt-) Algebra (31)
Verwendung von donโt-care- Bedingungen, soweit sich dadurch grรถรere oder weniger Blรถcke ergeben
๐๐ ๐ป๐ป๐พ๐พ
0 0 0 1 1 1 1 0
๐น๐น๐๐ 0 0 0 1 ๐๐ 0
0 1 0 1 ๐๐ 0
1 1 ๐๐ ๐๐ ๐๐ ๐๐
1 0 0 1 ๐๐ 0
0 0
0 1
1 1
1 0
0 0
0
1
0
0 1
0
1
0
1 1
1 0
0
1
0
Vorlesung Technische Informatik 1 WS 2019 T. Ihme
Boolesche (Schalt-) Algebra (32)
Zusammenfassung: โข Es wurde gezeigt, wie sich kombinatorische Schaltnetze bzw. Schaltungen mit
einem bestimmten, gewรผnschten Verhalten auf der Basis von Gattern in folgenden Schritten realisieren lassen: โ Das gewรผnschte Verhalten wird in Form von Wahrheitstabellen
beschrieben. โ Durch Anwendung von algebraischen oder graphischen Methoden wird
daraus eine Schaltfunktion abgeleitet. โ Der resultierende Schaltung wird durch die Verbindung der den
Operatoren entsprechenden Gattern mit den zugehรถrigen Variablen als Eingรคngen erzeugt.
Vorlesung Technische Informatik 1 WS 2019 T. Ihme
Umsetzung logischer Schaltfunktionen
โข Mit fortschreitender Technologie wurde es mรถglich, die Anzahl der Gatter pro Chip exponentiell zu erhรถhen. Je nach erzielter Integrationsdichte unterscheidet man verschiedene Technologien: โ SSI (< 20 Gatter pro Chip) โ MSI (> 20 Gatter, komplette Realisierung einer hรคufig benutzten
logischen Funktion wie z.B. Multiplexer) โ LSI ( Realisierung kompletter Systeme, z.B. Mikroprozessoren auf
einem Chip) โ VLSI (Produktion von Speicherchips von enormer Kapazitรคt, moderne
Hochleistungsprozessoren)
Boolesche (Schalt-) Algebra (33)
Boolesche (Schalt-) Algebra (1)Boolesche (Schalt-) Algebra (2)Boolesche (Schalt-) Algebra (3)Boolesche (Schalt-) Algebra (4)Boolesche (Schalt-) Algebra (5)Boolesche (Schalt-) Algebra (6)Boolesche (Schalt-) Algebra (7)Boolesche (Schalt-) Algebra (8)Boolesche (Schalt-) Algebra (9)Boolesche (Schalt-) Algebra (10)Boolesche (Schalt-) Algebra (11)Boolesche (Schalt-) Algebra (12)Boolesche (Schalt-) Algebra (13)Boolesche (Schalt-) Algebra (14)Boolesche (Schalt-) Algebra (15)Boolesche (Schalt-) Algebra (16)Boolesche (Schalt-) Algebra (17)Boolesche (Schalt-) Algebra (18)Boolesche (Schalt-) Algebra (19)Boolesche (Schalt-) Algebra (20)Boolesche (Schalt-) Algebra (21)Boolesche (Schalt-) Algebra (22)Boolesche (Schalt-) Algebra (23)Boolesche (Schalt-) Algebra (24)Boolesche (Schalt-) Algebra (25)Boolesche (Schalt-) Algebra (26)Boolesche (Schalt-) Algebra (27)Boolesche (Schalt-) Algebra (28)Boolesche (Schalt-) Algebra (29)Boolesche (Schalt-) Algebra (30)Boolesche (Schalt-) Algebra (31)Boolesche (Schalt-) Algebra (32)Boolesche (Schalt-) Algebra (33)