- •Оглавление
- •1.1 Информатика
- •1.2 Информация
- •1.3 Кодирование информации. Мера информации
- •1.4 Преобразование информации
- •1.5 Формы представления информации
- •1.6. Передача информации
- •Глава 2. Общие принципы организации и работы компьютеров
- •2.1 Принцип построения компьютера, структура компьютера
- •2.2 Команда, форматы команд
- •2.3 Эвм как автомат
- •2.4 Архитектура эвм
- •2.5 Классы компьютеров. Классификация компьютеров
- •Глава 3. Алгоритмы. Алгоритмизация
- •3.1 Абстрактные автоматы и понятие алгоритма
- •3.2 Формы записи алгоритмов.
- •3.3 Характеристики алгоритма
- •3.4 Исполнители алгоритма
- •Глава 4. Арифметические основы эвм.
- •4.1 Системы счисления
- •4.2 Перевод чисел из одной системы счисления в другую.
- •4.3 Перевод из 10-ной системы счисления в р-ную.
- •4.4 Перевод чисел из р-ичной системы счисления в десятичную.
- •4.5 Системы счисления с основаниями, являющимися степенью 2.
- •Двоично-шестнадцатеричная система счисления.
- •Глава 5. Представление данных в памяти эвм.
- •5.1 Проблемы представления данных
- •5.2 Формы представления чисел в эвм.
- •5.3 Прямой, обратный и дополнительный коды.
- •5.4 Представление чисел с плавающей точкой.
- •5.5 Кодирование текстовой и графической информации .
- •Глава 6. Логические основы эвм
- •6.1 Основные понятия алгебры логики.
- •6.2 Основные логические операции.
- •6.3 Основные законы и соотношения алгебры логики.
- •6.4 Логические функции двух переменных.
- •6.5 Свойства функций алгебры логики
- •6.6 Аналитическое представление логических функций.
- •6.7 Системы функций алгебры логики.
- •Рассмотрим практическое применение изложенного материала.
- •Решение логических задач с помощью таблиц истинности.
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •6.8 Понятия о комбинационных схемах и цифровых автоматах
- •Пример 1.
- •Пример 2.
- •Пример 3.
- •Пример 4.
- •Глава 7. Контроль работы цифрового автомата
- •7.1 Кодирование информации как средство обеспечения контроля работы автомата
- •7.2 Методы эффективного кодирования информации
- •7.3 Кодирование по методу четности-нечетности
- •7.3 Коды Хэминга
- •Глава 8. Прикладное программное обеспечение
- •9.1 Текстовые редакторы
- •9.2 Электронные таблицы
- •9.3 Система управления базами данных (субд) Основные функции субд
- •Глава 9. Методические рекомендации по решению задач в курсе информатики
- •9.1 Измерение информации. Вероятностный подход.
- •9.2 Арифметические основы эвм.
- •9.3 Представление числовых данных в памяти эвм.
- •9.4 Логические основы эвм.
- •9.5 Алгоритмизация
- •Список литературы
6.7 Системы функций алгебры логики.
Рассмотрим теорему Жегалкина, которая играет важную роль в алгебре логики.
Теорема
Жегалкина. Любая булева функция может
быть представлена многочленом вида
,
где
– коэффициент, принимающий значения 0
или 1.
Теорема Жегалкина дает возможность представить любую логическую функцию в виде полиномов разной степени, существует несколько классов ФАЛ, которые также важны для логического анализа.
Класс
линейных функций (
).
Булева функция называется линейной,
если она представляется полиномом
первой степени:
.
Количество
линейных функций равно
.
Например, при n=2 количество линейных функций равно 8.
;
;
;
;
;
;
;
.
Класс
функций, сохраняющих 0 (
).
Если функция на нулевом наборе переменных равна нулю, то говорят, что функция сохраняет ноль:
.
Класс
функций, сохраняющих 1 (
).
Если функция на единичном наборе переменных равна 1, то говорят, что функция сохраняет единицу:
.
Класс
монотонных функций (
).
Функция алгебры логики называется монотонной, если при любом возрастании набора значения этой функции не убывают.
Класс
самодвойственных функций (
).
Функция алгебры логики является самодвойственной, если на каждой паре противоположных наборов она принимает противоположные значения, т.е.:
.
Все названные функции обладают существенным свойством: любая функция алгебры логики, полученная с помощью операции суперпозиции и подстановки из функций одного класса, обязательно будет принадлежать этому же классу. При этом система логических функций называется функционально полной, если любую логическую функцию можно представить в аналитической форме через функции, взятые в любом конечном числе экземпляров каждая.
Базисом называется полная система ФАЛ, с помощью которой любая ФАЛ может быть представлена суперпозицией исходных функций.
Теорема Поста-Яблонского. Для того, чтобы система ФАЛ была полной, необходимо и достаточно, чтобы она содержала хотя бы одну функцию:
не сохраняющую ноль,
не сохраняющую единицу,
не являющуюся линейной,
не являющуюся монотонной,
не являющуюся самодвойственной.
Проблема простейшего представления логических функций сводится не только к выбору не только базиса, но и формы наиболее экономного представления этих функций.
Перечень базисов.
1.
- базис Пирса (элемент Вебба);
2.
- базис Шеффера;
3.
-
коипликация, эквиваленция;
4.
- импликативный базис;
5.
-
импликация, коимпликация;
6.
-
импликация, сложение по модулю 2;
7.
- коимпликативный базис;
8.
- импликативный базис;
9.
- конъюнктивный базис Буля;
10.
- дизъюнктивный базис Буля;
11.
- коимпликативный базис (коимпликация,
константа 1);
12.
-
эквиваленция, конъюнкция, константа 0;
13.
-
эквиваленция, дизъюнкция, константа 0;
14.
- сложение по модулю 2, конъюнкция,
эквиваленция;
15.
- сложение по модулю 2, дизъюнкция,
эквиваленция;
16.
- базис Жегалкина;
- сложение по модулю 2, дизъюнкция,
константа 1.
Базис минимальный, если удаление хотя бы одной функции превращает систему ФАЛ в неполную.
Проблема простейшего представления логических функций сводится к выбору не только базиса, но и формы наиболее экономного представления этих функций.
Если сравнить в смысле минимальности различные формы представлений ФАЛ, то станет ясно, что нормальные формы экономичнее совершенных нормальных форм, но с другой стороны, нормальные формы не дают однозначного представления.
Минимальная (тупиковая) форма представления ФАЛ содержит минимальное количество термов и переменных в термах , дальнейшие упрощения минимальной формы не возможны.
Дисциплина «Методы логического проектирования»рассматривает теоретические аспекты минимизации логических функций. Методов минимизации несколько. Перечислим основные: Метод неопределённых коэффициентов для базиса И- ИЛИ - НЕ, метод Квайна, метод минимизирующих карт и т.д. Подробно каждый из методов рассмотрен в пособии А.Я. Савельева «Основы информатики».
Упрощение сложных логических выражений может быть осуществлено по основным законам и аксиомам, изложенным выше.
Пример.
Пусть задана логическая функция с помощью таблицы истинности:F(a,b,c) = A916.
Представить её в базисе Жегалкина, используя не более 4 - х элементов.
Решение.
A |
B |
c |
F |
|
0 |
0 |
0 |
1 |
* |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
* |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
* |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
* |
Построим СДНФ для заданной функции.
Так как задан базис Жегалкина, целесообразно элементарные минтермы соединить операцией сложение по модулю 2.
СДНФ: ¬a ¬b ¬c ⊕ ¬ab ¬c ⊕ a ¬b ¬c ⊕ abc.
Упростим полученную формулу:
¬a ¬b ¬c ⊕ ¬ab ¬c ⊕ a ¬b ¬c ⊕ abc = ¬a ¬c(¬b ⊕ b) ⊕ a (¬b ¬c ⊕ bc) = ¬a ¬c ⊕ a(b~c) = ¬a ¬c ⊕ a(b ⊕ ¬c) = ¬a ¬c ⊕ ab ⊕ a ¬c = ¬c(¬a⊕ a) ⊕ ab = ¬c ⊕ ab =
c ⊕ ab⊕1.
