Sistemas Digitais Álgebra de Boole Binária e Especificação de Funções

Documentos relacionados
Utiliza variáveis binárias, i.e., que só podem assumir um de dois valores: {0,1}; {Low,High}; {True,False}; etc.

Sistemas Digitais Álgebra de Boole Binária e Especificação de Funções

Álgebra de Boole binária

ÁLGEBRA DE BOOLE B.1 - DIAGRAMA DE VENN

Abaixo descreveremos 6 portas lógicas: AND, OR, NOT, NAND, NOR e XOR.

Funções Lógicas I. José Costa. Introdução à Arquitetura de Computadores. Departamento de Engenharia Informática (DEI) Instituto Superior Técnico

Álgebra Booleana: Axiomas, Teoremas e Leis de De Morgan

PCS 3115 (PCS2215) Sistemas Digitais I. Módulo 05 Álgebra Booleana. Prof. Dr. Edison Spina. Sobre o material do Prof. Dr. Marcos A. Simplicio Jr.

Circuitos Digitais Álgebra de Boole

PCS 3115 (PCS2215) Conteúdo

Arquitetura e Organização de Computadores. Álgebra Booleana

Sistemas Digitais. 6 Funções lógicas

Capítulo 3. Álgebra de Bool

Sistemas Digitais Circuitos Combinatórios Típicos

Sistemas Digitais Minimização de Funções: Mapas de Karnaugh

Tecnologia dos Computadores 2002/2003. Exercícios

Prof. Leonardo Augusto Casillo

Lógica Boolena. Aula 05. Prof. Msc. Arthur G. Bartsch

Sistemas Digitais Minimização de Funções: Mapas de Karnaugh

Sistemas Digitais Lógica de Polaridade

Apostila de Sistemas Digitais e Computadores MÓDULOS I & II: REVISÃO ÁLGEBRA DE BOOLE.

Sistemas Digitais Circuitos Aritméticos e Unidades Aritméticas e Lógicas (ALUs)

Sistemas Digitais Circuitos Combinatórios Típicos

Eletrônica Digital. Funções lógicas, álgebra de boole e circuitos lógicos combinacionais básicos. Professor: Francisco Ary

3. CAPÍTULO LÓGICAS DIGITAIS

Sistemas Digitais Circuitos Aritméticos e Representação de Números com Sinal

A B f(a, B) = A + B. A f(a ) = A

Lógica Proposicional e Álgebra de Boole

Lógica para Computação. Álgebra de Boole

PORTAS NOR e NAND OR - AND - NOT. Considerando as entradas A e B, teremos na saída a complementação ou negação das mesmas.

ÁLGEBRA DE BOOLE POSTULADOS, TEOREMAS E PROPRIEDADES

Circuitos Digitais. Prof. Esp. Pedro Luís Antonelli Anhanguera Educacional

Representação de Funções

Sistemas Digitais I LESI :: 2º ano

Álgebra de Boole (ou Boleana) Circuitos Digitais Portas Lógicas e Álgebra de Boole. Álgebra de Boole: Tabela Verdade. Álgebra de Boole: funções

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA BACHARELADO EM SISTEMAS DE INFORMAÇÃO

Álgebra de Boole. João Paulo Cerquinho Cajueiro 19 de agosto de 2009

3. Computadores Industriais

Álgebra de Boole. Álgebra de Boole - axiomas

3 - Operações Lógicas. Portas Lógicas, Expressões Lógicas e Circuitos Lógicos

Transistor. Portas Lógicas (2) Base; Coletor; Emissor.

Sistemas Digitais Módulo 4 Álgebra Booleana e Circuitos Lógicos

PCS 3115 Sistemas Digitais I Análise e Síntese de Circuitos Combinatórios Prof. Dr. Marcos A. Simplicio Jr.

PRINCÍPIO BOOLEANO E PORTAS LÓGICAS (Unidade 3)

Módulo 2 Álgebra e Lógica Booleana

Álgebra de Boole. Nikolas Libert. Aula 4B Eletrônica Digital ET52C Tecnologia em Automação Industrial

3.4 Álgebra booleana, ordens parciais e reticulados

Introdução à Computação: Álgebra Booleana

Introdução aos Sistemas Digitais

Descrevendo Circuitos Lógicos Capítulo 3 Parte II

Introdução à Informática. Álgebra de Boole. Ageu Pacheco e Alexandre Meslin

Teoremas de De Morgan

Sistemas Digitais Módulo 5 Teoremas Lógicos, Simplificação Algébrica e Projeto de Circuitos Lógicos

CIRCUITOS DIGITAIS ÁLGEBRA BOOLEANA

Álgebra de Boole. George Simon Boole ( ) O criador da álgebra dos circuitos digitais. Profª Jocelma Rios. Out/2012

Universidade Federal do ABC

(A1) As operações + e são comutativas, ou seja, para todo x e y em A, x + y = y + x e x y = y x

Aula 1. Sistemas Analógicos vs Sistemas Digitais


Disciplina: Lógica Matemática Prof. Etelvira Leite

Sistemas Digitais. Revisão Portas Lógicas. Isaac Maia

Como primeira e indispensável parte da Lógica Matemática temos o Cálculo Proporcional ou Cálculo Sentencial ou ainda Cálculo das Sentenças.

CAPÍTULO 4 CIRCUITOS COMBINACIONAIS

Circuitos Digitais. Conteúdo. Lógica. Introdução. Tabela-Verdade. Álgebra Booleana. Álgebra Booleana / Funções Lógicas. Ciência da Computação

Circuitos Sequenciais: Circuitos Combinacionais: SISTEMAS DIGITAIS. Módulo 2 Prof. Celso

ELETRÔNICA DIGITAL Aula 4-Álgebra de Boole e Simplificações de circuitos lógicos

Capítulo 09: Mintermos, Maxtermos e Mapa de Karnaugh

CAPÍTULO 1 REVISÃO DE LÓGICA COMBINACIONAL

Organização de computadores

Portas lógicas Arquitetura e Organização de Computadores Curso de Análise e Desenvolvimento de Sistemas

Organização e Arquitetura de Computadores I

Funções e Portas Lógicas

SCE Elementos de Lógica Digital I

Matemática para Ciência de Computadores

Sistemas de Numeração. Exemplos de Sistemas de Numeração (1) Exemplos de Sistemas de Numeração (2) Sistemas de Numeração

ÁLGEBRA BOOLEANA. Foi um modelo formulado por George Boole, por volta de 1850.

Aula 07 : Portas Lógicas e Álgebra Booleana

Introdução à Automação

02 Álgebra de Boole elementos físicos e funções lógicas. v0.2

Álgebra de Boole. Este material é uma adaptação das notas de aula dos professores Edino Fernandes, Juliano Maia, Ricardo Martins e Luciana Guedes

Representação de Circuitos Lógicos

(A1) As operações + e são comutativas, ou seja, para todo x e y em A, x + y = y + x e x y = y x

Parte 2 CIRCUITOS COMBINACIONAIS

Álgebra Booleana e Tabelas-Verdade

APOSTILA COMPLEMENTAR

Prof. Sérgio Rebelo. Curso Profissional Técnico de Eletrónica, Automação e Comando

DISCIPLINA: Lógica. CONTEÚDO: Circuitos Lógicos. PROFESSORA Dr.ª Donizete Ritter


Circuitos Lógicos e Organização de Computadores

Projeto de Circuitos Lógicos. Introdução ao Computador 2010/01 Renan Manola

UNIP Ciência da Computação Prof. Gerson Pastre de Oliveira

Instituto de Matemática e Estatística, UFF Setembro de 2013

Introdução à Computação

A Lógica e Álgebra de George Boole. Alexssandra Dayanne Soares de Campos 1 Natalie Geny Silva Braz 2 Nicole Motta Ferreira 3

Unidade IV. Unidade III. Na álgebra booleana, estão todos os fundamentos da eletrônica digital.

Postulado da complementação

Eletrônica Digital. Lógica Booleana e Circuitos Lógicos FACULDADE FUCAPI

UFMT. Ministério da Educação UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO PRÓ-REITORIA DE ENSINO DE GRADUAÇÃO PLANO DE ENSINO

Lógica Digital e Álgebra Booleana

Transcrição:

Sistemas Digitais Álgebra de Boole Binária e Especificação de Funções João Paulo Baptista de Carvalho (Prof. Auxiliar do IST) joao.carvalho@inesc.pt

Álgebra de Boole Binária A Álgebra de Boole binária através do recurso à utilização de funções booleanas (ou funções lógicas) é a principal teoria de suporte às metodologias de síntese e análise de circuitos digitais Utiliza variáveis binárias, i.e., que só podem assumir um de dois valores: {,1}; {Low,High}; {True,False}; etc. Às variáveis Binárias também se dá o nome de variáveis Lógicas ou Booleanas Uke21 Sistemas Digitais 2

Funções Lógicas de Uma Variável Como só estão definidos 2 elementos no universo da Álgebra de Boole binária, o número de funções lógicas é finito, o que potencia uma abordagem algébrica bastante simples Veja-se o exemplo para uma única variável: Tabela de verdade x f (x) f 1 (x) f 2 (x) f 3 (x) 1 1 1 1 1 Só existem 4 funções possíveis! constante identidade negação constante 1 Uke21 Sistemas Digitais 3

Negação (NOT) Das funções apresentadas, a Negação, Complemento, ou NOT, é a mais importante, e caracteriza-se por transformar uma afirmação Verdadeira numa Falsa (e vice-versa) Para além da expressão algébrica e da tabela de verdade, a negação pode ser graficamente representada por um dos seguintes símbolos lógicos: NOT Inversor (INV) Dupla Negação: Demonstração do teorema da dupla negação por indução completa: x x x 1 1 1 Uke21 Sistemas Digitais 4

Funções de Duas Variáveis Existem 16 diferentes funções lógicas de 2 variáveis. As mais importantes são denominadas AND, OR, NAND, NOR e XOR Conjunção (AND, Produto Lógico, ٨) e Disjunção (OR, Soma Lógica, ٧): AND x y x.y 1 1 1 1 1 OR x y x+y 1 1 1 1 1 1 1 Uke21 Sistemas Digitais 5

Funções de Duas Variáveis NAND (AND negado), NOR (OR negado) e XOR (OU-Exclusivo): NAND x y x.y NOR x y x+y 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 XOR x y x y 1 1 1 1 Uke21 1 1 Sistemas Digitais 6

Álgebra de Boole Binária Uma Álgebra de Boole binária é um sistema algébrico B 2 = (A={,1},.,+) formado por um conjunto gerador A e por duas operações binárias,., +, designadas por produto lógico e soma lógica, e por uma operação designada por complemento, tal que: x,y A (x y A) (x + y A) (I) (Propriedade de Fecho) (II) verifica-se: A1 (Propriedade Comutativa) A2 (Propriedade Associativa) A3 (Propriedade Distributiva) A4 (Elemento neutro) A5 (Complemento) A6 (Idempotência) [Hist.] Boole, George (1815-1864), Matemático britânico. Em 1854, publicou An Investigation of the Laws of Thought onde descreveu um sistema algébrico mais tarde designado por álgebra de Boole Uke21 Sistemas Digitais 7

Propriedades Básicas da Álgebra de Boole Binária (XOR) Comutatividade Associatividade Distributividade DeMorgan Adjacência Uke21 Sistemas Digitais 8

Princípio da Dualidade Qualquer expressão válida numa álgebra de Boole tem uma expressão dual, também válida nessa álgebra, que se obtém por troca do símbolo operatório + com o símbolo operatório., e por troca do par de valores e 1 Exemplo: Uke21 Sistemas Digitais 9

Mais teoremas... Absorção: Redundância: Consenso: Uke21 Sistemas Digitais 1

Leis de Morgan: Permitem transformar uma soma de produtos num produto de somas e viceversa Verificação por Tabelas de Verdade x y x + y x + y x y x y x. y 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Generalização para n variáveis Uke21 Sistemas Digitais 11

Representação de Funções " Por função Booleana: āb e c são os termos da função. ā, b e c são os literais. " Por Circuito Lógico (ou Logigrama): " Por Tabela de Verdade: a b c ā b f 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Uke21 Sistemas Digitais 12

Funções mais de 2 variáveis Exemplo de Simplificação e Representação sob a forma de Logigrama: Uke21 Sistemas Digitais 13

Exemplo de Simplificação (II) Realização a 2 níveis (soma de produtos) Realização Multinível Uke21 Sistemas Digitais 14

Especificação por tabela: Importância das funções AND, OR e NOT A B C f 1 f 2 f 3 f 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 É sempre possível definir uma função utilizando o conjunto {AND, OR, NOT}!!! Uke21 Sistemas Digitais 15

Especificação por soma de mintermos O método anterior permitiu igualmente a passagem da representação de uma função por uma tabela para uma expressão algébrica Essa expressão é uma soma de produtos em que todos os produtos envolvem todas as variáveis da função m A B C f 1 1 2 1 3 1 1 4 1 1 5 1 1 6 1 1 1 7 1 1 1 1 A estes produtos chama-se mintermos A expressão em termos de soma de mintermos é única A esta expressão também se chama 1ª forma canónica ou forma canónica normal disjuntiva Cada mintermo corresponde a um dos 1s da função É usual referir cada mintermo pelo número correspondente em binário Assim: Uke21 Sistemas Digitais 16

Especificação por produto de maxtermos Em vez de se trabalharem com 1 s, também é possível construir a expressão da função através dos seus s Essa expressão é um produto de somas em que todas as somas envolvem todas as variáveis da função M A B C g 1 1 2 1 3 1 1 4 1 1 5 1 1 6 1 1 1 7 1 1 1 1 A cada uma das somas chama-se maxtermo A esta expressão também se chama 2ª forma canónica ou forma canónica normal conjuntiva Cada maxtermo corresponde a um dos s da função É usual referir cada maxtermo pelo número correspondente em binário Assim: Uke21 Sistemas Digitais 17

Especificação da 1ª forma canónica por logigrama A B C f 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Cada mintermo é representado por uma das portas AND Existe uma correspondência entre cada AND, cada um dos 1s da tabela e cada um dos produtos da expressão Uke21 Sistemas Digitais 18

Importância das funções NAND e NOR Como vimos, qualquer função pode ser representada como uma soma de mintermos. Por exemplo: Aplicando uma dupla negação à expressão: Aplicando as Leis de Morgan: Obtém-se assim uma expressão em que só surgem NANDs e NOTs. Como um NOT pode ser feito com um NAND, então qualquer função pode ser implementada só com NANDs O mesmo se aplica aos NORs (basta partir da 2ª forma canónica) Uke21 Sistemas Digitais 19

Manipulação e Simplificação de Funções A manipulação de uma função pode ser feita para obter uma expressão mais simples ou para obter a expressão em certas formas: Simplificar Obter expressão com operadores de 2 variáveis e negações Obter expressão só com NANDS Uke21 Sistemas Digitais 2

Bibliografia Arroz,G., Monteiro,J.C., Oliveira,A., Arquitectura de Computadores, dos Sistemas Digitais aos Microprocessadores, Capítulo 2, 2ª Edição, 29 Mano,M., Kime,C. Logic and Computer Design Fundamentals, Prentice Hall, Caps 2.1,2.2 Sêrro,C. Sistemas Digitais: Fundamentos Algébricos, IST Press, 23 Uke21 Sistemas Digitais 21