Логические операции

Логические операции

Логическая процедура абсолютно может описываться с использованием таблицы истинности, которая указывает на то, какие числа может иметь сложное высказывание при всяких вероятных значениях формирующих его простых высказываний.

Многим понятны подобные логические процедуры: инверсия, логическое произведение и логическая сумма. Их таблицы истинности показаны далее:

Логическое действие, формулирующее соответствие двух высказываний иному, правдивому тогда, когда два взятых предложения верные, именуют конъюнкцией или логическим умножением.

Логическую процедуру, организующую соответствие двух высказываний иному, ошибочному тогда, когда два текущих предложения неверные, именуют дизъюнкцией или логическим сложением.

Логическую процедуру, характеризующую соответствие всякого высказывания третьему, обратному текущему, именуют отрицанием или инверсией.

В процессе формирования отрицания элементарного высказывания:

• Применяется фраза «неверно, что» или сказуемое дополняется частицей «не»;
• В предложении, которое содержит слово «все», оно преобразовывается в «некоторые» и наоборот.

Изучим прочие логические процедуры.

Импликация

Логическую процедуру, обеспечивающую соответствие двух высказываний третьему, неверному в тех ситуациях, когда первое высказывание или посылка верное, а второе или следствие неверное, именуют импликацией или логическим следованием.

Процедуру импликации описывают стрелочкой и формулируют таблицей истинности:

К примеру, один утверждает: «Если сегодня вечером будет дождь, я останусь дома». Очевидно, что говорящий солжёт, если дождя не будет, а он всё же останется дома. Если вечером начнётся дождь, тогда несмотря на то, выйдет человек из дома или нет, он скажет правду, так как он давал слово выйти из дома лишь при условии, что дождь не начнётся.

Строгая дизъюнкция

Логическую операцию, обеспечивающую соответствие двух высказываний третьему, правдивому в тех ситуациях, когда исключительно одно из двух высказываний верное, именуют строгой или исключающей дизъюнкцией.

Строгую дизъюнкцию описывают знаком ⊕ и формулируют с использованием таблицы истинности:

В разговорном языке строгая или разделительная дизъюнкция согласуется со связующей «либо». Если сравнивать со стандартной дизъюнкцией, имеющей связующую «или», в предложении, которое содержит строгую дизъюнкцию, говорящий заявляет, что случится лишь одно событие.

К примеру, утверждая, что «Завтра Ваня будет сидеть либо за первой, либо за второй партой», считается, что Ваня будет сидеть или за первой партой, или за второй, а сидеть за двумя партами одновременно у него не выйдет.

Равнозначность

Логическую процедуру, формулирующую соответствие двух высказываний третьему, верному в той ситуации, когда оба введённых высказываний верные или оба неверные, именуют эквиваленцией или равнозначностью.

Логика описывает эквиваленцию с помощью двойной стрелочки и формулирует её таблицей истинности:

В бытовых ситуациях с целью описания взаимной обусловленности прибегают к связующей «тогда и только тогда, когда», а математически это описывается как «необходимо и достаточно».

В качестве примера возьмём предложение «Ваня пойдёт к другу в гости тогда и только тогда, когда запомнит стих».

Подобное предложение истинно, обещание выполняется, если истинными считаются оба простых высказывания: «Ваня придёт к другу в гости», «Ваня запомнит стих». Обещание не нарушается и тогда, когда оба предложения неверные: «Ваня не придёт к другу в гости», «Ваня не запомнит стих». Если исключительно одно высказывание неверно: «Ваня придёт к другу в гости, хотя и не запомнит стих», «Ваня запомнит стих, но не придёт к другу в гости» — тогда обещание нарушается, и высказывание в целом неверно.

Взглянув на таблицы истинности строгой дизъюнкции и эквиваленции, можно предположить, что если на каком-то множестве логических переменных итог строгой дизъюнкции истинный, то на том же множестве итог эквиваленции всегда ложный. Отсюда формулируются положения:

• Процедура эквиваленции – отрицание процедуры строгой дизъюнкции, то есть, C ↔ D = ¬ (C ⊕ D);
• Процедура строгой дизъюнкции – отрицание процедуры эквиваленции, то есть, C ⊕ D = ¬ (C ↔ D).

Обозначения логических операций

На данный момент логическая алгебра не сформировала универсальную символику для описания логических процедур. Таким образом, в таблице далее описываются логические процедуры и их самые часто встречающиеся обозначения, которые применяются не только в логической алгебре, но и в определённых языках программирования. В отдельной графе приводятся словесные обороты, соотносящиеся с логическими процедурами.

Процедура отрицания осуществляется над единственным операндом. Подобные процедуры именуют одноместными или унарными. Все прочие логические процедуры, перечисленные в таблице, осуществляются над парой операндов — они двуместные или бинарные.

Логический элемент — это интегральная схема, выполняющая логические операции с входной информацией.

Этот электронный чип обеспечивает определенную взаимосвязь между сигналами входа и выхода.

Где применяются логические элементы

Логические элементы могут служить автономными частями схемы и составными частями более сложной схемы. В качестве самостоятельного элемента микросхему используют для управления устройством. Также чип с логической опцией имеет назначение генератора импульсов в радиодеталях.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

В комбинационных цифровых схемах рассматриваемые элементы составляют часть больших и сверхбольших интегральных схем, шифраторов и дешифраторов. В триггерах, регистрах, счетчиках и других схемах с памятью также применяют микросхемы с функцией логических действий.

Классификация логических элементов

В зависимости от вида используемых сигналов микросхемы с логическим действием бывают:

• Потенциальные: данные на входе представляют собой напряжения различных уровней. Высокое напряжение — это логическая единица, означающая истину. Низкое напряжение называется логическим нулем и считается ложным значением. В зависимости от подачи напряжения на входе и выполненной операции на выходе получается истина или ложь.
• Импульсные: отсутствие импульсов = логический ноль, наличие импульса = логическая единица.
• Импульсно-потенциальные: Наличие положительного импульса заданной амплитуды означает логическую единицу, его отсутствие — логический ноль.

В зависимости от типа используемых материалов выделяют следующие разновидности микросхем:

• Диодно-резисторная логика. Использование схем, разработанных по этой технологии, возможно только с полупроводниковыми триодами. Для самостоятельного применения этих элементов характерны большие потери.
• Диодно-транзисторная логика. Операции при этой технологии реализуются посредством диодных цепей, а усиление и инверсия сигнала происходят благодаря транзистору.
• Резисторно-транзисторная логика. Данный класс чипов базируется на резисторах и биполярных транзисторах.
• Транзисторно-транзисторная логика. За триодом, выполняющим логическую операцию, подключают выходной инвертор для четкости сигнала на выходе.

Примеры основных логических элементов

На чипах с логической функцией выполняют основные операции:

• конъюнкция — умножение;
• дизъюнкция — сложение;
• инверсия — отрицание;

Для микросхемы с двумя входами логическая единица на выходе возможна только при подаче на оба входа истинного значения. В иных случаях на выходе получится ноль.

Истинное значение будет в случае разных сигналов на входах. Если на обоих входах будет высокий потенциал, на выходе получится низкий. При одновременной подаче низкого уровня сигнала на каждый вход на выходе также будет низкий уровень.

Обозначения логических элементов на схеме

В Булевой алгебре, на которой базируется вся цифровая техника, электронные элементы должны выполнять ряд определённых действий. Это так называемый логический базис. Вот три основных действия:

ИЛИ – логическое сложение (дизъюнкция) – OR;

И – логическое умножение (конъюнкция) – AND;

НЕ – логическое отрицание (инверсия) – NOT.

Логический элемент И.

На рисунке представлена таблица истинности элемента «И» с двумя входами. Хорошо видно, что логическая единица появляется на выходе элемента только при наличии единицы на первом входе и на втором. В трёх остальных случаях на выходе будут нули.

На принципиальных схемах логический элемент «И» обозначают так.

На зарубежных схемах обозначение элемента «И» имеет другое начертание. Его кратко называют AND.

Логический элемент ИЛИ.

Элемент «ИЛИ» с двумя входами работает несколько по-другому. Достаточно логической единицы на первом входе или на втором как на выходе будет логическая единица. Две единицы так же дадут единицу на выходе.

На схемах элемент «ИЛИ» изображают так.

На зарубежных схемах его изображают чуть по-другому и называют элементом OR.

Логический элемент НЕ.

Вот таким образом его показывают на схемах.

В зарубежной документации элемент «НЕ» изображают следующим образом. Сокращённо называют его NOT.

Все эти элементы в интегральных микросхемах могут объединяться в различных сочетаниях. Это элементы: И–НЕ, ИЛИ–НЕ, и более сложные конфигурации. Пришло время поговорить и о них.

Логический элемент 2И-НЕ.

Рассмотрим несколько реальных логических элементов на примере серии транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) К155 с малой степенью интеграции. На рисунке когда-то очень популярная микросхема К155ЛА3, которая содержит четыре независимых элемента 2И – НЕ. Кстати, с помощью её можно собрать простейший маячок на микросхеме.

Как вы уже поняли, один элемент 2И-НЕ изображается вот так.

По сути это упрощённое изображение двух объёдинённых элементов: элемента 2И и элемента НЕ на выходе.

Зарубежное обозначение элемента И-НЕ (в данном случае 2И-НЕ). Называется NAND.

Таблица истинности для элемента 2И-НЕ.

Логический элемент 2ИЛИ-НЕ.

Логический элемент 2ИЛИ – НЕ представлен в серии К155 микросхемой 155ЛЕ1. Она содержит в одном корпусе четыре независимых элемента. Таблица истинности так же отличается от схемы «ИЛИ» применением инвертирования выходного сигнала.

Таблица истинности для логического элемента 2ИЛИ-НЕ.

Изображение на схеме.

На зарубежный лад изображается так. Называют как NOR.

Для отдельного инвертора таблица истинности уже приведена выше. Можно добавить, что количество инверторов в одном корпусе может достигать шести.

Логический элемент «исключающее ИЛИ».

На зарубежный манер «исключающее ИЛИ» называют XOR и на схемах рисуют вот так.

Кроме вышеперечисленных логических элементов, которые выполняют базовые логические функции очень часто, используются элементы, объединённые в различных сочетаниях. Вот, например, К555ЛР4. Она называется очень серьёзно 2-4И-2ИЛИ-НЕ.

Её таблица истинности не приводится, так как микросхема не является базовым логическим элементом. Такие микросхемы выполняют специальные функции и бывают намного сложнее, чем приведённый пример. Так же в логический базис входят и простые элементы «И» и «ИЛИ». Но они используются гораздо реже. Может возникнуть вопрос, почему эта логика называется транзисторно-транзисторной.

Если посмотреть в справочной литературе схему, допустим, элемента 2И – НЕ из микросхемы К155ЛА3, то там можно увидеть несколько транзисторов и резисторов. На самом деле ни резисторов, ни диодов в этих микросхемах нет. На кристалл кремния через трафарет напыляются только транзисторы, а функции резисторов и диодов выполняют эмиттерные переходы транзисторов. Кроме того в ТТЛ логике широко используются многоэмиттерные транзисторы. Например, на входе элемента 4И стоит четырёхэмиттерный транзистор.

Логический элемент – это такая схемка, у которой несколько входов и один выход. Каждому состоянию сигналов на входах, соответствует определенный сигнал на выходе.

Итак, какие бывают элементы?

Поскольку вам придется общаться как с русской, так и с буржуйской тех. документацией, я буду приводить условные графические обозначения (УГО) элементов и по нашим и по не нашим стандартам.

Опять же, название говорит само за себя.

Едем дальше. Дальше у нас очень простенький, но очень необходимый элемент.

Надо чего-нибудь говорить по поводу его работы?

Смотрим таблицу истинности. Когда на выходе единицы? Правильно: когда на входах разные сигналы. На одном – 1, на другом – 0. Вот такой он хитрый.

Эквивалентная схема примерно такая:

Ее запоминать не обязательно.

Далее мы позанудствуем о том, как синтезировать цифровую схему, имея ее таблицу истинности. Это совсем несложно, а знать надо, ибо пригодится (еще как пригодится) нам в дальнейшем.

Ну и напоследок – несколько микросхем, внутри которых содержатся цифровые элементы. Около выводов элементов обозначены номера соответствующих ног микросхемы. Все микросхемы, перечисленные здесь, имеют 14 ног. Питание подается на ножки 7 (-) и 14 (+). Напряжение питания – смотри в таблице в предыдущем параграфе.

none Опубликована: 2005 г. 0 1

Вознаградить Я собрал 0 0

Всем доброго времени суток! Продолжаю рассказывать про цифровые логические микросхемы. Здесь смотрите первую и вторую часть.

Рассказывая про логические микросхемы мы идём по пути повышения сложности логических элементов. После логических элементов НЕ и буферных микросхем следующие элементы, о которых идёт речь, выполняют простейшие логические операции: операция логического умножения и логического сложения. Такие элементы называются логические элементы И (AND) и логический элемент ИЛИ (OR). Данные логические элементы объединяет то, что они имеют несколько равноправных входов (от 2 до 12), а выход всего один. На выходе сигнал соответствует комбинации сигналов на входе, над которыми выполнена соответствующая функция. Ниже показано условное графическое обозначение элементов И и ИЛИ.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Обозначение элементов И и ИЛИ: слева логический элемент И и ИЛИ (DIN); справа логический элемент И и ИЛИ (ANSI).

Кроме многочисленных логических элементов И и ИЛИ существуют такие логические элементы, которые на выходе инвертируют сигнал. К названию таких элементов добавляется в конце частичка НЕ, то есть элемент И с инверсией сигнала на выходе называется И-НЕ (NAND), а элемент ИЛИ соответственно ИЛИ-НЕ (NOR). Ниже показано условное графическое обозначение элементов И-НЕ и ИЛИ-НЕ.

Обозначение элементов И-НЕ и ИЛИ-НЕ: слева логический элемент И-НЕ и ИЛИ-НЕ (DIN); справа логический элемент И-НЕ и ИЛИ-НЕ (ANSI).

Как указывалось выше, данные элементы имеют несколько равноправных входов, поэтому для чёткого распознавания логических элементов с разным количеством входов перед названием логического элемента ставят число, которое соответствует количеству входов логического элемента. Например, обозначение двухвходового элемента И с инверсией на выходе будет иметь обозначение 2И-НЕ, а пятивходового элемента выполняющего функцию ИЛИ с инверсией – 5ИЛИ-НЕ.

Отечественная система обозначений чётко определяет наименования микросхем, выполняющих различные функции. Такие обозначения различаются суффиксами: для логических элементов выполняющих функцию И наименование содержит суффикс ЛИ (например, К155ЛИ2, КР1533ЛИ10), для элементов И-НЕ – суффикс ЛА (например, К155ЛА3, К555ЛА13), для элементов ИЛИ – суффикс ЛЛ (например, К155ЛЛ1, К1533ЛЛ4), для элементов ИЛИ-НЕ – суффикс ЛЕ (например, К155ЛЕ1, К1533ЛЕ10).

Как известно для каждого логического элемента выполняющего соответственную функцию существует своя таблица истинности. Ниже приведена сводная таблица истинности для двухвходовых логических элементов И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ.

Применение логоческих элементов

На современном этапе развития цифровой электроники и микросхемотехники простые логические элементы всё меньше находят своё применение именно как выполняющие простые логические функции. Очень часто вышеописанные логические элементы выполняют функции разрешения/запрещения или смешивания/совпадения сигналов в более сложных цифровых схемах.

Схема разрешения/запрещения

Например, применение логического элемента 2И в качестве управляющего можно описать следующим образом. Один из входов считают управляющим, а второй информационным, тогда при лог. 1 на управляющем входе, сигнал с информационного входа проходит на выход без ограничения, но если на управляющем входе низкий логический уровень, то прохождение сигнала с входа на выход отсутствует. Очень часто логические элементы в таком качестве используют для работы на мультиплексированную или двунаправленную линию.

Точно также в качестве элементов разрешении/запрещения используются и другие элементы И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ. Применение того или иного элемента обуславливается уровнем управляющего сигнала, инверсии (или её отсутствия) входного сигнала. Ниже показаны схемы использования логических элементов в качестве разрешающих/запрещающих прохождение сигнала.

Реализация разрешение/запрещение прохождения сигналов на логических элементах

Схема смешивания сигналов

Довольно часто требуется реализовать смешивание сигналов, когда выходной сигнал должен появляться при приходе сигналов на любой вход логического элемента. Например, использую элемент 2ИЛИ можно реализовать смешивание двух сигналов без инверсии, то есть сигналы, которые приходят на первый и на второй вход, будут отображаться в выходном сигнале. Ниже показаны схемы использования логических элементов в качестве смешивающих с различными уровнями.

Реализация смешивания сигналов различных логических уровней на логических элементах

Схемы определения совпадения сигналов

На логических элементах И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ очень просто реализовать схемы совпадения входящих сигналов, когда выходной сигнал вырабатывается при совпадении логических уровней входящих сигналов. Ниже показаны схемы совпадения на логических элементах.

Реализация функции совпадения сигналов на логических элементах

Схемы инвертирования сигналов

Логические элементы И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ, как более сложные по сравнению с элементами НЕ и повторителями, позволяют реализовать функции инверторов и буферных элементов. Для этого просто необходимо соединить их входы или на один из входов подать сигнал соответствующего логического уровня. Ниже показаны схемы повторителей и инверторов на элементах И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ.

Реализация повторителей и инверторов на логических элементах

Этими простыми схемами не ограничивается применение логических элементов И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ. Больше про применение логических микросхем я обязательно напишу в одном из следующих постов.

Теория это хорошо, но необходимо отрабатывать это всё практически ПОПРОБЫВАТЬ МОЖНО ЗДЕСЬ

Специальные устройства, выполняющие обработку цифровой информации на основе принципов алгебры логики, называются логическими элементами. Физически они реализовываются на электронных устройствах. Самыми простыми логическими элементами являются И, ИЛИ, НЕ.

Что такое логические элементы

Логические элементы представляют собой устройства, которые могут быть реализованы на электронной полупроводниковой базе. Они выполняют некоторую логическую функцию преобразования входного сигнала. На нескольких простых логических элементах можно построить сколь угодно много сложных устройств, например регистров, сумматоров, счетчиков импульсов.

Для описания работы различных электронных устройств удобно использовать элементы алгебры логики, которая, как известно, работает с переменными, принимающими только два значения 1 и 0, то есть включено или выключено.

Определение количества логических элементов, которые можно построить на базе двоичной логики, выполняется по формуле 2 4 , то есть составляет 16.

Элементарные логические элементы

Основными логическими элементами являются И, ИЛИ, НЕ. Все остальные элементы строятся на базе них.

Рис. 1. Графическое изображение элементов И, ИЛИ, НЕ

Инверсия (НЕ)

Инверсия представляет собой унарную операцию, то есть элемент с одним входом. Логический элемент НЕ реализует логическое отрицание. Если на вход этого элемента подается сигнал 1, то на выходе будет получено 0.

Таблица истинности для данного элемента имеет вид:

Конъюнкция (И)

Логический элемент И является бинарным и выполняет логическое умножение. Результат конъюнкции равен 1 только в том случае, когда на входы данного элемента подаются две единицы. Во всех остальных случаях результат конъюнкции равен нулю.

Таблица истинности для конъюнкции

Дизъюнкция (ИЛИ)

Бинарный логический элемент ИЛИ реализует операцию логического сложения. Результат этой операции равен нулю в том случае, когда на входы дизъюнкции подаются нули. В остальных случаях результат всегда равен единице.

Таблица истинности для логического ИЛИ

Логические элементы, построенные на базе И, ИЛИ, НЕ

Все остальные бинарные логические элементы строятся на базе основных.

Рис. 2. Графическое изображение элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ

Все логические элементы собираются из различных устройств: транзисторов, резисторов, диодов, интегральных микросхем. Самыми распространенными являются электронные логические элементы, так как показывают хорошие свойства быстродействия, надежности, экономичности.

Рис. 3. Принципиальная схема логического элемента

Что мы узнали?

Логические элементы – это устройства, собранные из различных электронных приборов и выполняющие функцию преобразования сигнала на основе алгебры логики. Самыми элементарными логическими элементами являются И, ИЛИ, НЕ. Все остальные строятся на основе базовых.

Логические элементы — устройства, предназначенные для обработки информации в цифровой форме (последовательности сигналов высокого — «1» и низкого — «0» уровней в двоичной логике, последовательности «0», «1» и «2» в троичной логике, последовательности «0», «1», «2», «3», «4», «5», «6», «7», «8» и «9» — в десятичной). Физически логические элементы могут быть выполнены механическими, электромеханическими (на электромагнитных реле), электронными (в частности, на диодах или транзисторах), пневматическими, гидравлическими, оптическими и другими.

С развитием электротехники от механических логических элементов перешли к электромеханическим логическим элементам (на электромагнитных реле), а затем к электронным логическим элементам: вначале — на электронных лампах, позже — на транзисторах. После доказательства в 1946 году теоремы Джона фон Неймана об экономичности показательных позиционных систем счисления стало известно о преимуществах двоичной и троичной систем счисления по сравнению с десятичной системой счисления. От десятичных логических элементов перешли к двоичным логическим элементам. Двоичность и троичность позволяет значительно сократить количество операций и элементов, выполняющих эту обработку, по сравнению с десятичными логическими элементами.

Логические элементы выполняют логическую функцию (операцию) над входными сигналами (операндами, данными).

Логических функций и соответствующих им логических элементов всего существует , где  — основание системы счисления,  — число входов (аргументов),  — число выходов; таким образом, количество теоретически возможных логических элементов бесконечно. Поэтому в данной статье рассматриваются только простейшие, главные логические элементы.

Всего существует двухвходовых двоичных логических элементов и трёхвходовых двоичных логических элементов (и соответствующих булевых функций). Аналогично, для троичной логики возможны двухвходовых и трёхвходовых логических элементов.

Двоичные логические операции с цифровыми сигналами (битовые операции)Править

Своё теоретическое обоснование логические операции (булева функция) получили в алгебре логики.

Логические операции с одним операндом называются унарными, с двумя — бинарными, с тремя — тернарными (триарными, тринарными) и т. д.

Из   возможных унарных операций с унарным выходом интерес для реализации представляют операции отрицания (инверсии) и повторения, причём, операция отрицания имеет бо́льшую значимость, чем операция повторения, так как повторитель может быть собран из двух инверторов, а инвертор из повторителей не собрать.

Операция «»

Здесь и далее приведены гра­фи­чес­кие обозначения логических элементов по стандартам IEC (слева) и ANSI (справа).

Мнемоническое правило для отрицания звучит так — на выходе будет:

• «1» тогда и только тогда, когда на входе «0»,
• «0» тогда и только тогда, когда на входе «1».

Выходная логическая переменная равна входной.

Преобразование информации требует выполнения операций с группами знаков, простейшей из которых является группа из двух знаков. Оперирование с большими группами всегда можно разбить на последовательные операции с двумя знаками. Из   возможных бинарных логических операций с двумя знаками с унарным выходом интерес для реализации представляют 10 операций, приведённых ниже.

(логическое умножение). Операция «»

Логический элемент, реализующий функцию конъюнкции, называется схемой совпадения. Мнемоническое правило для конъюнкции с любым количеством входов звучит так — на выходе будет:

• «1» тогда и только тогда, когда на всех входах действуют «1»,
• «0» тогда и только тогда, когда хотя бы на одном входе действует «0».

Словесно эту операцию можно выразить следующим выражением: «Истина на выходе может быть только при истине на входе 1 И истине на входе 2».

(логическое сложение). Операция «»

Мнемоническое правило для дизъюнкции с любым количеством входов звучит так — на выходе будет:

• «1» тогда и только тогда, когда хотя бы на одном входе действует «1»,
• «0» тогда и только тогда, когда на всех входах действуют «0».

Инверсия функции конъюнкции. Операция «» ()

Мнемоническое правило для И-НЕ с любым количеством входов звучит так — на выходе будет:

• «1» тогда и только тогда, когда хотя бы на одном входе действует «0»,
• «0» тогда и только тогда, когда на всех входах действуют «1».

Инверсия функции дизъюнкции. Операция «» ()

Мнемоническое правило для ИЛИ-НЕ с любым количеством входов звучит так — на выходе будет:

• «1» тогда и только тогда, когда на всех входах действуют «0»,
• «0» тогда и только тогда, когда хотя бы на одном входе действует «1».

(, тождество). Операция «»

• «1» тогда и только тогда, когда на входе действует чётное количество «1» или «0».
• «0» тогда и только тогда, когда на входе действует нечётное количество «1».

Словесная запись: «истина на выходе при истине на входе 1 и входе 2 или при лжи на входе 1 и входе 2».

Сложение (сумма) по модулю 2 (, ). Операция «»

Мнемоническое правило для суммы по модулю 2 с любым количеством входов звучит так — на выходе будет:

• «1» тогда и только тогда, когда на входе действует нечётное количество «1»,
• «0» тогда и только тогда, когда на входе действует чётное количество «1».

Словесное описание: «истина на выходе — при истине только на входе 1, либо при истине только на входе 2».

Импликация от A к B (, , следовательно, A<=B)

Мнемоническое правило для инверсии декремента звучит так — на выходе будет:

• «0» тогда и только тогда, когда значение на «B» меньше значения на «A»,
• «1» тогда и только тогда, когда значение на «B» больше либо равно значению на «A».

Импликация от B к A (, , A>=B)

Мнемоническое правило для инверсии инкремента звучит так — на выходе будет:

• «0» тогда и только тогда, когда значение на «B» больше значения на «A»,
• «1» тогда и только тогда, когда значение на «B» меньше либо равно значению на «A».

Запрет импликации по B. Инверсия импликации от A к B

Мнемоническое правило для инверсии импликации от A к B звучит так — на выходе будет:

• «1» тогда и только тогда, когда значение на «A» больше значения на «B»,
• «0» тогда и только тогда, когда значение на «A» меньше либо равно значению на «B».

Запрет импликации по A. Инверсия импликации от B к A

Мнемоническое правило для инверсии импликации от B к A звучит так — на выходе будет:

• «1» тогда и только тогда, когда значение на «B» больше значения на «A»,
• «0» тогда и только тогда, когда значение на «B» меньше либо равно значению на «A».

Этими простейшими логическими операциями (функциями), и даже некоторыми их подмножествами, можно выразить любые другие логические операции. Такой набор простейших функций называется функционально полным логическим базисом. Таких базисов 4:

• И, НЕ (2 элемента)
• ИЛИ, НЕ (2 элемента)
• И-НЕ (1 элемент)
• ИЛИ-НЕ (1 элемент).

Для преобразования логических функций в один из названных базисов необходимо применять законы (правила) де Моргана.

Физические реализацииПравить

Реализация логических элементов возможна при помощи устройств, использующих самые разнообразные физические принципы:

• механические,
• гидравлические,
• пневматические,
• электромагнитные,
• электромеханические,
• электронные,
• оптические.

Физические реализации одной и той же логической функции, а также обозначения для истины и лжи, в разных системах электронных и неэлектронных элементов отличаются друг от друга.

Классификация электронных транзисторных физических реализаций логических элементовПравить

Логические элементы подразделяются и по типу использованных в них электронных элементов. Наибольшее применение в настоящее время находят следующие логические элементы:

Упрощённая схема двухвходового элемента И-НЕ ТТЛ.

Обычно входной каскад логических элементов ТТЛ представляет собой простейшие компараторы, которые могут быть выполнены различными способами (на многоэмиттерном транзисторе или на диодной сборке). В логических элементах ТТЛ входной каскад, кроме функций компараторов, выполняет и логические функции. Далее следует выходной усилитель с двухтактным (двухключевым) выходом.

В логических элементах КМОП входные каскады также представляют собой простейшие компараторы. Усилителями являются КМОП-транзисторы. Логические функции выполняются комбинациями параллельно и последовательно включенных ключей, которые одновременно являются и выходными ключами.

Транзисторы могут работать в инверсном режиме, но с меньшим коэффициентом усиления. Это свойство используется в ТТЛ многоэмиттерных транзисторах. При подаче на оба входа сигнала высокого уровня (1,1) первый транзистор оказывается включённым в инверсном режиме по схеме эмиттерного повторителя с высоким уровнем на базе, транзистор открывается и подключает базу второго транзистора к высокому уровню, ток идёт через первый транзистор в базу второго транзистора и открывает его. Второй транзистор «открыт», его сопротивление мало и на его коллекторе напряжение соответствует низкому уровню (0). Если хотя бы на одном из входов сигнал низкого уровня (0), то транзистор оказывается включённым по схеме с общим эмиттером, через базу первого транзистора на этот вход идёт ток, что открывает его и он закорачивает базу второго транзистора на землю, напряжение на базе второго транзистора мало́ и он «закрыт», выходное напряжение соответствует высокому уровню. Таким образом, таблица истинности соответствует функции 2И-НЕ.

Схема элемента 3И-НЕ с диодами и транзисторами Шоттки. Серия микросхем 74LS (К555).

Для увеличения быстродействия логических элементов в них используются транзисторы Шоттки (транзисторы с диодами Шоттки), отличительной особенностью которых является применение в их конструкции выпрямляющего контакта металл-полупроводник вместо p-n-перехода. При работе этих приборов отсутствует инжекция неосновных носителей и явления накопления и рассасывания заряда, что обеспечивает высокое быстродействие. Включение этих диодов параллельно коллекторному переходу блокирует насыщение выходных транзисторов, что увеличивает напряжения логического 0, так как падени напряжения на насыщенном транзисторе больше, но уменьшает потери времени на переключение логического элемента при том же потребляемом токе (или позволяет уменьшить потребляемый ток при сохранении быстродействия). Так, серия 74хх — классическая серия ТТЛ и серия 74LSxx — серия с диодами Шоттки, имеют приблизительно равное быстродействие (фактически серия 74LSxx несколько быстрее), но потребляемый ток меньше в и во столько же раз меньше и входной ток логического элемента.

• КМОП (логика на основе комплементарных ключей на МОП транзисторах).
• ЭСЛ (эмиттерно-связанная логика).

Эта логика, иначе называемая логикой на переключателях тока, построена на базе биполярных транзисторов, объединённых в дифференциальные каскады. Один из входов обычно подключён внутри микросхемы к источнику опорного (образцового) напряжения, примерно посредине между логическими уровнями. Сумма токов через транзисторы дифференциального каскада постоянна, в зависимости от логического уровня на входе изменяется лишь то, через какой из транзисторов течёт этот ток. В отличие от ТТЛ, транзисторы в ЭСЛ работают в активном режиме и не входят в насыщение или инверсный режим. Это приводит к тому, что быстродействие ЭСЛ-элемента при той же технологии (тех же характеристиках транзисторов) гораздо больше, чем ТТЛ-элемента, но больше и потребляемый ток. К тому же, разница между логическими уровнями у ЭСЛ-элемента намного меньше, чем у ТТЛ (меньше вольта), и, для приемлемой помехоустойчивости, приходится использовать отрицательное напряжение питания (а иногда и применять для выходных каскадов второе питание). Зато максимальные частоты переключения триггеров на ЭСЛ более, чем на порядок превышают возможности современных им ТТЛ, например, серия К500 обеспечивала частоты переключения по сравнению с современной ей ТТЛ серии К155. В настоящее время и ТТЛ(Ш), и ЭСЛ практически не используются, так как с уменьшением проектных норм КМОП-технология достигла частот переключения в несколько гигагерц.

Одним из основных логических элементов является инвертор. Инвертирующими каскадами являются однотранзисторный каскад с общим эмиттером, однотранзисторный каскад с общим истоком, двухтранзисторный двухтактный выходной каскад на комплементарных парах транзисторов с последовательным включением транзисторов по постоянному току (применяется в ТТЛ и КМОП), двухтранзисторный дифференциальный каскад с параллельным включением транзисторов по постоянному току (применяется в ЭСЛ) и др. Но одного условия инвертирования недостаточно для применения инвертирующего каскада в качестве логического инвертора. Логический инвертор должен иметь смещённую рабочую точку на один из краёв проходной характеристики, что делает каскад неустойчивым в середине диапазона входных величин и устойчивым в крайних положениях (закрыт, открыт). Такой характеристикой обладает компаратор, поэтому логические инверторы строят как компараторы, а не как гармонические усилительные каскады с устойчивой рабочей точкой в середине диапазона входных величин. Таких каскадов, как и контактных групп реле, может быть два вида: нормально закрытые (разомкнутые) и нормально открытые (замкнутые).

Применение логических элементовПравить

Логические элементы входят в состав серий микросхем, например ТТЛ-элементы — в состав микросхем серии К155 (SN74), К133; ТТЛШ — 530, 533, К555, ЭСЛ — 100, К500 и т. д.

Комбинационные логические устройстваПравить

Комбинационными называются такие логические устройства, выходные сигналы которых однозначно определяются входными сигналами:

Все они выполняют простейшие двоичные, троичные или n-ичные логические функции.

Последовательностные цифровые устройстваПравить

Последовательностными называют такие логические устройства, выходные сигналы которых определяются не только сигналами на входах, но и предысторией их работы, то есть состоянием элементов памяти.

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 1 июля 2022 года; проверки требуют 3 правки.

Учитывайте, что вне логики данные символы, в зависимости от контекста, могут иметь другие значения.

Основные логические символыПравить

Символы отсортированы согласно коду Unicode:

• U+0305 ◌̅ Комбинируемое надчёркивание, используется для сокращения стандартных представлений чисел (Типографическая теория чисел). Например, «4̅» является сокращённым написанием стандартного числа «SSSS0».
• Надчёркивание также иногда используется для обозначения нумерации Гёделя, например, «» обозначает номер Гёделя для «(AVB)»

• U+2201 ∁ Дополнение
• U+2204 ∄ Не существует: перечёркнутый квантор существования, то же самое, что и «¬∃»
• U+2234 ∴ Следовательно, таким образом, поэтому
• U+2235 ∵ Поскольку, потому что, вследствие того, что
• U+22A8 ⊨ Истина: является истиной.
• U+22AC ⊬ Невыводимо: отрицание ⊢, символ невыводимо, например, T ⊬ P означает, что «P не является теоремой в T»
• U+22AD ⊭ Неверно: не является истиной
• U+22BC ⊼ НЕ-И: другой оператор НЕ-И, может быть записан также как
• U+22BD ⊽ ИЛИ-НЕ: оператор Исключающее ИЛИ, может быть записан также как
• U+22C4 ⋄ Ромб: модальный оператор для «возможно, что», «не обязательно нет» или, редко, «непротиворечиво» (в большинстве модальных логик оператор определяется как «¬◻¬»)
• U+22C6 ⋆ Звёздочка: обычно используется как специальный оператор
• U+22A5 ⊥ Кнопка вверх или U+2193 ↓ Стрелка вниз: стрелка Пирса, символ исключающего ИЛИ. Иногда «⊥» используется для противоречия или абсурда.

Следующие операторы редко поддерживаются стандартными шрифтами. Если вы хотите использовать их на своей странице, вам следует всегда встраивать нужные шрифты, чтобы браузер мог отражать символы без необходимости устанавливать шрифты на компьютер.

• U+27E1 ⟡ Незакрашенный ромб с вогнутыми сторонами
• U+27E2 ⟢ Незакрашенный ромб с вогнутыми сторонами и чёрточкой влево: модальный оператор для никогда не было
• U+27E3 ⟣ Незакрашенный ромб с вогнутыми сторонами и чёрточкой вправо: модальный оператор для никогда не будет
• U+27E4 ⟤ Незакрашенный квадрат с чёрточкой влево: модальный оператор для всегда было
• U+27E5 ⟥ Незакрашенный квадрат с чёрточкой вправо: модальный оператор для всегда будет
• U+297D ⥽ Хвост рыбы, направленный вправо: иногда употребляется для «связи», а также для обозначения различных случайных связей (например, для обозначения «свидетельствования» в контексте ). Рыбий хвост использовался также Льюисом (C.I.Lewis) для обозначения строгой импликации   U+⥽  , соответствующий макрос LaTeX — strictif. См. здесь изображение знака. Знак добавлен в Unicode 3.2.0.

Польша и Германия

В Польше квантор всеобщности иногда записывается как  , а квантор существования как  .
То же самое наблюдается в немецкой литературе.

• Юзеф Мария Бохеньский
• Список обозначений, используемых в книге «Основания математики»
• Таблица математических символов
• , предлагается множество символов для логики
• Логическая операция
• Математические операции и символы в Unicode
• Польская нотация
• Булева функция
• Таблица истинности

• Named character references. HTML 5.1 Nightly. W3C. Дата обращения: 9 сентября 2015. Архивировано 28 января 2016 года.
• Хотя этот символ доступен в LaTeX, система MediaWiki TeX его не поддерживает.
• Brody, 1973, с. 93.
• Quine, W.V. (1981): Mathematical Logic, § 6
• Hintikka, 1998, с. 113.
• Беклемишев Л. Д. Что такое логика доказуемости Архивная копия от 18 ноября 2015 на Wayback Machine, Летняя школа «Современная математика», 2013

ЛитератураПравить

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 11 ноября 2022 года; проверки требуют 6 правок.

Таблица истинности — таблица, описывающая логическую функцию.

Под «логической функцией» в данном случае понимается функция, у которой значения переменных (параметров функции) и значение самой функции выражают логическую истинность.
Например, в двузначной логике они могут принимать значения «истина» либо «ложь» ( либо , либо ).

Табличное задание функций встречается не только в логике, но и в логических функциях. Таблицы оказались довольно удобными, и с начала XX века за ними закрепилось это специальное название. Особенно часто таблицы истинности применяются в булевой алгебре.

Таблицы истинности для основных двоичных логических функцийПравить

• Конъюнкция = AND = И =   = &
• Сложение по модулю 2 = XOR = ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ =   = ~
• Отрицание = NOT = НЕ =   =  !