逻辑代数中的基本运算

时间:2023-03-11作者:佚名

在数字电路中,二进制数码0和1不仅可以表示数量的大小,而且可以表示两种不同的逻辑状态。例如,用“1”和“0”分别表示事情的“是”与“非”,电压的“高”与“低”,开关的“通”与“断”,电灯的“亮”与“灭”等。这种只有两种对立逻辑状态的逻辑关系称为二值逻辑。

在客观世界中,事情的发展变化通常都存在着一定的逻辑关系,描述客观事物之间逻辑关系的数学方法称为逻辑代数。由于英国数学家乔治·布尔(Georoge boole)最先创立了逻辑代数的数学方法,因此又称为布尔代数。布尔代数广泛应用于解决开关电路和数字逻辑电路的分析和实际中,故又称为开关代数,

逻辑代数中,也有变量和常量之分。和普通代数比较,逻辑代数中的常量称为逻辑常数,只有0和1两个逻辑常量。逻辑代数中的变量称为逻辑变量,也用英文字母表示,逻辑变量的取值只有0和1两个值。在逻辑代数中。0和1不表示数值的大小,而表示事物的两种不同的逻辑状态。

逻辑代数的基本运算由3种:与、或、非运算。还有由基本运算复合而成的复合运算,常用的由与非、或非、与或非、异或、同或运算等。

1、基本逻辑运算

(1)逻辑与

只有决定一件事情的条件全部具备之后,这件事情才会发生,否则不发生。这种逻辑关系称为逻辑与的关系。逻辑与的运算符号是“·”,也可以省略。在图1(a)所示电路中,开关A、B与灯Y串联连接,如果开关的闭合状态用“1”表示,断开状态用“0”表示,灯亮的状态用“1”表示,灯灭的状态用“0”表示,则开关与灯之间的逻辑关系可以用图1(b)表示,称为逻辑真值表。

逻辑代数中的基本运算
图1 逻辑与

由逻辑直值表可知,逻辑与的关系是:输入有0,输出为0;输入全1,输出为1。

逻辑与的表达式为

逻辑代数中的基本运算 (1)

在数字电路中能实现与与运算的电路称为与门电路,其逻辑图形符号如图1(c)、(d)所示。图1(c)所示为国标符号,图1(d)所示为美国标准符号。

如果串联开关的数量为n个,逻辑与的表达式可以推广到多个变量的一般形式,即

逻辑代数中的基本运算 (2)

(2)逻辑或

当决定一件事情的几个条件中,只要有一个或一个以上条件具备,这件事情就会发生,这种逻辑关系称为逻辑或的关系。逻辑或的符号是“ ”,不能省略。

再图2(a)所示电路中,开关A与B并联连接,当开关A和B其中一个闭合的条件下,灯Y就亮,则灯与开关A、B之间是逻辑或的关系。

逻辑代数中的基本运算

图2 逻辑或

如果开关的闭合状态用“1”表示,断开状态用“0”表示,灯亮的状态用“1”表示,灭的状态用“0”表示,则开关与灯的逻辑关系可以用图2(b)表示。

由逻辑真值表可知,逻辑或的关系式:输入有1,输出为1;输入全0,输出为0.

逻辑或的表达式

逻辑代数中的基本运算 (3)

在数字电路中能实现或运算的电路成为或门电路,其逻辑图形符号如图2(c)、(d)所示。图2(c)所示为国标符号,图2(d)所示为美国标准符号。

如果串联开关的数量为n个,逻辑或的表达式可以推广到多个变量的一般形式,即

逻辑代数中的基本运算 (4)

(3)逻辑非

某事情的发生与否,仅取决于一个条件,而且是对该条件的否定。即条件具备时事情不发生;条件不具备时事情才发生。这样的逻辑关系称为逻辑非。

图3(a)所示电路中,开关A与灯Y并联连接,当开关A闭合时,灯Y不亮,当开关A断开时,灯Y亮。则灯Y与开关A之间是逻辑非的关系。

如果开关的闭合状态用“1”表示,断开状态用“0”表示,灯亮的状态用“1”表示,灭的状态用“0”表示,则开关与灯之间的逻辑关系可以用图3(b)表示。

逻辑代数中的基本运算

图3 逻辑非

逻辑非的表达式为

逻辑代数中的基本运算 (5)

式中变量A上面的符号“—”表示对变量A求非运算。A成为原变量,逻辑代数中的基本运算称为反变量。

在数字电路中实现非运算的电路称为非门电路,其逻辑图形符号如图3(c)、(d)所示。图3(c)所示为国标符号,图3(d)所示为美国标准符号。

2、复合逻辑

任何复杂的逻辑运算电路都可以由这3种基本逻辑运算组合而成。在实际应用中为了减少逻辑门的数目,使数字电路的设计更为方便,还常使用其他几种逻辑运算。

(1)与非运算

与非是由与运算与非运算组合而成,如图4所示。

与非运算的逻辑式:

逻辑代数中的基本运算 (6)

图4(a)所示为真值表,图4(b)所示为国标符号,图5(c)所示为美国标准符号。

逻辑代数中的基本运算
图4 逻辑与非

(2)或非运算

或非是由或运算和非运算组合而成,如图5所示。

或非运算的逻辑是:

逻辑代数中的基本运算 (7)

图5(a)所示为真值表,图5(b)所示为国标符号,图5(c)所示为美国标准符号。

逻辑代数中的基本运算

图5 逻辑或非

(3)异或

异或是一种二变量逻辑运算,当两个变量取值相同时,逻辑函数值为0;当两个变量取值不同时,逻辑函数值为1。异或的逻辑真值表和相应逻辑门的符号如图6所示。

异或运算的逻辑式:

逻辑代数中的基本运算 (8)

图6(a)所示为真值表,图6(b)所示为国标符号,图6(c)所示为美国标准符号。

逻辑代数中的基本运算

图6 逻辑异或

(4)同或

同或是异或的反运算,当两个变量取值相同时,逻辑函数值为1;当两个变量取值不同时,逻辑函数值为0。同或的逻辑真值表和相应的逻辑门的符号如图7所示。

同或运算的逻辑式:

逻辑代数中的基本运算逻辑代数中的基本运算 (9)

图7(a)所示为真值表,图7(b)所示为国标符号,图7(c)所示为美国标准符号。

逻辑代数中的基本运算

图7 逻辑同或

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