Fakultet za informatiku i menadžment Predmet: Osnovi računarske tehnike

1. Fakultet za informatiku i menadžment Predmet: Osnovi računarske tehnike Predavač: dr Violeta Tomašević, vanr.prof. Logičke funkcije • PREDSTAVLJANJE LOGIČKIH FUNKCIJA • Kombinacione tablice • Algebarska predstava • Karnoove karte • REALIZACIJA LOGIČKIH FUNKCIJA POMOĆU PREKIDAČKIH MREŽA • MINIMIZACIJA LOGIČKIH FUNKCIJA POMOĆU KARNOOVIH KARTI

2. Logičke funkcije (1) Osnovne osobine • Logičke funkcije se mogu definisati nad proizvoljnim brojem promenljivih, Y=f(A, B, C,...). • Vrednosti promenljivih u logičkim funkcijama mogu biti samo iz skupa {0, 1}. • Nad promenljivama logičke funkcije izvršavaju se logičke operacije (I, ILI, NE, ekskluzivno ILI). • Vrednost logičke funkcije može biti samo iz skupa {0, 1}.

3. Logičke funkcije (2) Logička funkcija se može predstaviti: • kombinacionom tablicom ili tablicom istinitosti • algebarskim izrazom • Karnoovom kartom

4. Kombinacione tablice (1) Kombinaciona tablica predstavlja tablicu u kojoj su date vrednosti logičke funkcije za sve moguće kombinacije vrednosti promenljivih koje se u njoj pojavljuju. Kombinaciona tablica za logičku funkciju Y koja ima n logičkih promenljivih 2n kombinacija vrednosti promenljivih iz skupa {0,1} 2n vrednosti logičke funkcije iz skupa {0,1} • Kombinacione tablice nisu pogodne za predstavljanje funkcija sa velikim brojem promenljivih n zbog velikog broja vrsta (2n).

5. Kombinacione tablice (2) Primer1 Na slici je prikazana kombinaciona tablica u kojoj su date vrednosti logičke funkcije Y koja zavisi od tri promenljive A, B i C. Napomena: Dobro je koristiti sistematičan pristup pri upisu kombinacija vrednosti promenljivih u kombinacionu tablicu.

6. Kombinacione tablice (3) Primer2 Većinska logika Tri glasača A, B i C glasaju za neki predlog. Predlog je usvojen ako su dva ili više glasača glasala za. Označimo glas za predlog logičkom vrednošću 1, a glas protiv predloga vrednošću 0. Takođe, usvojen predlog označimo logičkom vrednošću 1, a odbijen vrednošću 0. Predstaviti ovu logičku funkciju kombinacionom tablicom.

7. Kombinacione tablice (4) Primer3 Lift Napraviti logičku funkciju koja će davati signal (logičko 1) kada lift može da krene i predstaviti je kombinacionom tablicom. Koristiti tri logičke promenljive: A - ima vrednost 1 ako su spoljna vrata lifta zatvorena, a 0 ako su otvorena B - ima vrednost 1 ako su unutrašnja vrata lifta zatvorena, a 0 ako su otvorena C - ima vrednost 1 ako se u liftu neko nalazi, a 0 ako je lift prazan

8. Algebarski prikaz • Logička funkcija se može predstavliti algebarskim izrazom koga čine logičke promenljive (A, B, C, ...) povezane logičkim operacijama (I, ILI, NE, ...). • Logičke funkcije se algebarski najčešće predstavljaju pomoću savršenih normalnih formi koje se pojavljuju u dva oblika, kao: • savršena disjunktivna normalna forma (SDNF) • savršena konjuktivna normalna forma (SKNF)

9. SDNF (1) • Neka je data logička funkcija Y koja zavisi od n logičkih promenljivih A1, A2,...,An. • Označimo sa à originalnu vrednost promenljive A, ili njenu negiranu vrednost Ā, tj. à = A ili à = A. Potpuni proizvod predstavlja logički proizvod Ã1Ã2...Ãn. • Potpuni proizvod je proizvod u kome se pojavljuju sve promenljive od kojih zavisi logička funkcija, s tim što neke od promenljivih imaju svoju originalnu, a neke negiranu vrednost. • Potpuni proizvod ima vrednost 1 samo za jednu kombinaciju vrednosti promenljivih (za sve ostale kombinacije ima vrednost 0).

10. SDNF (2) Teorema 1: Svaka logička funkcija Y = f(A1, A2,..., An), izuzev konstante nula, može se na jedinstven način napisati u obliku Y = P1 + P2 + ... + Pm (m ≤ 2n) gde su P1, P2,..., Pn potpuni proizvodi koji odgovaraju kombinacijama vrednosti promenljivih za koje funkcija Y ima vrednost 1, tj. kao SDNF. Primer: Neka logička funkcija Y = f(A, B, C) ima vrednost 1 samo za sledeće kombinacije vrednosti promenljivih A, B, C: 010, 100, 101 i 111 (za ostale kombinacije je 0). Za navedene kombinacije mogu se formirati potpuni proizvodi: Funkcija Y može se predstaviti u vidu SDNF kao suma proizvoda

11. SKNF (1) • Neka je data logička funkcija Y koja zavisi od n logičkih promenljivih A1, A2,...,An. • Označimo sa à originalnu vrednost promenljive A, ili njenu negiranu vrednost Ā, tj. à = A ili à = A. Potpuna suma predstavlja logički zbir Ã1+Ã2+... +Ãn. • Potpuna suma je zbir u kome se pojavljuju sve promenljive od kojih zavisi logička funkcija, s tim što neke od promenljivih imaju svoju originalnu, a neke negiranu vrednost. • Potpuna suma ima vrednost 0 samo za jednu kombinaciju vrednosti promenljivih (za sve ostale kombinacije ima vrednost 1).

12. SKNF (2) Teorema 2: Svaka logička funkcija Y = f(A1, A2,..., An), izuzev konstante jedan, može se na jedinstven način napisati u obliku Y = S1S2...Sm (m ≤ 2n) gde su S1, S2,..., Sn potpune sume koji odgovaraju kombinacijama vrednosti promenljivih za koje funkcija Y ima vrednost 0, tj. kao SKNF. Primer: Neka logička funkcija Y = f(A, B, C) ima vrednost 0 samo za sledeće kombinacije vrednosti promenljivih A, B, C: 000, 001, 011 i 110 (za ostale kombinacije je 1). Za navedene kombinacije mogu se formirati potpune sume: Funkcija Y može se predstaviti u vidu SKNF kao proizvod suma

13. Karnoove karte (1) Karnoova karta, kao i kombinaciona tablica, predstavlja tablicu u kojoj su date vrednosti logičke funkcije za sve moguće kombinacije vrednosti promenljivih koje se u njoj pojavljuju. Razlika između navedenih tablica je u njihovoj organizaciji. Opšti izgled Karnoove karte V2 V1UV2 – skup promenljivih funkcije r1, r2, ... – binarne oznake vrsta koje predstavljaju kombinacije vrednosti promenljivih iz skupa V1 c1, c2, ... – binarne oznake kolona koje predstavljaju kombinacije vrednosti promenljivih iz skupa V2 V1

14. Karnoove karte (2) Osobine • Karnoova karta sadrži 2n polja u koja se upisuju vrednosti logičke funkcije Y koja zavisi od n promenljivih. • Pošto je poželjno da Karnoova karta ima oblik što sličniji kvadratu, to se promenljive funkcije grupišu u dva skupa (V1 i V2) sa istim ili približnim brojem članova. • Oznake vrsta i kolona formiraju se kao sve moguće kombinacije vrednosti promenljivih koje se pojavljuju u skupovima V1 i V2, respektivno. • Prilikom definisanja oznaka vrsta/kolona mora se poštovati pravilo da fizički susednim vrstama/kolonamaodgovaraju binarne kombinacije koje se razlikuju samo u jednoj cifri. • Vrednost u nekom polju karte predstavlja vrednost funkcije za kombinaciju vrednosti promenjivih definisanu oznakom vrste i oznakom kolone za dato polje.

15. Karnoove karte (3) Postupak formiranja Karnoove karte za logičku funkciju sa n promenljivih Najpre se promenljive funkcije svrstaju u dva skupa sa približnim brojem članova. Neka u prvom skupu V1 ima n1 članova, a u drugom skupu V2 n2 članova. Zatim se nacrta karta sa 2n1 vrsta i 2n2 kolona. Skupovi promenljivih se upišu na odgovarajuća mesta u gornjem levom uglu karte. Nakon toga se formiraju sve moguće kombinacije vrednosti promenljivih iz skupa V1 (poštujući navedeno pravilo) i upišu po vrstama karte. Sličan postupak se primeni i na skup V2, pa se dobijene kombinacije upišu po kolonama tablice. Na kraju, u svako polje karte upisuje se vrednost funkcije koja odgovara kombinaciji vrednosti promenljivih definisanoj konkretnom vrstom i kolonom.

16. Karnoove karte (4) Primer4 Logičku funkciju od 4 promenljive A, B, C i D predstaviti Karnoovom kartom. Funkcija ima vrednost 1 samo ako su vrednosti svih promenljivih međusobno jednake. Formiranje skupova promenljivih 4 promenljive/2 = 2 promenljive (u svakom skupu) V1 = {A,B} n1 = 2 V2 = {C,D} n2 = 2 Dimenzije karte 2n1 = 22 = 4 (vrste) 2n2 = 22 = 4 (kolone) Kombinacije AB: 00, 01, 11, 10 CD: 00, 01, 11, 10 CD AB

17. Karnoove karte (5) Popunjavanje karte U svako polje karte upisuje se vrednost funkcije za kombinaciju vrednosti promenljivih koja odovara tom polju. Kombinacija vrednosti promenljivih se dobija na osnovu oznake vrste i oznake kolone za konkretno polje. CD AB 00 01 11 10 00 01 11 10

18. Karnoove karte (6) Logička funkcija se pomoću Karnoove karte može jednostavno definisati pomoću indeksa. Svakom polju u karti pridružuje se indeks koji predstavlja decimalnu vrednost binarne kombinacije vrednosti promenljivih za to polje. CD CD AB AB 00 01 11 10 00 01 11 10 00 00 01 01 11 11 10 10 a) b)

19. Karnoove karte (7) Primer5 Logičku funkciju od 4 promenljive A, B, C i D zadatu pomoću indeksa predstaviti Karnoovom kartom. Y(1) = {4, 8,10,13,15} CD AB

20. Promena načina predstavljanja funkcije (1) Kombinaciona tablica Suma proizvoda

21. Promena načina predstavljanja funkcije (2) Kombinaciona tablica Karnoova karta vrednosti logičke funkcije nazivi promenljivih p+q = n p n q 2p kombinacija Karnoova karta 2q kombinacija Kombinaciona tablica 2n 2n=2p2q kombinacije vrednosti promenljivih

22. Promena načina predstavljanja funkcije (3) Kombinaciona tablica Karnoova karta CD 00 01 11 10 AB 00 01 11 10

23. Promena načina predstavljanja funkcije (4) Karnoova karta Suma proizvoda CD AB

24. Realizacija logičkih funkcija • Logičke funkcije se realizuju pomoću prekidačkih mreža koje su osnovne komponente savremenih digitalnih sistema. • Prekidačke mrežepredstavljaju skup logičkih kola (I, ILI, NE,...) povezanih tako da realizuju zadatu logičku funkciju. To znači da kada se na ulaze mreže dovedu binarni signali koji odgovaraju vrednostima promenljivih, na njenim izlazima se dobijaju binarne vrednosti koje odgovaraju vrednosti funkcije za zadate ulaze. • Tipovi prekidačkih mreža • Kombinacione mreže • vrednost funkcije na izlazu mreže zavisi samo od trenutnog stanja na ulazu (vrednosti ulaznih promenljivih) • Sekvencijalne mreže • vrednost funkcije na izlazu mreže zavisi od trenutnog stanja na ulazu, kao i od prethodnog stanja u kome se mreža nalazila

25. Sinteza prekidačke mreže (1) Neka je u algebarskom obliku zadata logička funkcija Y koja zavisi od n promenljivih međusobno povezanih logičkim operacijama. Ona se može realizovati prekidačkom mrežom koja: • ima n ulaza koji odgovaraju logičkim promenljivama i jedan izlaz koji predstavlja vrednost funkcije Y • ima onoliko različitih vrsta logičkih kola koliko ima različitih operacija u funkciji • ima onoliko logičkih kola jedne vrste koliko ih je potrebno za obavljanje logičkih operacija te vrste u funkciji

26. Sinteza prekidačke mreže (2) Primer6 Funkciju većinske logike realizovati pomoću prekidačke mreže. A B C Y

27. Minimizacija logičkih funkcija (1) • Jedna logička funkcija se može predstaviti na više različitih načina koji ne moraju biti jednako pogodni za praktičnu realizaciju. • Minimizacija logičkih funkcija predstavlja postupak nalaženja takvog zapisa logičke funkcije na osnovu koga je moguće zadatu logičku funkciju realizovati pomoću mreže sa najmanjim brojem logičkih kola.

28. Minimizacija logičkih funkcija (2) • Metode minimizacije • grafičke metode – zasnivaju se na vizuelnoj analizi grafički predstavljene logičke funkcije, jednostavne su i pogodne za funkcije sa manje promenljivih • algoritamske metode – koriste algoritme za transformisanje funkcije, složene su, ali efikasne za funkcije sa više promenljivih • Od grafičkih metoda minimizacije najčešće se koristi postupak minimizacije koji se zasniva na primeni Karnoove karte.

29. Minimizacija primenom Karnoove karte(1) Postupak minimizacije Najpre se na osnovu zadatke logičke funkcije formira popunjena Karnoova karta odgovarajućih dimenzija. Zatim se od polja Karnoove karte u kojima se nalazi vrednost 1 formiraju pravougaone površine poštujući unapred definisana pravila. Na kraju se na osnovu pravougaonih površina formira minimalni zapis logičke funkcije u obliku sume proizvoda.

30. Pravila za formiranje pravougaonih površina • Pravougaone površine sadrže samo polja sa vrednošću 1 (polja sa vrednošću 0 ne mogu pripadati pravougaonoj površini). • Broj polja u pravougaonoj površini može biti samo 2k, k=0,1,2,..., tj. 1, 2, 4, 8,...polja. • Pravougaonu površinu mogu da čine samo susedna polja sa vrednošću 1. Susednim se smatraju i polja u prvoj i poslednjoj koloni karte, kao i polja u prvoj i poslednjoj vrsti karte. • Pravougaone površine treba da budu što je moguće veće (da sadrže što više polja), a njihov broj što manji. • Prema potrebi, isto polje se može naći u više pravougaonih površina.

31. Postupak formiranja minimalnog zapisa • Minimalni zapis logičke funkcije se predstavlja u vidu sume proizvoda. • Suma proizvoda ima onoliko članova (proizvoda) koliko ima pravougaonih površina, tj. za svaku pravougaonu površinu formira se po jedan proizvod. • Proizvod za jednu pravougaonu površinu se dobija analizom vrednosti promenljivih po svim vrstama i svim kolonama u kojima se nalaze polja te površine: • ako se kao vrednost neke promenljive (na pr. A) u razmatranim vrstama/kolonama pojavljuje i 0 i 1, ta promenljiva ne ulazi u proizvod • ako je vrednost neke promenljive u svim razmatranim vrstama/kolonama 1, ta promenljiva ulazi u proizvod sa svojom originalnom vrednošću (A) • ako je vrednost neke promenljive u svim razmatranim vrstama/kolonama 0, ta promenljiva ulazi u proizvod sa svojom komplementiranom vrednošću (Ā)

32. CD 00 01 11 10 AB 00 1 0 0 1 01 1 0 0 1 11 0 0 1 1 10 0 0 1 1 Minimizacija primenom Karnoove karte(2) Primer7 Pomoću Karnoove karte minimizirati logičku funkciju datu sumom proizvoda. Rezultat minimizacije:

33. CD 00 01 11 10 AB 00 0 1 0 1 01 0 1 1 1 11 0 0 0 1 10 0 0 0 1 Minimizacija primenom Karnoove karte(3) Primer8 Pomoću Karnoove karte minimizirati logičku funkciju datu sumom proizvoda. Rezultat minimizacije:

34. CD 00 01 11 10 AB 00 1 0 0 1 01 1 0 0 0 11 1 0 1 0 10 1 0 0 1 Minimizacija primenom Karnoove karte(4) Primer9 Pomoću Karnoove katre minimizirati logičku funkciju datu skupom indeksa. Rezultat minimizacije:

35. CD 00 01 11 10 AB 00 0 0 1 0 01 1 0 0 1 11 0 0 1 0 10 0 0 1 1 Minimizacija primenom Karnoove karte(5) Primer10 Minimizirati logičku funkciju datu Karnoovom kartom. Rezultat minimizacije: