Digitális Áramkörök. Pannon Egyetem Villamosmérnöki és Információs Tanszék. (Villamosmérnök BSc / Mechatronikai mérnök MSc)



Hasonló dokumentumok
Digitális Technika I. (VEMIVI1112D)

Digitális Rendszerek (BSc)

Digitális Rendszerek (BSc)

DIGITÁLIS TECHNIKA I

Logikai hálózatok. Dr. Bede Zsuzsanna St. I. em. 104.

Előadó: Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 3

I.5. A LOGIKAI FÜGGVÉNYEK EGYSZERŰSÍTÉSE (MINIMALIZÁCIÓ)

1. Az adott kapcsolást rajzolja le a lehető legkevesebb elemmel, a legegyszerűbben. MEGOLDÁS:

Digitális technika VIMIAA01

Digitális technika VIMIAA02

Digitális technika VIMIAA01

DIGITÁLIS TECHNIKA I LOGIKAI FÜGGVÉNYEK KANONIKUS ALAKJA

Digitális technika VIMIAA02 2. EA Fehér Béla BME MIT

Irányítástechnika I. Dr. Bede Zsuzsanna. Összeállította: Dr. Sághi Balázs, egy. docens Dr. Tarnai Géza, egy. tanár

IRÁNYÍTÁSTECHNIKA I.

2. hét Kombinációs hálózatok leírási módjai

DIGITÁLIS TECHNIKA I HÁZI FELADAT HÁZI FELADAT HÁZI FELADAT. Dr. Lovassy Rita Dr. Pődör Bálint

DIGITÁLIS TECHNIKA GYAKORLÓ FELADATOK 2. Megoldások

3. LOGIKAI FÜGGVÉNYEK GRAFIKUS EGYSZERŰSÍTÉSE ÉS REALIZÁLÁSA

Gépészmérnöki és Informatikai Kar Automatizálási és Kommunikáció- Technológiai Tanszék

DIGITÁLIS TECHNIKA feladatgyűjtemény

DIGITÁLIS TECHNIKA I KARNAUGH TÁBLA, K-MAP KARNAUGH TÁBLA PROGRAMOK PÉLDA: ÖT-VÁLTOZÓS MINIMALIZÁLÁS PÉLDA: ÖT-VÁLTOZÓS MINIMALIZÁLÁS

Megoldás Digitális technika I. (vimia102) 2. gyakorlat: Boole algebra, logikai függvények, kombinációs hálózatok alapjai

Megoldás Digitális technika I. (vimia102) 3. gyakorlat: Kombinációs hálózatok minimalizálása, hazárdok, a realizálás kérdései

Quine-McCluskey Módszer

Dr. Keresztes Péter DIGITÁLIS HÁLÓZATOK

1. Az adott kifejezést egyszerűsítse és rajzolja le a lehető legkevesebb elemmel, a legegyszerűbben.

Digitális technika - Ellenőrző feladatok

Digitális technika I.

5. KÓDOLÓ, KÓDÁTALAKÍTÓ, DEKÓDOLÓ ÁRAMKÖRÖK ÉS HAZÁRDOK

MUNKAANYAG. Tordai György. Kombinációs logikai hálózatok II. A követelménymodul megnevezése: Elektronikai áramkörök tervezése, dokumentálása

Digitális Áramkörök (Villamosmérnök BSc / Mechatronikai mérnök MSc)

EBBEN A VIZSGARÉSZBEN A VIZSGAFELADAT ARÁNYA

SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM DUÁLIS KÉPZÉS. Somogyi Miklós DIGITÁLIS HÁLÓZATOK

Analóg és digitális mennyiségek

Digitális technika 1. Tantárgykód: VIIIA105 Villamosmérnöki szak, Bsc. képzés. Készítette: Dudás Márton

IRÁNYÍTÁSTECHNIKA I.

Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 4

Máté: Számítógép architektúrák

Digitális Technika I. (VEMIVI1112D)

Hazárdjelenségek a kombinációs hálózatokban

Zalotay Péter Digitális technika I

6. LOGIKAI ÁRAMKÖRÖK

Állapot minimalizálás

Hatványozás. A hatványozás azonosságai

4. hét: Ideális és valódi építőelemek. Steiner Henriette Egészségügyi mérnök

ÁGAZATI SZAKMAI ÉRETTSÉGI VIZSGA VILLAMOSIPAR ÉS ELEKTRONIKA ISMERETEK KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ A MINTAFELADATOKHOZ

Megoldások. Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) 1. Számítsd ki a következő kifejezések pontos értékét!

ÁTVÁLTÁSOK SZÁMRENDSZEREK KÖZÖTT, SZÁMÁBRÁZOLÁS, BOOLE-ALGEBRA

Kombinációs hálózatok Adatszelektorok, multiplexer

Rőmer Mária: Digitális technika példatár, KKMF 1105, Budapest Az előadások ezen könyvek megfelelő fejezetein alapulnak.

Zalotay Péter Digitális technika

A 2014/2015. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első forduló MATEMATIKA I. KATEGÓRIA (SZAKKÖZÉPISKOLA) Javítási-értékelési útmutató

2) Tervezzen Stibitz kód szerint működő, aszinkron decimális előre számlálót! A megvalósításához

Megoldás: Mindkét állítás hamis! Indoklás: a) Azonos alapú hatványokat úgy szorzunk, hogy a kitevőket összeadjuk. Tehát: a 3 * a 4 = a 3+4 = a 7

3. gyakorlat. Kettes számrendszer: {0, 1} Tízes számrendszer: {0, 1, 2,..., 9} 16-os (hexadecimális számrendszer): {0, 1, 2,..., 9, A, B, C, D, E, F}

Bevezetés. Forrás: 1 O l d a l :

Logikai áramkörök. Informatika alapjai-5 Logikai áramkörök 1/6

DIGITÁLIS TECHNIKA I

INFORMATIKA ALAPJAI-II

DIGITÁLIS TECHNIKA I FÜGGVÉNYEK KANONIKUS ALAKJAI MINTERMEK ÉS MAXTERMEK DISZJUNKTÍV KANONIKUS ALAK, MINTERM

Egyenletek, egyenlőtlenségek X.

A + B = B + A, A + ( B + C ) = ( A + B ) + C.

2. Algebrai átalakítások

Digitális Technika 2. Logikai Kapuk és Boolean Algebra

2019/02/11 10:01 1/10 Logika

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Számelmélet I.

I. A DIGITÁLIS ÁRAMKÖRÖK ELMÉLETI ALAPJAI

1. hét: A Boole - algebra. Steiner Henriette Egészségügyi mérnök

Áramkörök elmélete és számítása Elektromos és biológiai áramkörök. 3. heti gyakorlat anyaga. Összeállította:

Máté: Számítógép architektúrák

Digitális Technika. Dr. Oniga István Debreceni Egyetem, Informatikai Kar

Elektronikai műszerész Elektronikai műszerész

2. Alapfogalmak. 1. ábra

6. LOGIKAI ÁRAMKÖRÖK

Boole algebra, logikai függvények

Segédlet az Informatika alapjai I. című tárgy számrendszerek fejezetéhez

1. Kombinációs hálózatok mérési gyakorlatai

Digitális Technika. Dr. Oniga István Debreceni Egyetem, Informatikai Kar

Microsoft Excel 2010

A logikai következmény

Digitális technika I

OSZTHATÓSÁG. Osztók és többszörösök : a 3 többszörösei : a 4 többszörösei Ahol mindkét jel megtalálható a 12 többszöröseit találjuk.

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Műveletek mátrixokkal. Kalkulus. 2018/2019 ősz

A Gray-kód Bináris-kóddá alakításának leírása

I. VEKTOROK, MÁTRIXOK

2017/2018. Matematika 9.K

DIGITÁLIS TECHNIKA A FÉLÉV TEMATIKAI VÁZLATA ÉS ISMERETANYAGA (1) ÁLTALÁNOS BEVEZETÉS A FÉLÉV TEMATIKAI VÁZLATA ÉS ISMERETANYAGA (3)

Zalotay Péter DIGITÁLIS TECHNIKA

Gyakorló feladatok. /2 Maradék /16 Maradék /8 Maradék

Magasabbfokú egyenletek

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit. Matematika I

I. Egyenlet fogalma, algebrai megoldása

Diszkrét matematika 2. estis képzés

hét Sorrendi hálózatok tervezési lépései: szinkron aszinkron sorrendi hálózatok esetén

Matematika 11. osztály

Mindent olyan egyszerűvé kell tenni, amennyire csak lehet, de nem egyszerűbbé.

11. Előadás. 11. előadás Bevezetés a lineáris programozásba

ALGEBRAI KIFEJEZÉSEK, EGYENLETEK

Átírás:

Pannon Egyetem Villamosmérnöki és Információs Tanszék Digitális Áramkörök (Villamosmérnök BSc / Mechatronikai mérnök MSc) 3. hét - Grafikus minimalizálás. Quine-McCluskey féle számjegyes minimalizálás Előadó: Dr. Vörösházi Zsolt voroshazi.zsolt@virt.uni-pannon.hu

Kapcsolódó jegyzet, segédanyag: http://www.virt.uni-pannon.hu Oktatás Tantárgyak Digitális Áramkörök (Villamosmérnöki BSc / Mechatronikai mérnöki BSc/MSc). Fóliák, óravázlatok (.ppt) Frissítésük folyamatosan 2

Ismétlés: észrevétel Fontos megjegyzés: az Arató P. könyv illetve a nemzetközi szakirodalom eltérő módon indexeli a Maxterm-eket KNF-esetén: Arató könyv: m i M k : ahol k=(2 n i) Pl: n=3 esetén m M 6 Y ( DNF) = A B C Y ( KNF) = A + B + C Nemzetközi szakirodalom: m i M i Pl: n=3 esetén m M Y ( DNF) = A B C Y ( KNF) = A + B + C [ ] = =i 3

Logikai függvények minimalizálása 4

Függvényminimalizálás általánosan Függvényminimalizálást a szomszédos mintermek megkeresésével, párba válogatásával tehető meg: Szomszédos= van egy log. változó, amely az egyik mintermben ponált, a másikban negált értékével szerepel (a többi változó meg azonos értéken szerepel) A szomszédosság megállapítása után egyszerűsítünk. Minterm implikáns (egyszerűsíthető) prímimplikáns (tovább nem egyszerűsíthető) prímimplikáns: a szomszédos összevonásokat mindaddig folytatni kell, amíg a logikai függvény olyan alakú nem lesz, amelyben egyetlen változó (betű) sem hagyható el anélkül, hogy a logikai függvény ne változna! Ezek a szorzatok a prímimplikánsok. Tehát: a logikai függvény legegyszerűbb DNF alakja a prímimplikánsok összege 5

Függvényegyszerűsítési eljárások.) Algebrai módszer (Boole algebrai azonosságokkal) 2.) Kifejtési módszer 3.) Grafikus módszer: (Karnaugh tábla, igazság tábla) 4.) Normálformák: DNF: Diszjunktív Normál Forma KNF: Konjunktív Normál Forma 5.) Számjegyes minimalizálás: Quine-McCluskey 6

.) Algebrai módszer A Boole-algebra azonosságait használjuk fel az egyszerűsítéshez. Legyen: F (A, B,C) : = m + m + m + m / /DNF 3 3 3 3 3 3 5 7 3 F (A, B,C) A B C A B C A B C A B C = + + + = = A C (B + B) + A C (B + B) = A C + A C = = C (A + A) = C 7

2.) Kifejtési módszer*: Komplexebb függvények esetén egy adott változó értékét először ponáltnak, majd negáltnak definiáljuk, végül pedig az így kiszámított két logikai kifejezést összeadjuk. Leegyszerűsödik a függvényminimalizálási feladat. Két mód: I.) II.) n F (x, x 2,..., x n ) = x F(, x 2,..., x n ) + x F(, x 2,..., x n ) = + + x ) n F (x, x 2,..., x n ) x F(, x 2,..., x n ) x F(, x 2,..., n 8

Példa: kifejtési tétel alkalmazása Legyen F függvény a következő (módszer I.): F ( A, B, C) = m + m + m + m = A B C + A B C + A B C + A B C 3 2 3 4 6 Ha A:= F 3 (, B, C) = B C + B C + B C + B C = B C + B C = C ( B + B) = C Ha A:= F 3 (, B, C) = B C + B C + B C + B C = B C + B C = B ( C + C) = B Végül összeadjuk a kettőt (egyszerűsített alak): F ( A, B, C) = A F (, B, C) + A F (, B, C) = 3 = A C + A B 9

Példa: kifejtési tétel alkalmazása Legyen F függvény a következő (módszer II.): F ( A, B, C) = m + m + m + m = A B C + A B C + A B C + A B C 3 2 3 4 6 Ha A:= F 3 (, B, C) = B C + B C + B C + B C = B C + B C = C ( B + B) = C Ha A:= F 3 (, B, C) = B C + B C + B C + B C = B C + B C = B ( C + C) = B Végül összeszorozzuk a kettőt (egyszerűsített alak): 3 F ( A, B, C) = A F (, B, C) A F (, B, C) + + = = ( A + B) ( A + C) = ( A + B) + ( A + C) = A B + A C

Az egyszerűsített F függvény logikai áramköri realizációja: A F 3 ( A, B, C) = A C + A B B F C Inverter szint* ÉS kapuk szintje VAGY kapuk szintje *Arató könyv: 2-szintű elvi kombinációs logikai hálózat (inverter szintet nem számolva!)

Grafikus minimalizálás (Karnaugh tábla) 2

3.) Karnaugh táblák Korai időszakban: logikai elemek hatalmas, nehezen tervezhető, nagy energiát disszipáló eszközökből álltak Logikai kifejezések egyszerűsítése. Ma: HW olcsó elemekből épül fel. Cél: az áramköri minimalizáció (modularitás, egyszerűség) Technológia / tervezési stílusok fejlődtek Glue ragasztó logika: egyszerűsödött egyenlet felírás Nagy áramköri komplexitás, sebesség K-Map / Veitch diagram: grafikus ábrázolási és egyszerűsítési mód, a kanonikus igazságtábla egy újrarendezett formája Bell Labs: 952-54 Edward Veitch, Maurice Karnaugh (több forma is létezik, és fontos a betűk, címkék sorrendje) 3

Karnaugh tábla felírása igazság táblázatból Igazságtábla mindenegyes sorának kimeneti értékéhez (Y i ) a Karnaugh tábla egy négyzete (cella) feleltethető meg. Pl. n=2 változó esetén lehetséges táblák (peremezési szabályok): sor A B Y Y Y 2 Y2 3 Y3 B A Y Y Y 2 Y 3 Lehetséges könyvbeli jelölés A B Y Y 2 Y Y 3 Általánosan elfogadott jelölés 4

Karnaugh táblák n=2, 3, 4 változóval még könnyű felírni (>4 változó felett már más technikát érdemes használunk) Pl: n=3 változó esetén lehetséges táblákra: AB B A BC C B C A Y Y 2 Y 6 Y 4 Y Y Y 3 Y 2 C Y Y 3 Y 7 Y 5 A Y 4 Y 5 Y 7 Y 6 Lehetséges könyvbeli jelölés(ek) Általánosan elfogadott jelölés 5

Karnaugh táblák Pl: n=4 változó esetén lehetséges táblákra: AB CD A CD AB C Y Y 4 Y 2 Y 8 Y Y Y 3 Y 2 Y Y 5 Y 3 Y 9 Y 4 Y 5 Y 7 Y 6 D B Y 3 Y 7 Y 5 Y Y 2 Y 3 Y 5 Y 4 C Y 2 Y 6 Y 4 Y A Y 8 Y 9 Y Y B Lehetséges könyvbeli jelölés(ek) D Általánosan elfogadott jelölés 6

Karnaugh táblák n= 5 változó esetén D CD AB C Y Y Y 3 Y 2 Y 6 Y 7 Y 5 Y 4 Y 8 Y 9 Y Y Y 4 Y 5 Y 3 Y 2 Y 24 Y 25 Y 27 Y 26 Y 3 Y 3 Y 29 Y 28 B A Y 6 Y 7 Y 9 Y 8 Y 22 Y 23 Y 2 Y 2 E n=6 változó esetén E 7

Boole függvény ekvivalens ábrázolási módjai Boole-algebrai kifejezés: Y = A B + A B Igazságtábla: sor A B Y 2 3 Karnaugh tábla: A B 8

Szomszédosság adjacencia Def: Ha egy Karnaugh táblában két szomszédos (adjacent) cella csak egyetlen változó értékében különbözik (egységnyi távolság)! Pl. Y3 = A B C és Y7 = A B C BC A C B 3 2 A 4 5 7 6 9

Egyszerűsítés Karnaugh táblákkal Tömbösítés (~tömörítés) szabályai: 2^n (n=,,2..) term vonható be egy tömbbe, Egyetlen term több tömbben is szerepelhet (átlapolódás lehetséges) Egyik tömb, a másikat nem tartalmazhatja teljes mértékben, (redundancia) Mindig a lehető legnagyobb lefedéseket keressük, és haladjunk a legkisebb méretű tömbök/lefedések felé Don t care ( - ) kimeneti függvényértékeket a jobb (optimálisabb) lefedésnek megfelelően kell megválasztani (NTSH) Egymás mellett lévő (adjacens) sorokra és oszlopokra érvényes. A csak egyetlen hurokban lévő -eseket (DNF) megkülönböztetett minterm-nek nevezzük Lényeges prímimplikáns: amely legalább egy megkülönböztetett mintermet helyettesít (DNF) 2

Példa: Karnaugh táblák egyszerűsítése érvényes érvénytelen BC A C B BC A C B 3 2 3 2 A 4 5 7 6 A 4 5 7 6 Nem összes, de lehetséges egyszerűsítések - érvényes Átlós, és nem 2^n számú -es lefedés (DNF) érvénytelen 2

Lehetséges módszerek Karnaugh tábla értelmezésére: M: Y ( DNF) -esek lefedésével képzett (normál, eddig használt ált. módszer) M2: Y ( DNF) -k lefedésével képzett inverz függvény felírás M3: Y ( KNF) -k lefedésével képzett M4: Y ( KNF) -esek lefedésével képzett inverz függvény felírás 22

3.) Karnaugh - grafikus módszer: példa DNF szerint Karnaugh/Veitch diagram Példa: Tömbösítés szabályainak betartása! C BC A B 3 2 A 4 5 7 6 F = B C + B C = C ( B + B) C Lehetséges, de nem tömör összevonások Legtömörebb összevonás 23

3.2.) Karnaugh - grafikus módszer: példa KNF szerint Karnaugh/Veitch diagram Példa: Tömbösítés szabályainak betartása! C BC A B 3 2 A 4 5 7 6 F = ( B + C) ( B + C) = BB + BC + BC + CC C Lehetséges, de nem tömör összevonások Legtömörebb összevonás 24

Példa : 7-szegmenses dekóder áramkör tervezése (DNF szerint) Számjegyek (-9) és spec. hexadecimális karakterek megjelenítésére ( ) nemzetközi elnevezései a szegmenseknek: (a, b, c, d, e, f, g) 6 érték (4 biten ábrázolható): F(X,Y,Z,W) a f e g d b c 25

Példa: 7-szegmenses dekóder tervezése (folyt) Igazságtábla (f szegmensre) Karnaugh tábla: TSH! ZW XY X Kapott f kimeneti függvény: W Z 3 2 4 5 7 6 2 3 5 4 8 9 Y sor X Y Z W f 2 3 4 5 6 7 8 9 2 3 4 5 f ( X, Y, Z, W ) = Z W + X Y + Y W + X Z + X Y Z 26

Példa : A 7-szegmenses dekóder logikai áramköri realizációja (folyt) X Y Z f W f ( X, Y, Z, W ) = Z W + X Y + Y W + X Z + X Y Z 27

Példa 2: 7-szegmenses dekóder áramkör tervezése Csak számjegyeket (-9) megjelenítésére BCD: Binárisan kódolt decimális számokra Nemzetközi elnevezései a szegmenseknek: (a, b, c, d, e, f, g) érték (4 biten ábrázolható): F(A,B,C,D) NTSH: használjunk Nem Teljesen Specifikált Hálózatot (igazságtábla kimeneti függvényértékeiben lehetnek don t care - nem definiált állapotok) Feladat: n= 4 n 2 = F (,,3, 4,5, 6, 7,8,9), (,,2,3,4,5) i= f e a g d 28 b c

Példa 2: 7-szegmenses dekóder tervezése (folyt) Igazságtábla (c szegmensre) Karnaugh tábla: NTSH! CD AB A - / Kapott c kimeneti függvény: D C 3 2 4 5 7 6 - / - / - / - / 2 3 5 4 - / 8 9 B sor A B C D c 2 3 4 5 6 7 8 9 2 3 4 5 c( A, B, C, D) = A + B + C + D 29

Példa 2: 7-szegmenses dekóder logikai áramköri realizációja (BCD) A B (c szegmensre) c C D c( A, B, C, D) = A + B + C + D 3

3.3.) Normálformák (NF) + Karnaugh táblák Ismétlés: DNF: Diszjunktív Normál Forma mintermek (szorzattermek) VAGY kapcsolata KNF: Konjunktív Normál Forma Maxtermek (összegtermek) ÉS kapcsolata 3

Példa : Diszjunktív Normál Forma Legyen: n= 4 Karnaugh tábla: n 2 = F (,,3, 7,,2,4,5) i= CD AB C TSH! 3 2 Kapott F függvény: A D 4 5 7 6 2 3 5 4 8 9 4 F (A, B,C, D) = C D + A B C + A B D B 32

Példa 2: Konjunktív Normál Forma Legyen: n= 4 Karnaugh tábla: n 2 F = (2, 4,5, 6,8,9,,3) i= CD AB C TSH! 3 2 Kapott F függvény: A 4 5 7 6 2 3 5 4 8 9 B 4 F (A,B,C,D) = (A + C + D) (A + B + C) (A + C + D) (A + B + D) D 33

Példa: NTSH Legyen: n= 4 Karnaugh tábla: n 2 F = (,, 2,3,8,9,,,3,4) + (4,5) i= CD AB C NTSH! 3 2 Kapott F d függvény / F k tagadott függvények: F = B + CD + ACD d F = (A + B) (B + C + D) (B + C + D) k A - / - / D 4 5 7 6 2 3 5 4 8 9 F d itt egyszerűbb alakot és kapcsolást 34 realizál B

Számjegyes minimalizálás (Quine-McCluskey módszer) 35

4.) Számjegyes minimalizálás (Quine-McCluskey módszer) Ha az egyszerűsítés során a mintermeket a Karnaugh táblás ábrázolás helyett az alsó indexekkel helyettesítünk és segítségükkel számolunk, akkor olyan minimalizáló eljáráshoz juthatunk, amelynek végrehajthatósága nem függ a logikai változók számától. Index: decimális szám (bináris változókombinációk decimális értéke) segítségével: Szomszédosság vizsgálat (3 feltétel!), majd Prímimplikáns képzés 36

A.) Szomszédosság: 2^n hatvány (szükséges, de nem elégséges feltétel!) A.) Két term szomszédos, ha két m i minterm különbsége 2-egész hatványa (2^n) 4 ( 6) m6 = ABCD ACD 4 - (-2) m2 = ABCD (4=2^2) szomszédosak ( 4) - (-2) (2=2^) m m 4 4 4 2 = ABCD 2^n feltétel teljesül, de nem szomszédosak = ABCD 37

B.) Szomszédosság: Bináris súly (szükséges, de nem elégséges feltétel!) Ha két minterm szomszédos, akkor az egyiknek megfelelő bináris szám eggyel és csakis eggyel több - est tartalmaz, mint a másiké. ( 6) - (-2) (4=2^2) Tehát ha a mintermek szomszédosak, akkor a bináris súlyaik különbsége. Megj: előző m 4 m 2 mintermek esetén pont ez nem teljesült! Azonban a szomszédosság A.) és B.) teljesülése esetén sem egyértelmű. ( 9) - (-7) (2=2^) m m 4 6 4 2 = ABCD ACD = ABCD m m 4 9 4 7 = ABCD = ABCD -esek száma eggyel nagyobb Nem szomszédosak! 38

C.) Szomszédosság: nagyobb bináris súly decimális indexe is nagyobb (szükséges, de nem elégséges feltétel!) A.)-ban az m 6 m 2 feltételre ez igaz. ( 6) # =2 - (-2) # = (4=2^2) m m 4 6 4 2 = ABCD = ABCD ACD Azonban a B.) pontban m 9 m 7 feltételre ez az állítás hamis. 4 ( 9) # =2 m9 = ABCD 4 - (-7) # =3 m7 = ABCD (2=2^) 39

Szomszédosság: 3-feltétel együttes teljesülése Bizonyítható, hogy az A.), B.) és C.) (szükséges, de nem elégséges) feltételek együttes teljesülése esetén lesz pontosan a két minterm szomszédos: A.) indexek különbsége 2^n hatványa, és B.) bináris súlyuk különbsége, és C.) a nagyobb bináris súlyú minterm decimális indexe is nagyobb! 4

Prímimplikáns-képzés lépései: I. oszlop: felsorolt decimális minterm indexek csoportosítása bináris súlyonként a páronkénti szomszédosság vizsgálathoz (a különböző bin. súlyú csoportokat aláhúzással választjuk el.) + Kevesebb összehasonlítás a párba válogatáskor II. oszlop: a párba válogatást úgy végezhetjük el, hogy a bináris súly csoportok minden egyes számjegyét kivonjuk a következő egyel nagyobb súlyú csoport minden egyes számjegyéből. Ha találunk két olyan számot, amelyek különbsége 2^n oda pipát teszünk. (mintermet már tartalmazza a pár). Összevont számpár elemeit növekvő sorrendben írjuk fel, (zárójelben a decimális különbségüket). A decimális különbség 2-es alapú logaritmusa jelöli ki az elhagyható változó helyiértékét III. illetve további oszlop(ok): kialakítását a II. oszlopéval azonosan kell végezni! minden elemet összehasonlítunk a következő csoport minden elemével Két egyszerűsített szorzat akkor lesz szomszédos, ha a decimális különbségeik páronként megegyeznek. Végül: a nem egyszerűsíthető / primimplikáns elemeket betűkkel jelöljük meg prímimplikáns tábla és/vagy segédfüggvény felírása 4

Egyszerűsített alak lehetséges megadási módjai Prímimplikáns tábla: ha ránézésre megállapíthatók melyek a lényeges prímimplikánsok (melyek az összes mintermet lefedik) Segédfüggvény (S): ha ránézésre nem állapítható meg a prímimplikáns tábla alapján, vagy többváltozós bonyolult függvényt kell minimalizálni. (NTSH-nál az összes lehetséges optimális megoldást megadja.) 42

Prímimplikáns tábla felírása Az optimális lefedést decimális indexek alapján kell elvégezni prímimplikáns tábla segítségével: az egyes mintermeket mely (megbetűzött ) prímimplikánsok tartalmazzák, vagy fedik le. Táblázat kitöltésekor egy-egy prímimplikánssal kijelölt sornak abba a sorába cellájába kell * -ot tenni, amelyhez tartozó mintermet az illető prímimplikáns tartalmazza lényeges prímimplikáns(ok) (nem elhagyható(k)) van olyan minterm, amely oszlopa alatt csak egyetlen x szerepel. Példa: Lényeges prímimplikáns ok sor minterm 3 7 2 4 5 Prímimplik. * a x x b x x * c x x d x x * e x x x x

Segédfüggvény (S) Bonyolultabb (sokváltozós) prímimplikáns táblázatok esetén nehéz lehet felírni (vagy ránézésre nem állapítható meg) a legegyszerűbb végleges alak, tehát nem állapíthatóak meg egyértelműen mely lényeges prímimplikánsok szerepelnek a függvényben. Ekkor: Segédfüggvényt lehet használni a felíráshoz, ahol S= a prímimplikánsok ÉS kapcsolatát kell képezni (prímimplikáns tábla oszlopában lévő prímimplikáns tagok VAGY kapcsolatban vannak). Beszorzás után meg kell keresni a legkevesebb tényezőt tartalmazó szorzatot (azaz a betűvel jelölt prímimplikáns tago(ka)t) az S segédfüggvényben, és ez(ek) segítségével kell felírni az egyszerűsítendő függvény DNF alakját. Végül azokat a (lehető legkevesebb számú) prímimplikánsokat kell VAGY kapcsolatba hozni a legegyszerűbb DNF alakban, amelyeknek megfelelő változók ebben a kapott szorzatban szerepelnek (hiszen ezek együttesen jelentik S= -et). A lényeges prímimplikánsok logikai összege a logikai F függvényben szereplő összes mintermet lefedi, tehát felírható segítségükkel. 44

Quine-McCluskey módszer Szomszédosság szükséges feltételei: Decimális indexek különbsége 2^n kell legyen (szükséges, de nem elégséges feltétel!) Pl: i: 6-2=4 (szomszédos), de i:-6=4 (nem szomszédos) Bináris súlyuk különbsége =. (Hamming távolság) Pl: (7) v. (9) (3) (7) x xxx jó rossz (szükséges, de nem elégséges feltétel!) A nagyobb decimális indexűnek kell nagyobb bináris súllyal szerepelnie! (szükséges, de nem elégséges feltétel!) Y Y 4 Y Y 5 Y 2 Y 3 Y 8 Y 9 Y 3 Y 7 Y 2 Y 6 Y 5 Y 4 Y Y 45

Példa: Számjegyes minimalizálásra (Quine-McCluskey módszer) Oldjuk meg a következő feladatot a Quine- McCluskey módszerrel Ha adott az F függvény DNF alakban: n= 4 Karnaugh tábla: n 2 = F (A, B, C, D) (,,3, 7,,2,4,5) i= csak szemléltetés végett TSH! CD AB A C 3 2 4 5 7 6 2 3 5 4 8 9 B D 46

Számjegyes minimalizálás Quine-McCluskey módszer I.lépés I. oszlop: Csoportosítás bináris súlyuk szerint: ahol a kimeneti értékük -s volt. Minterm Bináris alak [# bináris súly] [# bináris súly] 3 [#2 bináris súly] 2 7 [#3 bináris súly] 4 5 [#4 bináris súly] n= 4 n 2 = F (,,3, 7,,2,4,5) i= bináris súly szerinti csoportképzések, vonallal elválasztva 47

Számjegyes minimalizálás Quine-McCluskey módszer II.lépés II. Összes létező szomszédos kételemű lefedő tömb (hurok) összevonása (Karnaugh tábla csak szemléltetés végett) Minterm, (),3 (2) 3,7 (4) 3, (8) 2,4 (2) 7,5 (8),5 (4) 4,5 () II. oszlop Decimális különbség CD AB A D C 3 2 4 5 7 6 2 3 5 4 8 9 48 B

Számjegyes minimalizálás Quine-McCluskey módszer III.lépés III. Összes létező szomszédos kettesekből képzett négyelemű lefedő tömb összevonása Minterm (Karnaugh tábla csak szemléltetés végett), () a,3 (2) b III. oszlop 3,7 (4) 3, (8) 2,4 (2) c 3,7,,5 (4,8) 7,5 (8),5 (4) 4,5 () Decimális különbség d Négyes Összevonás e prímimplikáns betűzések CD AB A D C 3 2 4 5 7 6 2 3 5 4 8 9 49 B

Számjegyes minimalizálás Quine-McCluskey módszer IV.lépés IV. Prímimplikáns tábla felírása a megmaradt összevonásokkal (III. lépés alapján) sor minterm 3 7 2 4 5 Prímimplik. *, () x x,3 (2) x x * 2,4 (2) x x e a b c d 4,5 () x x * 3,7,,5 (4,8) x x x x * : ahol egy adott mintermhez tartozó oszlopban csak egy x van, az a sor jelöli a lényeges prímimplikánst (ahol az implikáns tovább már nem egyszerűsíthető!). Az a sor nem elhagyható! 5

Számjegyes minimalizálás Quine-McCluskey módszer V.lépés V. Lényeges prímimplikánsokból képzett kimeneti függvény megadása (IV. lépés alapján): (,): a (2,4): c (3,7,,5): e A mintermen belüli egyszerre / tagok kiesnek! Tehát a kimeneti minimalizált F függvény a következő: F = + + F = A B C + A B D + C D 5

Prímimplikáns tábla alapján a segédfüggvény (S) felírása: S = pontosan akkor, ha (m lefedéséhez) a prímplikáns ÉS, (m lefedéséhez) a VAGY b prímimplikáns ÉS, (m 3 lefedéséhez) b VAGY e prímimplikáns ÉS, (m 7 lefedéséhez) e prímimplikáns ÉS, (m lefedéséhez) e prímimplikáns ÉS, (m 2 lefedéséhez) c prímimplikáns ÉS, (m 4 lefedéséhez) c VAGY d prímimplikáns ÉS, (m 5 lefedéséhez) d VAGY e prímimplikáns. s = a (a + b) (b + e) e e c (c + d) (d + e) = 52

Segédfüggvény felírása Ebben a feladatban ránézésre megállapítható volt a prímimplikáns tábla alapján, ahogy a segédfüggvénnyel felírt alakban is: VAGY kapcsolat a DNF alakban Legegyszerűbb alak a prímimplikánsból lefedi a tagot s = a (a + b) (b + e) e e c (c + d) (d + e) = = abecd + aecd + abec + aec aec F = a + c + e = ABC + ABD + CD Beszorzás elvégzése Legegyszerűbb DNF alak (Ugyanazt kaptuk itt, mint a prímimplikáns tábla alapján.) 53

Quine-McCluskey: NTSH hálózatok esetén NTSH: A közömbös dont care függvényértékek megadásakor az összevonásoknál (I.-II.-III. stb. oszlopok felírásánál) a dont care értékeket nek tekintjük, továbbá a közömbös mintermeket nem kell figyelembe venni a prímimplikáns tábla felírásakor (hiszen azok lefedéséről nem kell gondoskodnunk! ) végül, a legtöbb esetben a primimplikáns tábla alapján felírt S segédfüggvény adhat jó megoldást. 54