Файл: Informatics_synopsis_2013.pdf

высказывания "24 делится на 6 тогда и только тогда, когда 24 делится на 5", "21 делится на 6 тогда и только тогда, когда 21 делится на 3" ложны. В

программировании эту операцию обозначают "EQV".

В алгебре высказываний любую логическую функцию можно выразить через основные логические операции, записать ее в виде логического выражения и упростить, применяя законы логики и свойства логических операций. Необходимо только учитывать порядок выполнения логических операций (приоритет) и скобки.

Операции в логическом выражении выполняются слева направо с учетом скобок. Приоритет логических операций: инверсия ("не"), конъюнкция ("и"), дизъюнкция ("или"), импликация, эквивалентность.

Импликацию можно выразить через дизъюнкцию и отрицание:

А В = В.

Эквивалентность можно выразить через отрицание, дизъюнкцию и

конъюнкцию: А В = ( В) . ( А).

Таким образом, операций отрицания, дизъюнкции и конъюнкции достаточно, чтобы описывать и обрабатывать логические высказывания.

1.1.3.Логические формулы

Спомощью логических переменных и символов логических операций любое высказывание можно формализовать, то есть заменить логической формулой.

Определение логической формулы:

1.Всякая логическая переменная и символы "истина" ("1") и "ложь" ("0") –

формулы.

2.Если А и В – формулы, то , А . В , А В , А B , А В – формулы.

3.Никаких других формул в алгебре логики нет.

В п. 1 определены элементарные формулы; в п. 2 даны правила

образования из любых данных формул новых формул.

Страница 9 из 47

В качестве примера рассмотрим высказывание "если я куплю яблоки или абрикосы, то приготовлю фруктовый пирог". Это высказывание формализуется в виде (A B) C. Такая же формула соответствует высказы-

ванию "если Игорь знает английский или японский язык, то он получит место переводчика".

Как показывает анализ формулы (A B) C, при определённых сочетаниях значений переменных A, B и C она принимает значение "истина", а при некоторых других сочетаниях – значение "ложь" (разберите самостоятельно эти случаи). Такие формулы называются выполнимыми.

Некоторые формулы принимают значение "истина" при любых значениях истинности входящих в них переменных. Таковой будет, например, формула

А , соответствующая высказыванию "Этот треугольник прямоугольный или косоугольный". Эта формула истинна и тогда, когда треугольник прямоугольный, и тогда, когда треугольник не прямоугольный. Такие формулы называются тождественно истинными формулами или тавтологиями.

Высказывания, которые формализуются тавтологиями, называются логически

истинными высказываниями.

В качестве другого примера рассмотрим формулу А . , которой

соответствует, например, высказывание "Катя самая высокая девочка в классе, и в классе есть девочки выше Кати". Очевидно, что эта формула ложна, так как

либо А, либо обязательно ложно. Такие формулы называются

тождественно ложными формулами или противоречиями. Высказывания,

которые формализуются противоречиями, называются логически ложными

высказываниями.

Если две формулы А и В одновременно, то есть при одинаковых наборах значений входящих в них переменных, принимают одинаковые значения, то они называются равносильными.

Страница 10 из 47

Равносильность двух формул алгебры логики обозначается символом "=". Замена формулы другой, ей равносильной, называется равносильным преобразованием данной формулы.

1.2.Логические основы ЭВМ

1.2.1.Алгебра логики и двоичное кодирование

Математический аппарат алгебры логики очень удобен для описания того, как функционируют аппаратные средства компьютера, поскольку основной системой счисления в компьютере является двоичная, в которой используются цифры 1 и 0, а значений логических переменных тоже два: "1" и "0".

Из этого следует два вывода:

1.одни и те же устройства компьютера могут применяться для обработки и хранения как числовой информации, представленной в двоичной системе счисления, так и логических переменных;

2.на этапе конструирования аппаратных средств алгебра логики позволяет значительно упростить логические функции, описывающие функционирование схем компьютера, и, следовательно, уменьшить число элементарных логических элементов, из десятков тысяч которых состоят

основные узлы компьютера.

Данные и команды представляются в виде двоичных последовательностей различной структуры и длины. Существуют различные физические способы кодирования двоичной информации.

В электронных устройствах компьютера двоичные единицы чаще всего кодируются более высоким уровнем напряжения, чем двоичные нули (или наоборот), например:

Страница 11 из 47

1.2.2. Логические элементы компьютера

Логический элемент компьютера – это часть электронной логической схемы, которая реализует элементарную логическую функцию.

Логическими элементами компьютеров являются электронные схемы И, ИЛИ, НЕ, И–НЕ, ИЛИ–НЕ и другие (называемые также вентилями), а также

триггер.

С помощью этих схем можно реализовать любую логическую функцию, описывающую работу устройств компьютера. Обычно у вентилей бывает от двух до восьми входов и один или два выхода.

Чтобы представить два логических состояния – "1" и "0" в вентилях, соответствующие им входные и выходные сигналы имеют один из двух установленных уровней напряжения. Например, +5 вольт и 0 вольт.

Высокий уровень обычно соответствует значению "истина" ("1"), а низкий – значению "ложь" ("0").

Каждый логический элемент имеет свое условное обозначение, которое выражает его логическую функцию, но не указывает на то, какая именно электронная схема в нем реализована. Это упрощает запись и понимание сложных логических схем.

Работу логических элементов описывают с помощью таблиц истинности.

Таблица истинности – это табличное представление логической схемы (операции), в котором перечислены все возможные сочетания значений истинности входных сигналов (операндов) вместе со значением истинности выходного сигнала (результата операции) для каждого из этих сочетаний.

Страница 12 из 47

1.2.3. Схемы И, ИЛИ, НЕ, И–НЕ, ИЛИ–НЕ

Схема И

Схема И реализует конъюнкцию двух или более логических значений. Условное обозначение на структурных схемах схемы И с двумя входами представлено на рис. 1.1.

Рис. 1.1

Таблица истинности схемы И

Единица на выходе схемы И будет тогда и только тогда, когда на всех входах будут единицы. Когда хотя бы на одном входе будет ноль, на выходе также будет ноль.

Связь между выходом z этой схемы и входами x и y описывается соотношением: z = x . y (читается как "x и y"). Операция конъюнкции на структурных схемах обозначается знаком "&" (читается как "амперсэнд"), являющимся сокращенной записью английского слова and.

Схема ИЛИ

Схема ИЛИ реализует дизъюнкцию двух или более логических значений. Когда хотя бы на одном входе схемы ИЛИ будет единица, на её выходе также будет единица.

Условное обозначение на структурных схемах схемы ИЛИ с двумя входами представлено на рис. 1.2. Знак "1" на схеме – от устаревшего

Страница 13 из 47

обозначения дизъюнкции как ">=1" (т.е. значение дизъюнкции равно единице, если сумма значений операндов больше или равна 1). Связь между выходом z

этой схемы и входами x и y описывается соотношением: z = x y (читается как

"x или y").

Рис. 1.2

Таблица истинности схемы ИЛИ

Схема НЕ

Схема НЕ (инвертор) реализует операцию отрицания. Связь между входом x этой схемы и выходом z можно записать соотношением z = , где читается как "не x" или "инверсия х".

Если на входе схемы 0, то на выходе 1. Когда на входе 1, на выходе 0. Условное обозначение на структурных схемах инвертора – на рисунке 1.3

Рис. 1.3

Таблица истинности схемы НЕ

x

01

10

Схема И–НЕ

Страница 14 из 47