理论教育 表达式结构与运算的等效变换技巧

表达式结构与运算的等效变换技巧

时间:2023-06-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:表达式的繁简结构和运算类型都可等效变换,有相应规则和定理保证变换的等效性。表达式运算方式的等效转换有摩根定理保证和括号变换规则的辅助。表4-22 检验变换等效性真值表展开括号:2.德·摩根定理揭示表达式中的与、或运算及非号的转换关系,可灵活用于表达式任何部位的运算转换。下面是一个逻辑函数表达式的4种结构:等效关系成立。

表达式结构与运算的等效变换技巧

表达式的繁简结构和运算类型都可等效变换,有相应规则和定理保证变换的等效性。

表达式运算方式的等效转换有摩根定理保证和括号变换规则的辅助。

1.括号变换规则

表达式中的括号表示超越规则的运算,有加括号和去(也叫展开)括号两种转换内容。

(1)与、或混合运算中的括号转换

展开括号:

A(B+C)=AB+AC

在逻辑代数中称之为“与对或的分配律”。

加括号(提取公因子时,要加括号):

AB+AC=A(B+C)

这两个等式在普通数学中已被公认,在逻辑代数中是否成立还需证明。在逻辑代数中,最基本的证明手段是真值表,证明原理是对应变量的全部取值组合,如果两个函数的运算值完全相同,则这两个函数表达式相等(即等效)。下面用表4-21所示的真值表证明它们成立。

表4-21 证明等式的真值表

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通过真值表的证明得到

AB+AC=A(B+C)

(2)与、异或混合运算中的括号转换

提取公因子,加括号:

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展开括号:

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2.德·摩根定理(简称摩根定理)

揭示表达式中的与、或运算及非号的转换关系,可灵活用于表达式任何部位的运算转换。

两个变量的摩根定理转换形式:(www.daowen.com)

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3个变量的摩根定理变换形式:

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用摩根定理变换表达式运算类型,有时要加括号,以维持表达式原来运算顺序,保证变换的等效性,如:

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可用真值表检验表达式的等效关系,见表4-22。

表4-22 检验变换等效性真值表

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通过实际运算证明:

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等效关系成立。

摩根定理说明,一个逻辑关系可有多种表达式形式,也就是可用多种逻辑电路实现,这就为制作实际数字电路提供了充分的选择余地。

3.按逻辑器件变换表达式的运算结构

表达式中的运算类型以及运算顺序是跟逻辑图的结构相对应的,不同的逻辑器件对应不同的逻辑运算符号。按指定的逻辑器件去设计逻辑电路,就要通过变换得出相应运算结构的表达式。

在逻辑代数中,常按运算类型(对应逻辑器件)和顺序给表达式命名,例如:与或式、与非—与非式、或与式、与或非式等。由于一片数字集成电路内含多个同类逻辑门,为充分利用电路资源,在实际制作电路时,通常选用同种逻辑器件构成,如与非门构成“与非—与非”结构、或非门构成的“或非—或非”结构。

【例4-3】下面是一个逻辑函数表达式的4种结构:

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和上述4种表达式结构对应的逻辑图如图4-12所示。

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图4-12 例4-3的4种逻辑图

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