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逻辑代数的基本公式

时间:2024-02-14 10:39:22

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逻辑代数的基本公式

目录

一.不同进制之间的转化

1.十进制和不同进制之间的转化方法

2.二进制和八进制的不同转化方法

3.二进制和十六进制的不同转化方法

4.十六进制和八进制的转化

二.二进制常用的编码形式

1.8421BCD码(恒权码)

2.格雷码 (循环码)

3.Ascll码

三.逻辑代数的基本运算

1.与运算

2.或运算

3.非运算

4.其它常见逻辑运算

5.门电路

四.逻辑代数的基本公式与常用公式

1.常量公式

2.变量公式

3.运算律

4.德摩根定律

5.还原律

6.常用公式

一.不同进制之间的转化

这个其实我们已经很熟悉了,我们接下来看一下这幅图,了解具体不同进制间是如何转化的.

1.十进制和不同进制之间的转化方法

首先,我们看红色这三条线,是十进制和不同进制之间的转化方法.

在这之前,我们必须先了解一个叫做位数和权的概念.

123.5这个十进制数,实际上可以分解为1 * 10^2 + 2 * 10^1 + 3 * 10^0 + 5 * 10^(-1),而2,1,0,-1这些数就是位数,10^2就是1这个数的权,10^1就是2这个数的权...

也就是每位数虽然看上去都是0-9的取值,但它们的地位(权)可不同,或者说占的分量不同,1作为最高位对应的权重会更高.

比方说1101这个二进制数,转化为十进制数,也是如此,从右往左,位数依次增大

1 * 2^0 + 0 *2 ^1 + 1 * 2^2 + 1 * 2^3 ,计算得到13,13便是1101这个二进制数转化为十进制数的结果.

再比如说2A.7F这个十六进制数,

2 * 16^1 + A(10)* 16^0 + 7* 16^(-1) + F(15) *16^(-2),计算得到42.49609375,便是2A.7F这个十六进制数转化为十进制数的结果.

至此,我们便可以类比,学会将所有进制数,转化为十进制数的方法.

那我们就要问,如何将十进制转为其它进制呢?

一般我们会将一个数分为两个部分进行处理,一个是整数部分,另一个则是小数部分,因为两个部分处理的方法是有差异的,前者是不断相除,从下往上取余数,后者则是不断相乘,从下往上取整数.

我们接下来举一个具体的例子,比如173.8125这个十进制数,我们想把它化为二进制数.

它的整数部分是173,小数部分是0.8125

对于整数部分173,我们就不断除以2,直到碰到被除数为1停止,然后从下往上取余数.

最后,173便化为10101101这样一个二进制数.

对于小数部分0.8125,我们就不断乘2,直到乘到1为止,然后从上往下取整数排列.

PS:

1.值得注意,每次乘2后,所得的数,整数部分如果大于1,就要相应取出来,下次相乘就不再出现,比如下图第一次相乘得到的1.625,那第二次相乘是用0.625乘2,而不是1.625.

2.有时候一直得不到1,所以有部分十进制数未必能完全转化二进制数,只能不断逼近,这也导致计算机中C语言存储浮点数,未必精确,进而浮点数不能比较大小.

最后,0.8125便化为1101这样一个二进制数

于是,把两者结合起来,便可以得到10101101.1101这样一个二进制数,这就是173.8125转化得到的二进制数.

实际上,为什么会有这种方法呢?我们可以仔细思索这个过程,它有点类似我们其它进制数得到十进制数的逆过程,173的每次相除,得到的余数,会随着相除次数增加,而对应位数增加,有种层层筛选的感觉,同理,0.8125也是如此.

2.二进制和八进制的不同转化方法

接下来,我们看下蓝色的三条线间的关系.

对于11这个八进制数,对应十进制的9,二进制为1001,我们会惊奇地发现,三位二进制数恰好能够和八进制数一一对应,并且还会出现八进制进位,对应二进制也循环的现象,因此,我们就得到下面转化的方法.

将3位二进制数看成一个整体,不足3位补0,等价为1个八进制数.

例如:1001看作001 001,刚好就对应八进制11,再比如1101,看作001 101,刚好也对应八进制15

反过来,把八进制转为二进制数,就是把每个数,对应化为二进制数即可.

比如52.43这个八进制数,先将每一位化为二进制数,然后再合起来,便得到101010.100011对应的二进制数了.

3.二进制和十六进制的不同转化方法

和八进制类似,4位二进制数也能够不重复和十六进制每个数一一对应,并且在十六进制进位时,二进制也恰好出现循环现象(10000中的0000).

因此,我们可以得到如下转化方法

将4位二进制数看成一个整体,不足4位补0,等价为1个十六进制数.

例如:

1011110.1011001这个二进制数,我们要把它转为十六进制数,将4位二进制数看成一个整体替换,不足就补0

十六进制转为二进制也类似八进制转为二进制,将每一位化成4位二进制即可,这里不再过多介绍.

4.十六进制和八进制的转化

没有特殊方法,将二进制作为桥梁,先转成二进制,再进一步转化为目标进制即可.

二.二进制常用的编码形式

1.8421BCD码(恒权码)

BCD码即二-十进制代码,是用四位二进制数代码表示一位十进制数码.

它是一种有权码,也可被称为恒权码,从左往右依次为8 4 2 1

类似还有2421码,5421码,顾名思义,就是权重分别为2 4 2 1和5 4 2 1的说法.

2.格雷码 (循环码)

格雷码一个特征就是,相邻两个码之间只有一位不同,每一位的状态都按一定顺序循环.

像上图列举的四位格雷码,每次变化,都只有1位二进制位变化,像0111和0101,就只有一个1发生变化,同样值得注意,1000和0000依旧也只有1位变化,是一个闭环的处理.

格雷码的优势在于哪呢?

由于相邻代码只有一位发生变化,在代码过程转化过程中,不会出现过度“噪声”.

这是什么意思呢?举一个简单的例子,假设现在5要往6发生转变.

按照原来二进制码进行转化的话,理想情况,我们当然希望不同的两位会同时发生变化,但我们知道会有延迟,所以会导致出现两种情况

我可以先把0101,变成0111,再变成0110 ;

也可以先把0101,变成0100,再变成0110

而0111和0100是我们不希望要的信号,这就是过渡过程中的"噪声".

但格雷码就不会出现这种情况,每次都是直接一步完成.

那我们要怎么编写格雷码呢?

这里实际上是有规律的,我们先要把一组数0 1 1 0记在心中,最低位,一定是不断循环这四个数的

随后,每一个下一位新的数,都是上一个新的位上的数,循环出现两次.

这里我们写一个三位格雷码来加深理解这个过程.

首先,3位格雷码,2*2*2=8,必定有8个格雷码,我们先把最低位写出来.

那对于第二位,就是第一位的数,重复两次出现.0重复出现2次,接着是1出现2次,再接着是1出现2次,紧接着是0出现2次,刚好是8位,便不再循环.

对于第三位,也是类似的操作.第二位的0重复出现2次,接着是0出现2次,再接着是0出现2次,紧接着还是0出现2次,刚好8位,不再循环.

于是我们便得到3位的格雷码,如图所示,检查可以发现,完全符合格雷码的特点要求

3.Ascll码

即美国信息标准交换码,由一组7位二进制代码组成,共128个.

它是一种国际通用标准代码,广泛应用于计算机和通信领域.

这里也不再过多解释,每个符号对应相应的二进制码,需要的时候,直接查表就可以.

三.逻辑代数的基本运算

数码可以表示不同事物的不同状态,比方说汽车向前开,我们可以用1来表示,向后开,可以用0来表示;再比如红灯亮,我们用01表示,黄灯亮,用10表示,绿灯亮,用11表示,全部灯灭了,用00表示等等.

在这中,只有两种不同取值的变量,称为逻辑变量.

比方说,我们可以规定小于5V为低电压,用0表示,大于等于5V,用1表示,除了1,就是0,只有两种取值,这就是一个逻辑变量.

而研究逻辑变量之间的逻辑状态(关系)的推理运算,称为逻辑运算;

研究逻辑运算的数学方法,被称为逻辑代数.

基本运算分为三类:

我们用1表示开关接通,小灯泡发光;0表示开关断开,小灯泡熄灭.

1.与运算

只有S1,S2同时接通,即都为1,才为1(小灯泡发光),其余都为0.

表示为F = S1 * S2 = S1S2.

2.或运算

只要S1,S2有一个接通,即有一个为1,就为1(小灯泡发光)

只有S1,S2全部没有接通(都为0),才为0(小灯泡熄灭)

表示为F = S1 +S2.

3.非运算

开关闭合(1),灯泡必灭(0),反之,开关断开(0),灯泡发光(1).

表示为F =

4.其它常见逻辑运算

异或运算相同为0,相异为1

同或运算(异或运算的非运算)相同为1,相异为0

与非运算(先与后非)F = 只有全为1,才为0,其余全为1

或非运算(先或后非)F = 只要有1,必为0,只有全为0,才为1.

还有比如与非与非,和或非或非,这里不细谈

5.门电路

当然,现在更多用得是下面这种形式

记忆方式也如上图所示,AND中的A是竖,因此图片左端为一竖线,OR中的O是弯,因此图片左端为一曲线,非则和上图类似,也是图片右端有个小圆圈.

四.逻辑代数的基本公式与常用公式

为了加深对公式的理解,我们用数学中的集合概念进行类比记忆.

1就代表全集,0就代表空集,逻辑与对应交集,逻辑或对应并集,逻辑非对应取补集

1.常量公式

2.变量公式

这里举A= 0来说明

A只能取0或者1,无论A取什么值,A和必然不相等,而逻辑与只有全为1,才为1,所以得到的必为0.

从集合角度也很好理解,A和A的补集,两者的交集,必定为空集.

其它公式也可以类似理解,这里不一一说明.

3.运算律

逻辑运算同样满足交换律,结合律,分配律

这里只解释不同于代数运算的特殊式子(11')

A + BC部分如左图所示,A + C与A+ B两个集合想要得到左图,需要进行交集运算,对应逻辑与.

证明: (A + B)(A + C) = A*A + B*A + A*C + B*C = A*(1 + B + C) + B*C= A + BC

4.德摩根定律

5.还原律

很容易理解,两次非运算后,得到的依旧是其本身.集合补集的补集依旧是该集合.

6.常用公式

(1)集合与子集合并公式(加大乘小

A+AB = A (吸收律)

含义:一个与项是另一个与项的因子,则另一个与项可以被吸收掉(也就是消失).

Lg.(A + B) + (A + B)*C*D = A + B

A*(A + B) = A

(2)消因子公式

证明: A +B = (A +) (A + B) = A + B

含义:在一个与或表达式中,如果一个与项的反是另一个与项的一个因子,则这个因子可以不要.

lg.

(3)消项公式

证明: AB +C + BC(A + ) = (AB + BCA) + (C + BC) = (AB + ABC) + (C + CB)

= AB +C

PS:即便含BC组合而成的子项,也依旧可以消去. AB +C + BCD = AB + C

lg.

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