Булевы функции. Основные формулы булевой алгебры. Аналитическая запись булевых функций в булевом базисе. Дешифраторы. Мультиплексоры

БУЛЕВЫ ФУНКЦИИ.

В отличие от функций непрерывной математики в алгебре логики рассматривают функции, в которых и аргументы и значения функции принимают значения из множества {0,1}. Эти функции называют булевыми функциями.

Значения аргументов в дальнейшем будем называть набором аргументов или просто набором. Из определения булевой функции следует, что для ее задания достаточно указать значение функции для каждого набора аргументов, т.е. записать таблицу.

Число строк таблицы определяется числом возможных наборов аргументов и равно , где  - число аргументов.

Если две функции  и  принимают на всех возможных наборах аргументов  одинаковые значения, то функции  и  называют равными.

Функция  существенно зависит от аргумента , если имеет место неравенство . В противном случае  является фиктивным аргументом и его можно удалить.

Доказано, что число всех функций, зависящих от  аргументов конечно и равно .

Рассмотрим функции одного аргумента . Столбец   - это значение аргумента, а столбцы

Функция  равна нулю при любом значении аргумента и называется константой ноль. Записывается . В дискретных устройствах логический ноль реализуется низким уровнем напряжения:

Значения функции  совпадает со значением аргумента, поэтому она называется аргумент x. Обозначается

Значения функции  противоположны значению аргумента. Эта функция называется инверсией аргумента x, иногда ее называют НЕ-. Обозначается .

В цифровых устройствах эта функция реализуется логическим элементом, который называется инвертором:            

          Значения функции  всегда равны единице. Она называется константой единица. Обозначается   и реализуется высоким уровнем напряжения:  +E         .

Для двух аргументов существует уже 16 булевых функций.

Среди этих функций следует особо выделить функции конъюнкции, дизъюнкции, Шеффера, Пирса, суммы по модулю 2:

-конъюнкция . Эту функцию иногда называют логическим произведением, либо функцией И. В литературе можно встретить различные обозначения этой функции: .

-дизъюнкция . Эта функция также имеет другие названия: логическое сложение, операция ИЛИ.

-операция Шеффера (штрих Шеффера, функция Шеффера, И-НЕ)

.

-операция Пирса (стрелка Пирса, функция Пирса, ИЛИ-НЕ) .

-сумма по модулю 2 (исключающее ИЛИ) .

В дискретных устройствах эти функции реализуются логическими элементами И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ и элементом сумма по модулю 2.

И                  ИЛИ                И-НЕ              ИЛИ-НЕ        Сумма по mod 2

Рассмотренные функции позволяют строить новые функции путем перестановки аргументов  и путем подстановки в функцию новых функций вместо аргументов. Функцию, полученную из функций  путем применения этих правил называют суперпозицией функций .

При дальнейшем увеличении числа аргументов количество функций быстро возрастает:  при 3 аргументах существует 256 функций, при 4 аргументах – 65536 функций,… Среди этих функций есть и уже известные функции 0, 1,  , , , ,…, а также многоместные функции конъюнкции, дизъюнкции, Шеффера и Пирса. При любом числе аргументов для этих функций справедливо следующее:

- конъюнкция (И). Если хотя бы один аргумент равен 0, то функция равна 0. Функция равна 1, если все аргументы равны 1;