aula 05
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Algebra de BooleTRANSCRIPT
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Álgebra de Boole
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Histórico
• No século XIX o matemático inglês George Boole
desenvolveu um sistema matemático de análise lógica
• No século XX, o americano Claude Elwood Shannon
sugeriu que a Álgebra Booleana poderia ser usada para análise
e projeto de circuitos de comutação (circuitos lógicos)
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Histórico
• Nos primórdios da eletrônica, todos os problemas eram solucionados por meio de sistemas analógicos.
• Com o avanço da tecnologia, os problemas passaram a ser solucionados pela eletrônica digital
• Na eletrônica digital, os sistemas (incluindo computadores) empregam um pequeno grupo de circuitos lógicos básicos, que são conhecidos como portas e, ou e não.
• Com a utilização adequada dessas portas é possível implementar todas as expressões geradas pela Álgebra de Boole.
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Aplicações
• O processador de um computador é composto por um aglomerado de circuitos lógicos.
• Qualquer operação feita em um computador, por mais complexa que seja, é derivada de combinação de tarefas lógicas e aritméticas simples.
• Exemplo do circuito MC54F/74F00 da Motorola
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ÁLGEBRA DE BOOLE
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Álgebra Booleana
• Na Álgebra de Boole há somente dois estados (valores ou símbolos) permitidos
• Estado 0 (zero): representa não, falso, aparelho desligado, ausência de tensão, chave elétrica desligada
• Estado 1 (um): representa sim, verdadeiro, aparelho ligado, presença de tensão, chave ligada
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Álgebra Booleana
• Em qualquer bloco lógico somente esses dois estados são permitidos em suas entradas e saídas
• Uma variável booleana também só assume um dos dois estados permitidos
• Blocos lógicos
• E (AND)
• OU (OR)
• NÃO (NOT)
• NÃO E (NAND)
• NÃO OU (NOR)
• OU EXCLUSIVO (XOR)
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Função E (AND)
• Executa a multiplicação (conjunção) booleana de duas ou mais variáveis binárias
• Por exemplo, assuma a convenção no circuito
• Chave aberta=0; Chave fechada=1
• Lâmpada apagada=0; Lâmpada acesa=1
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Função E (AND)
• Situações possíveis
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Função E (AND)
• Para representar a expressão
• S = A e B
• Adota-se a representação
• S = A . B
• Porém, existem notações alternativas
• S = A & B
• S = A, B
• S = A ∧ B
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Tabela Verdade da Função E (AND)
A B A.B
1 1 1
1 0 0
0 1 0
0 0 0
A B A∧B
V V V
V F F
F V F
F F F
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Porta Lógica E (AND)
• A porta E é um circuito que executa a função E
• A porta E executa a tabela verdade da função E
• Portanto, a saída será 1 somente se ambas as entradas forem iguais a 1; nos demais casos, a saída será 0
• Representação
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Porta Lógica E (AND)
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Porta Lógica E (AND)
• É possível estender o conceito de uma porta E para
um número qualquer de variáveis de entrada
• Nesse caso, temos uma porta E com N entradas e somente
uma saída
• A saída será 1 se e somente se as N entradas forem iguais a 1; nos demais casos, a saída
será 0
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Porta Lógica E (AND)
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Função OU (OR)
• Executa a soma (disjunção) booleana de duas ou mais variáveis binárias
• Por exemplo, assuma a convenção no circuito
• Chave aberta=0; Chave fechada=1
• Lâmpada apagada=0; Lâmpada acesa=1
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Função OU (OR)
• Situações possíveis
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Função OU (OR)
• Para representar a expressão
• S = A ou B
• Adota-se a representação
• S = A + B
• Porém, existem notações alternativas
• S = A | B
• S = A; B
• S = A ∨ B
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Tabela Verdade da Função OU (OR)
A B A+B
1 1 1
1 0 1
0 1 1
0 0 0
A B A∨B
V V V
V F V
F V V
F F F
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Porta Lógica OU (OR)
• A porta OU é um circuito que executa a função OU
• A porta OU executa a tabela verdade da função OU
• Portanto, a saída será 0 somente se ambas as entradas forem iguais a 0; nos demais casos, a saída será 1
• Representação
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Porta Lógica OU (OR)
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Porta Lógica OU (OR)
• É possível estender o conceito de uma porta OU
para um número qualquer de variáveis de entrada
• Nesse caso, temos uma porta OU com N entradas e somente uma saída
• A saída será 0 se e somente se as N entradas forem iguais a 0; nos demais casos, a saída
será 1
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Porta Lógica OU (OR)
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Função NÃO (NOT)
• Executa o complemento (negação) de uma variável binária, também chamada de função inversora • Se a variável estiver em 0, o resultado da função é 1
• Se a variável estiver em 1, o resultado da função é 0
• Por exemplo, assuma a convenção no circuito
• Chave aberta=0; Chave fechada=1
• Lâmpada apagada=0; Lâmpada acesa=1
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Função NÃO (NOT)
• Para representar a expressão
• S = não A
• Adota-se a representação
• S = 𝐴 (lê A barra)
• Porém, existem notações alternativas
• S = A’
• S = ¬A
• S = ~A
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Tabela Verdade da Função NÃO (NOT)
A 𝑨
1 0
0 1
A ~𝑨
V F
F V
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Porta Lógica NÃO (NOT)
• A porta NÃO é um circuito que executa a função NÃO
• A porta NÃO executa a tabela verdade da função NÃO
• Se a entrada for 0, a saída será 1; se a entrada for 1, a saída será 0
• Representação
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Porta Lógica NÃO (NOT)
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Porta Lógica NÃO E (NAND)
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Porta Lógica NÃO OU (NOR)
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Porta Lógica OU EXCLUSIVO (XOR)
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Porta Lógica NEGAÇÃO DO OU EXCLUSIVO (XNOR)
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CIRCUITOS INTEGRADOS
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Circuitos Integrados
• As portas lógicas não são vendidas individualmente, mas em unidades chamadas Circuitos Integrados
• SSI (Small Scale Integrated): 1 a 10 portas
• MSI (Medium Scale Integrated): 10 a 100 portas
• LSI (Large Scale Integrated): 100 a 100.000 portas
• VLSI (Very Large Scale Integrated): > 100.000 portas
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Circuitos Integrados
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Circuitos Integrados
• ULA de 1 bit
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CORRESPONDÊNCIA ENTRE EXPRESSÕES E CIRCUITOS
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Correspondências
• Todo circuito lógico executa uma expressão booleana
• Um circuito, por mais complexo que seja, é composto pela interligação dos blocos
lógicos básicos
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Correspondências
• Seja o circuito:
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Correspondências
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Correspondências
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Correspondências
• (1) S1 = A.B
• (2) S = S1 + C
• S = S1+C = (A.B)+C
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Exercício
• Escreva a expressão booleana executada pelo circuito
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Exercício
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Correspondências
• Também é possível obter um circuito lógico, dada uma expressão booleana
• Seja a expressão:
• S = (A+B).C.(B+D)
• Separa-se as sub-fórmulas da expressão:
• S = (A+B).C.(B+D)
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Correspondências
• Seja a expressão:
• S = (A+B).C.(B+D)
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Correspondências
• Seja a expressão:
• S = (A+B).C.(B+D)
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Exercícios
• Desenho o circuito lógico que executa a seguinte expressão booleana
• S = A . B’
• S = A -> B
• S = (A + B)’
• S = (A.B.C) + (A+B).C
• S = (𝐴. 𝐵 + 𝐶. 𝐷)′