Minimización mediante el mapa de Karnaugh

Documentos relacionados
ESTRUCTURA Y TECNOLOGÍA DE LOS COMPUTADORES I. TEMA 4 Algebra booleana y puertas lógicas

Diseño de circuitos combinacionales

Álgebra Booleana y Simplificación Lógica

ÁLGEBRAS DE BOOLE. En un álgebra de Boole (B, +,, ) se cumplen las siguientes propiedades, para todo x, y, z B: Doble Complemento

Álgebra de Boole. Valparaíso, 1 er Semestre Prof. Rodrigo Araya E.

Algebra de Boole y simplificación de funciones lógicas. Capítulo 4

Tema 3. 2 Sistemas Combinacionales

NOT. Ejemplo: Circuito C1

Análisis y síntesis de sistemas digitales combinacionales

SIMPLIFICACIÓN DE FUNCIONES LÓGICAS

EIE SISTEMAS DIGITALES Tema 5: Análisis de la lógica combinacional. Nombre del curso: Sistemas Digitales Nombre del docente: Héctor Vargas

INDICE. XVII 0 Introducción 0.1. Historia de la computación

Capítulo 5. Álgebra booleana. Continuar

Algebra de Boole. » a + a = 1» a a = 0

Álgebra de BOOLE. Tema 4

Control y programación de sistemas automáticos: Algebra de Boole

ÁLGEBRA DE BOOLE. 1.- Postulados de HUNTINGTON

EL LENGUAJE DE LAS COMPUTADORAS

3. Prácticas: Simplificación de funciones

Operación de circuitos lógicos combinatorios.

UNIDAD 4. Algebra de Boole

Unidad Didáctica Electrónica Digital 4º ESO

Diseño combinacional (Parte #2) Mapas de Karnaugh

Tema 2. Funciones Lógicas. Algebra de Conmutación. Representación de circuitos digitales. Minimización de funciones lógicas.

Tabla de verdad. La función lógica es aquella que relaciona las entradas y salidas de un circuito lógico. Puede expresarse mediante:

Álgebra Booleana y Circuitos Lógicos. UCR ECCI CI-1204 Matemáticas Discretas Prof. Kryscia Daviana Ramírez Benavides

Sistemas Electrónicos Digitales

INDICE Capitulo 1. Álgebra de variables lógicas Capitulo 2. Funciones lógicas

D.I.I.C.C Arquitectura de Sistemas Computacionales

TEMA 4. Diseño de Sistemas Combinacionales SSI.

CIRCUITOS LÓGICOS. Lógica FCE 1. ALGEBRA DE BOOLE

Tema 3.1 Introducción a los circuitos combinacionales. Algebra de Boole

Algebra de Boole y puertas lógicas

Operaciones Booleanas y Compuertas Básicas

DISEÑO DE CIRCUITOS LOGICOS COMBINATORIOS

Circuitos lógicos combinacionales. Tema 6

Análisis y síntesis de circuitos con elementos de memoria. Proceso de Análisis y síntesis de circuitos con elementos de memoria

TEMA 6. ALGEBRA DE BOOLE

Oliverio J. Santana Jaria. Sistemas Digitales Ingeniería Técnica en Informática de Sistemas Curso Los objetivos de este tema son:

SISTEMAS LÓGICOS. UNIDAD 2: Álgebra De Boole

INDICE Control de dispositivos específicos Diseño asistido por computadora Simulación Cálculos científicos

Existen diferentes compuertas lógicas y aquí mencionaremos las básicas pero a la vez quizá las más usadas:

Definición y representación de los

UNIDAD DIDÁCTICA: ELECTRÓNICA DIGITAL

TEMA 1 INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DIGITALES

El álgebra booleana (Algebra de los circuitos lógicos tiene muchas leyes o teoremas muy útiles tales como :

ELO211: Sistemas Digitales. Tomás Arredondo Vidal 1er Semestre 2008

Álgebra de Boole. Adición booleana. Multiplicación booleana. Escuela Politécnica Superior

Electrónica Digital. Fco. Javier Expósito, Manuel Arbelo, Pedro A. Hernández Dpto. de Física Fundamental y Experimental, Electrónica y Sistemas

Unidad 3: Circuitos digitales.

Funciones Lógicas Y Métodos De Minimización

Práctica 1 Transistor BJT Región de Corte Saturación Aplicaciones

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA INGENIERIA EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA ACADEMIA DE COMPUTACIÓN

Tabla de contenidos. 1 Lógica directa

Algebra de Boole Introducción a los Sistemas Lógicos y Digitales 2008 Sergio Noriega Introducción a los Sistemas Lógicos y Digitales

El número decimal 57, en formato binario es igual a:

Sistemas informáticos industriales. Algebra de Boole

TEMA 3 ÁLGEBRA DE CONMUTACIÓN

38.1. Principios de electrónica digital Sistemas digitales y analógicos

EIE SISTEMAS DIGITALES Tema 4: Algebra de Boole y Simplificación Lógica. Nombre del curso: Sistemas Digitales Nombre del docente: Héctor Vargas

Algebra de Boole. Algebra de Boole. Ing. José Alberto Díaz García. EL Diseño Lógico. Página 1

Práctica 4. Sistemas Digitales. Objetivos particulares

GUIA DE CIRCUITOS LOGICOS COMBINATORIOS

PUERTAS LOGICAS. Una tensión alta significa un 1 binario y una tensión baja significa un 0 binario.

ELO211: Sistemas Digitales. Tomás Arredondo Vidal 1er Semestre 2009

DISEÑO CURRICULAR ELECTRÓNICA DIGITAL

Sistemas Digitales. Diseño lógico con Verilog. Sinopsis. Prólogo.

ALGEBRA BOOLEANA (ALGEBRA LOGICA)

Existen distintas formas de representar una función lógica, entre las que podemos destacar las siguientes:

Tema 9. SISTEMAS COMBINACIONALES PROGRAMABLES SISTEMAS COMBINACIONALES PROGRAMABLES NO UNIVERSALES

Electrónica Digital - Guión

UNIDAD 4. Álgebra Booleana

Método de simplificación de funciones lógicas utilizando el método de Quine McCluskey

Scientia Et Technica ISSN: Universidad Tecnológica de Pereira Colombia

IEE 2712 Sistemas Digitales

Temario TEMARIO. Sist. Electrónicos Digitales 1

FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, INGENIERÍA Y AGRIMENSURA U.N.R.

PRÁCTICAS DE CIRCUITOS LÓGICOS PRÁCTICA 8

ALGEBRA DE BOOLE George Boole C. E. Shannon E. V. Hungtington [6]

DISEÑO DE CIRCUITOS SECUENCIALES

Figura 1: Suma binaria

6 10 3,5 2,0 4,5. PROGRAMA DE CURSO Código Nombre EL Sistemas Digitales Nombre en Inglés Digital Systems SCT

PRINCIPIOS DE ELECTRÓNICA DIGITAL

INDICE 1. Operación del Computador 2. Sistemas Numéricos 3. Álgebra de Boole y Circuitos Lógicos

LOS NUMEROS IRRACIONALES Y SU REPRESENTACIÓN EN LA RECTA NUMERICA

MATEMÁTICAS DISCRETAS. UNIDAD 2 Algebras Booleanas y Circuitos Combinatorios

ELO211: Sistemas Digitales. Tomás Arredondo Vidal

PRUEBAS DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD DE JUNIO DE 2005 MATERIA: TECNOLOGÍA INDUSTRIAL II

Sistemas Digitales. Circuitos Codificadores

Bloques Aritméticos - Multiplicadores

UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR DEPATAMENTO DE MATEMATICA Y ESTADISTICA ALGEBRA DE BOOLE

Temario de Electrónica Digital

DISEÑO Y SIMPLIFICACIÓN DE CIRCUITOS LÓGICOS

Tema 5: Álgebra de Boole Funciones LógicasL

ÁLGEBRA BOOLEANA El álgebra booleana es un sistema matemático deductivo centrado en los valores cero y uno (falso y verdadero). Un operador binario "

Compuertas Lógicas. Sergio Stive Solano Sabié. Agosto de 2012 MATEMÁTICA. Sergio Solano. Compuertas lógicas NAND, NOR, XOR y XNOR

SUMADORES Y COMPARADORES

SISTEMAS DE NUMERACIÓN Y CODIFICACIÓN DE DECIMAL A BINARIO

&217$'25(6',*,7$/(6. Figura 1.

PARTE II LÓGICA COMPUTACIONAL

Transcripción:

Minimización mediante el mapa de Karnaugh Mario Medina. mariomedina@udec.cl Minimización lógica Minimización lógica: conjunto de técnicas para obtener la representación más simple de una expresión booleana iversos criterios de minimización Métodos de minimización Mapas de Karnaugh-Veitch Método de Quine-Mcluskey Método de Espresso Mario Medina riterios de minimización Ejemplo Minimizar Tamañode un circuito onsumo de potencia isipación de potencia osto Errores de operación Número de compuertas Tipo de compuertas omplejidadde compuertas lógicas Númerode nivelesde compuertas en cascada Reducir Número de conexiones entre puertas Retardoglobal de un circuito Número de literales Maximizar Reutilizaciónde bloques Otros Sea Z (,,) definidaen la siguiente tabla de verdad y sus formasequivalentesz, Z 2, Z 3 Z = + + + Z = + + Z2 = T + T ; T = Z3 = () Z Ejemplo Z: EstructuratípicaSoPde 2 niveles Z : Estructuralmentesimilar a Z (SoP) No normalizados Menos literales y puertas Z 2 : Implementaciónmultinivel Puertasmássimples (menornúmerode entradas) Mayor retardo de salida amino crítico N-NOT-N-OR Z 3 : Reduce el númerototal de puertas UsaunapuertaOR, quepuedeser máslenta Minimización lógica No esposibleminimizartodoslos criteriosal mismo tiempo Técnicas tradicionales de minimización Se encargan de minimizar el retardo del circuito resultante expensasde aumentarel númeroy complejidadde los productos ó sumas Minimización en 2 niveles Suma-de-productos(SoP) Producto-de-sumas(PoS) Mario Medina.

Motivación para los métodos de minimización lógica Usar reglas del álgebra binaria para reducir expresiones booleanas No hay algoritmos que aseguren llegar a una solución mínima Resultadodependede la intuicióny experienciadel diseñador Problemapuedeser máscomplicadoqueel original Multiplicar una expresión por (+ ) y reducir umenta probabilidad de error Proceso tedioso, largo y manual ase para los métodos de simplificación Sean lasfuncionesf y G definidascomo F = +, y G = + La simplificación nos lleva a F = ( + ) = G = ( + ) = F La variable queapareceen forma negaday no negada es redundante y se puede eliminar G ase para los métodos de simplificación Método básico uscarrepetidamentesubconjuntosde 2 términos que difieran sólo en una variable Eliminar la redundancia Proceso manual es engorroso Métodos ordenan la tabla de verdad para reconocer fácilmente patrones a simplificar Gráficamente(Karnaugh) En forma tabular (Quine-Mcluskey) Mapa de Karnaugh Representaciónmatricialde la tablade verdad de una función 2 3 2 6 4 3 7 5 3 2 4 5 7 6 2 3 5 4 8 9 Mapa de Karnaugh El númeroal interior de cadacelda representacióndecimal parala combinaciónde entradas asociada adaceldaesun minterm(o maxterm) La celda almacena la salida asociada al minterm Los índicesse formanmedianteun código adyacente(gray) 2 celdas adyacentes tienen distancia La últimacolumna(fila) esadyacentecon la primera columna(fila) eldas adyacentes dyacencia del mapa permite visualizar grupos de celdas contiguas a agrupar En un mapade n, cadaceldaes lógicamente adyacente a otras n celdas Se consideraadyacenciahorizontal y vertical, pero no diagonal Mario Medina. 2

eldas adyacentes en mapa de Karnaugh orrespondencia K-map y minitérminos (3 ) orrespondencia K-map y minitérminos (4 ) Mapa de Karnaugh Mapa de Karnaugh Expresaren un K-Map la función F(,,, ) = m(4, 5, 6, 7, 9,,, 3) Equivalente a la función F(,,, ) = + + Mapa de Karnaugh Sea F(, Y, Z, W) = Y + WZ + YZ W Y ZW YZ W estáexpresadoen forma canónicay genera sólo un minterm WZ genera 2 minterms ( WYZ + WY Z) Y genera 4 minterms (YW Z + YWZ + YW Z + YWZ) Mario Medina. 3

Mapas de Karnaugh En general, paraun funciónde n, un términoproductono normalizadode n -r genera 2 r minitérminos Si n = 4, Términoproductode 4 da minterm Términoproductode 3 da2 minterms Términoproductode 2 da4 minterms Términoproductode variable da8 minterms Representación alternativa mapas de Karnaugh Indicarsólolasfilasy columnasdondelas valen Mapa de 4 como diagrama de Venn Un mapa de Karnaugh puede representarse tambiéncomoun diagrama de Venn iagramade Venn parafunciónde 4 írculo y ocho centrales se traslapan Subcubos Subcubo: un conjuntode 2 r celdasde valor o (paramintermso maxterms, respectivamente), en el que cada celda es lógicamenteadyacentea otrasrceldasde valor (o ) El términoproducto(o suma) quese obtienea partirde un subcubode 2 r celdasse componede (n-r) literales. Sóloaparecenlas queno cambianen todas las celdas Ejemplo de simplificación de funciones Usando álgebra booleana F(,,, ) = + + + F(,,, ) = + F(,,, ) = En el mapa, se puedeverla agrupación óptima de celdas (minterms) Ejemplo de simplificación de funciones Sea el siguientemapade Karnaugh La agrupación central es redundante eldas ya están cubiertas por otros términos Expresión mínima tiene sólo 2 productos F(,,, ) = + emostracióngráficadel teorema del consenso! Mario Medina. 4

Ejemplo de simplificación de funciones Sea la función F(,,, ) = m(, 2, 3, 5, 6, 7, 8,,, 4, 5) La función equivalente es F(,,, ) = + + Se requiere encontrar el menor número de subcubos que cubrantodaslassalidas (ó) Ejemplos de simplificación Ejemplos de simplificación Ejemplos de simplificación efiniciones Implicante de una función: elemento o grupo de elementosquepuedencombinarseen un mapade Karnaughy quehacen la función Implicanteprimario:implicantequeno puedecombinarsecon, o no puedeser cubierto por otro implicante de la función Implicante primario esencial: implicante primario que contiene celdas no cubiertas por ningún otro implicante primario. Minimización de funciones usando el Mapa de Karnaugh Objetivos de la minimización onvertir todos los implicantes en implicantes primarios ubrirtodoslos s (o s) utilizandoel menor número posible de implicantes primarios Todos los implicantes primarios esenciales deben estar en el resultado final La minimización no es necesariamente única Mario Medina. 5

Implicantes primarios y esenciales Implicantes primarios y esenciales 6 implicantes primarios,,,,, 2 implicantes esenciales, Expresión mínima + + 4 implicantes primarios,,, 3 implicantes esenciales,, Los implicantes esenciales bastan para cubrir el mapa Expresión mínima única + + Implicantes primarios y esenciales Simplificación con maxterms 5 implicantes primarios,,,, 4 implicantes esenciales,,, Los implicantes esenciales bastan para cubrir el mapa Expresión mínima única + + + Mismo procedimiento pero agrupando los s La formaciónde un maxterma partirde los valores o de lasentradasesinversaa la del minterm Equivalente a agrupar los s para formar términos producto de F, y luego aplicar emorgan para obtener la expresión en PoS Simplificación con maxterms F = ( + + ) ( + + ) ( + + ) onsiderando los s como los minterms de F F = + + F = + + F = ( + + ) ( + + ) ( + + ) ondiciones superfluas En algunos problemas pueden existir combinaciones de entrada que por definición no pueden ocurrir unque en la implementación la salida asumirá un valor lógico, al diseñadorno le importacual sea ésta y entonces no queda especificada. Porejemplo, un sumadorcon entradas 842 tendrásólo combinacionesde entradasválidasde las 6 posibles. Esto implica que las salidas asociadas a las entradas al pueden tener cualquier valor, pues esas entradas nunca ocurrirán. Mario Medina. 6

Ejercicio: incremento en Funciones con condiciones superfluas Sea una función que recibe como entrada un dígitoen 842 y comosalidagenera el dígito de entrada incrementadoen en forma circular F W Y Z W Y Z Salidasasumenvalor paralas combinaciones de entrada que no importan. ondicionessuperfluas, opcionaleso indiferentes(don t care) Estas funciones se llaman incompletamente especificadas Ojo!! Los términos no correspondennia un nia un Un términosuperfluoesuna tantoen el mapa de F comoen el mapade F Funciones con condiciones superfluas Eventualmente, los valores superfluos toman un valor lógico definido por el diseñador Generalmentese les asignaun estadoinactivo, pero esto no simplifica el diseño La asignación adecuada de valores de salida definidos a las condiciones superfluas pueden simplificar el diseño. Por ejemplo, en el ejemplo anterior, la función de salida Z podría implementarse simplemente como ondiciones superfluas y K- Maps Los estados superfluos pueden ser tratados individualmentecomos o s con el fin de ayudar en el proceso de minimización Formación de subcubos de mayor orden F(,,, ) = m(,3,5,7,9) + d(6,2,3) Funciones con condiciones superfluas (minterms) Trataresta como simplifica el problema. Si tratamosesta como, podemosformar un subcubode orden2. F(,,,) = m(,3,5,7,9) + d(6,2,3) F = + (sin considerarlas) F = + (considerandolas) Funciones con condiciones superfluas (maxterms) Tratar esta como simplifica el problema Si tratamosesta como, podemosformar un subcubode orden3. Lo mismoocurresideseamosla expresiónmínimaen PoS (agrupandos): F = ( + ) En cadamapa, el términosuperfluodebeescogersecomo ó según convenga para minimizar la función Mario Medina. 7

Mapa de Karnaugh de 5 Se usan2 mapasde 4 y se dejauna variable afuera Estosmapasmuestranla posiciónde los minitérminos si se deja fuera la variable E 3 2 4 5 7 6 = 2 3 5 4 8 9 E 6 7 9 2 2 23 28 29 3 8 22 3 = 24 25 27 26 Mapa de Karnaugh de 5 Mapa de 5 ejamosvariable afuera = E + E+ + E Mapa de Karnaugh de 5 Mapa de Karnaugh de 5 E 3 4 = ( ) F(,,,,E) = m 2,5,7,8,,3,5,7,9,2,23,24,29,3 E 2 = F(,,,,E) = E + E + E + E 2 3 4 E = 4 2 8 5 3 9 3 7 5 2 6 4 E = 6 2 28 24 7 2 29 25 9 23 3 27 8 22 3 26 = E F(,,,,E) = m( 2,5,7,8,,3,5,7,9,2,23,24,29,3) F(,,,, E) = E + E + E + E E = Implicantes esenciales en mapa de 5 Representación espejo de mapa de 5 Mario Medina. 8

Representación alternativa iagramamuestra celdas adyacentes a minitérmino 5 Representación alternativa Representación alternativade un mapade 5 Triángulos superioresson adyacentes Mapa de Karnaugh de 6 = = = = 4 2 8 5 3 9 3 7 5 2 6 4 6 2 28 24 7 2 29 25 9 23 3 27 8 22 3 26 48 52 6 56 49 53 6 57 5 55 63 59 5 54 62 58 32 36 44 4 33 37 45 4 35 39 47 43 34 38 46 42 = = = = F(,,,,E,F) = 2,8,,8,24, m 26,34,37, 42,45, 5,53,58,6 Mapa de Karnaugh de 6 = = 3 2 32 33 35 34 4 5 7 6 36 37 39 38 = 2 3 5 4 44 45 47 46 8 9 4 4 43 42 6 7 9 8 48 49 5 5 2 2 23 22 52 53 55 54 = 28 29 3 3 6 6 63 62 24 25 27 26 56 57 59 58 Mapa de Karnaugh de 6 F(,,,,E,F) = 2,8,,8,24, m 26,34,37, 42, 45, 5,53,58,6 F(,,,,E,F) = + + F = = = Mapas de Karnaugh con en el mapa lternativapararepresentarmás aúnen un mapa eldasno almacenanvalores ó, sinoque almacenanexpresionescon queno estánen el mapa = Mario Medina. 9

Mapas de Karnaugh con en el mapa Ejemplo: representarla funciónf(,,, ) = + + + + ( ) en un mapade Karnaughde 3 El últimotérminoes redundante Mapas de Karnaugh con en el mapa Separamosla funciónanterior utilizando la variable y son independientedel valor de y son sólosi es es redundante Mapas de Karnaugh con en el mapa Si es, funciónse simplifica a Si es, funciónse simplificaa + Entonces, función F es F = + ( + ) Mario Medina.