الخميس، 26 أكتوبر 2017

اساسيات البوابات المنطقية logic design

 الأساس المنطقي للحاسوب والبوابات المنطقية

:                                                                          البوابات المنطقية
1- التعبير العلائقي : جملة خبرية يكون ناتجها إما صواب (1) أو خطأ (0) ، وتكتب هذه التعابير باستخدام عمليات المقارنة(≠  ،≤  ،≥  ،>، < ، .(=
2- المعامل المنطقي : هو رابط  يستخدم للربط بين بين تعبيرين علائقيين أو أكثر ، لتكوين عبارة منطقية مركبة ، من أهمها AND , OR , NOT.
3- العبارة المنطقية المركبة : جملة خبرية تتكون من تعبيرين علائقيين أو أكثر يربط بينها معاملات منطقية ، ويكون ناتجها أما صواب أو خطأ.
■ وضح المقصود بالبوابات المنطقية ، وما هي أهميتها ؟
هي عبارة عن دارة الكترونية بسيطة، تقوم بعملية منطقية على مدخل واحد أو أكثر وتنتج مخرجا واحدا ، وتكمن أهميتها في بناء معالجات الأجهزة الالكترونية والحواسيب .
■ وضح المبدأ الذي تعمل به البوابات المنطقية ؟
تعمل البوابات المنطقية على مبدأ الصواب والخطأ (0،1).
ثانياًAND لها البوابات الالكترونية .
- البوابة المنطقية AND :
بوابة AND  لها مدخلان ومخرج واحد و تسمى (و). A
والرسم يوضح العبارة المنطقية X= A AND B          X B
تعطي بوابة AND مخرجاً قيمته (1) إذا كانت قيمة المداخل جميعها 1 فقط، بينما تعطي مخرج قيمته (0) إذا كانت قيمة أي من المدخلين أو كلاهما 0.
جدول الحقيقة للبوابة المنطقية AND :
X =  A AND B B A
1 1 1
0 0 1
0 1 0
0 0 0
معلومة: لإيجاد جدول الحقيقة لأكثر من مدخلين يتم احتساب الحالات حسب المعادلة 2N
نلاحظ أن حالات الجدول أعلاه هي أربع حالات 4 = 2 2، لان عدد المداخل هو 2 ( A، (B
لوكان عدد المداخل 3 (  A ، B، C ) فان عدد الحالات حسب المعادلة = 23 =8
بحيث يتم تعبئة الحالات في العمود الأول نصفه 1 والنصف الأخر 0 والعمود الثاني ربعه 1 والربع الثاني 0 والربع الثالث 1 والربع الرابع 0 والعمود الأخير 1 ثم 0 إلى نهايته.
■ كم عدد الحالات لجدول حقيقة مؤلف من أربعة متغيرات A, B , C , D  ؟
24 = 16
تمثل الدارة الكهربائية البسيطة الموصولة على التوالي البوابة المنطقية AND بحيث لا يضيء المصباح إلا إذا كان كلا المفتاحين مغلقا كما في الرسم التالي.


X  




- البوابة المنطقية OR :
لها مدخلان ومخرج واحد وتسمى (أو) .
الرسم التالي يوضح البوابة المنطقية X =  A OR B




تعطي بوابة OR  مخرجا قيمته (1) إذا كانت قيمة أي من المدخلين أو كلاهما (1) وتعطي مخرجا قيمته (0) إذا كان قيمة كلا المدخلين (0).

جدول الحقيقة للبوابة المنطقية OR
X = A OR B B A
1 1 1
1 0 1
1 1 0
0 0 0

تمثل الدارة الكهربائية البسيطة الموصولة على التوالي البوابة المنطقية  OR، بحيث يضيء المصباح إذا كان احد المفتاحين أو كلاهما مغلق، كما في الشكل التالي:









البوابة المنطقية NOT  :
لها مدخل واحد ومخرج واحد ، ويطلق عليها العاكس ، أي أنها تغيير القيمة المدخلة إلى عكسها فإذا كانت القيمة المدخلة (1) فان قيمة المخرج تكون (0) واذا كانت القيمة المدخلة (0) فان القيمة المخرجة تكون(0).
الشكل التالي يوضح العبارة المنطقية X = NOT A

X A

جدول الحقيقة لبوابة NOT :
NOT A X
0 1
1 0

ثالثا: إيجاد ناتج العبارات المنطقية المركبة.
عند إيجاد ناتج عبارة منطقية مؤلفة من أكثر من بوابة يجب استخدام الأولويات التالية:
1- الأقواس () يتم تنفيذ المعامل الواقع في الأقواس أولا.
2- البوابة المنطقية NOT.
3- البوابة المنطقية AND .
4- البوابة المنطقية OR .
5- إذا تكافأت الأولويات نفذ من اليسار إلى اليمين.
مثال : جد ناتج العبارة المنطقية التالية
إذا علمت أن  A=1      , B=0        , C= 1    :
NOT A AND NOT (B OR C)
NOT 1 AND NOT (1 OR 0)
NOT 1 AND NOT 1
0 AND NOT 1
0 AND 0
0

ملاحظات:
1- يتم تعويض قيم المتغيرات قبل الشروع في تسلسل الأولويات .
2- عدد خطوات الحل مساوي لعدد البوابات المنطقية في السؤال
رابعا : تمثيل العبارات المنطقية المركبة باستخدام البوابات المنطقية
عند تمثيل البوابات المنطقية فإننا نتبع قواعد الأولوية.
مثل العبارة المنطقية  X = NOT A OR B   باستخدام البوابات المنطقية ، ثم جد الناتج إذا علمت أن          1 A= 0      ,        B=
أولا: البوابة الأعلى في تسلسل الأولوية هي بوابة NOT A لذا نرسمها أولا.

ثانياً: نلاحظ أن البوابة OR  لها مدخلان B  والأخر هو مخرج  NOT .


ثالثاً : نعوض قيم المتغيرات :




مثال: اكتب العبارة المنطقية التي تمثلها البوابات المنطقية الآتية.



أولا : نلاحظ أن بوابة NOT  رسمت في البداية وهذا غير مؤثر لأنها اعلي أولوية حتى لوكانت في أخر العبارة المنطقية.
ثانيا : البوابة المنطقية AND  أخذت أولوية على AND  وهذا يدل على أنها داخل قوس (OR)
ثالثا : بوابة AND  جمعت بين مخرج OR  والمتغير C
لتصبح العبارة :
(NOT A OR B) AND C
الفصل الثاني : البوابات المنطقية المشتقة
أولا : بوابة NAND
هي اختصار ل NOT AND   ، وتشكل بوابة NAND  بتوصيل مخرج AND  بمدخل بوابة NOT ، وتسمى بوابة نفي (و) المنطقية .



دائما تعطي مخرجا 1 إلا في حالة كانت جميع المدخلات (1) فإنها تعطي 0، تعمل عكس بوابة AND .
تمثل بوابة NAND  بالشكل التالي X =  A NAND B


جدول الحقيقة لبوابة NAND:
X = A NAND B B A
0 1 1
1 0 1
1 1 0
1 0 0
جد ناتج العبارة المنطقية التالية  NOT A  NAND( NOT B NAND C)
إذا علمت أن :A = 1   ,  B = 0    ,   C = 0       
NOT  1  NAND ( NOT 0 NAND 0 )
NOT 1 NAND (1 NAND 0)
NOT 1 NAND 1
0 NAND 1
1
ملاحظات :
1- البوابة المنطقية NOT  أعلى أولوية من البوابة المنطقية NAND .
2- العبارات المنطقية المكونة من عبارات مشتقة وأخرى أساسية غير مطلوبة .
مثال : اكتب العبارة المنطقية التي يمثلها الرسم التالي:




أولا: نلاحظ وجود NOT  في البداية لا يؤثر على مكان وجودها في العبارة المنطقية لأنها تأخذ أولوية في أي مكان كانت ، ولا كن نلاحظ بوابة  NAND  التي في الوسط احد إطرافها  B  والطرف الأخر مخرج بوابة NOT A .
ثانياً: بوابة NAND  الاخيره احد أطرافهاCوالطرف الأخر مخرج البوابة NOT A NANAD B
ثالثاً: لتصبح العبارة Z = NOT A ANAD B NAND C
ثانيا : بوابة NOR
تعتبر هذه البوابة اختصار لبوابة  NOT OR ، أي نفي OR  وتسمى بوابة نفي أو



تعطي بوابة NOR  دائما مخرج 0  إلا في حالة كان كلا المدخلين (0)ن ، تعمل عكس بوابة  OR
تمثل البوابة المنطقية  Z = A NOR B   بالشكل التالي:




جدول الحقيقة لبوابة NOR :
Z = A NOR B B A
0 1 1
0 0 1
0 1 0
1 0 0





مثال : جد ناتج تنفيذ العبارة المنطقية التالية :
A NOR NOT(A NOR B)
إذا علمت أن  A= 1     ,          B = 0   
1 NOR NOT(1 NOR 0)
1 NOR NOT 0
1 NOR 1
0
ملاحظة : المطلوب فقط بوابة NOR   وبوابة NOT  في نفس السؤال ، أي ان الطالب غير مطالب  بدمج بوابة NAND و NOR  في نفس السؤال.
مثال:
اكتب العبارة المنطقية التي يمثلها الرسم التالي:




نلاحظ وجود ثلاثة بوابات  NOT  وبوابة NOR  جمعت بين بوابتين NOT  تم بعد ذلك نفيها
فتصبح العبارة Z =   NOT ( NOT X  NOR NOT Y )
الفصل الثالث : الجبر المنطقي (البوولي)
أولا : مفهوم الجبر البوولي.
هو أحد فروع علم الجبر في الرياضيات ، وتكمن أهميته لأنه يعتبر الأساس الرياضي اللازم لدراسة التصميم المنطقي للأنظمة الرقمية ومنها الحاسوب ، وسبب التسمية نسبة للعالم بوول في كتابه التحليل الرياضي للمنطق ودراسة في قوانين التفكر .
■ ما الهدف الذي كان يرمي إليه بوول من استخدام الجبر المنطقي؟
لأن استخدام صيغة جبرية في وصف عمل الحاسوب الداخلي أسهل من التعامل مع البوابات المنطقية .
يسمى المتغير متغيراً منطقيا إذا عينت له إحدى حالتين صواب (TRUE) أو خطأ (FALSE)
ويرمز له بأحد حروف اللغة الأنجليزية A……Z ، ويستخدم نظام العد الثنائي (0  , 1) لتمثيل حالات المتغير المنطقي ، فيمثل الرقم (1) الحالة الصحيحة والرقم (0) الحالة الخطأ.
ثانياً : العبارات الجبرية المنطقية والعمليات المنطقية
العبارة الجبرية المنطقية : هي ثابت منطقي (0 ، 1) او متغير منطقي ( X, Y) او مزيج من الثوابت والمتغيرات المنطقية يجمع بينها عمليات منطقية .
1 – عملية  NOT  : يطلق عليها اسم المتمم ، وسميت بذلك لأن متممة 0 تساوي 1 ومتممة 1 تساوي صفر ، العبارة الجبرية لعملية NOT  هي :


حيث تعني (     )   المتممة والجدول التالي يمثل ناتج متممة  X.
A = X
X
0 1
1 0

2- عملية AND  : يعبر عن عملية AND في الجبر المنطقي بالرمز . والعبارة الجبرية المنطقية لعملية  AND  هي :

استخدام (.) يشبه الضرب الثنائي وغالبا ما يهمل الرمز (.) في التعبير المنطقي وتكتب XY  بدلاً من X.Y .
الجدول التالي يبين ناتج عملية  AND  المنطقية .
A = X.Y Y X
1 1 1
0 0 1
0 1 0
0 0 0

3- عملية OR  يعبر عن عملية OR  في الجبر المنطقي بالرمز (+) ، والعبارة الجبرية المنطقية لعملية OR  هي :


الجدول التالي يمثل جدول ناتج عملية OR  المنطقية .
A = X + Y Y X
1 1 1
1 0 1
1 1 0
0 0 0

ثالثا : إيجاد ناتج العبارات الجبرية .
لإيجاد ناتج عبارة جبرية مركبة نطبق قواعد الأولويات التالية :
1- ( ) تنفذ العمليات داخل الأقواس أولاً.
2- عملية NOT .
3- عمليةAND  .
4- عملية OR  .
5 – في حال تكافؤ الأولويات نفذ من اليسار الى اليمين.

مثال : جد ناتج العبارة المنطقية التالية :
A . B + C  + D
إذا علمت أن( (A = 0  ,  B =  1   ,  C = 1   ,   D = 0
0 . 1+ 1 + 0
0+1+0
1+0
0+0
0
رابعاً: تمثيل العبارات الجبرية المنطقية المركبة باستخدام البوابات المنطقية.
مثال1: مثل العبارة الجبرية المنطقية  X = A + B
الحل:1 - نرسم في البداية B 

     2- نلاحظ أن بوابة OR  أحد مداخلها A  والمدخل الأخر مخرج  NOT



مثال 2 : مثل العبارة المنطقية التالية باستخدام البوابات المنطقية ثم جد ناتجها النهائي إذا علمت أن (  A =1   ,   B =  0   .     C = 1     ,  D  =  0 )
A + B .(C .D)
1 + 0 . ( 1 . 0 )
1+ 0 . 0
1 + 0 . 1
1 + 0
0



ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق

اختبار علوم الحاسوب توجيهي متوقع 2021

  الاختبار النهائي علوم الحاسوب 1)     نظام العد الستيني كان مسخدما لدى : أ -   البابليون      ب – العرب       ج- الرومان       د-...