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图灵完备之路(数电学习三分钟)----门的多路化

上一章中我们学习了如何用与非门实现其他逻辑门,但上节中的输入信号始终为2,但在现实中,输入的信号数量是不确定的,所以我们需要设计多输入的门:

1.三路与非门(卡诺图法)

我们还是从与非门开始,与非门的逻辑是有0为1,全1为0,据此画出真值表:

ABCS
0001
0011
0101
0111
1001
1011
1101
1110

根据真值表得到卡诺图:

AB\C01
0011
0111
1110
1011

卡诺图是可以化简的,其化简原则如下:

若1的数量为2的次方数,且分布为一个矩形,就可以圈出那一片1,然后见将1对应的输入值按位01相消。值得注意的是,卡诺图是没有边界的,比如上图可以这样圈出其中的元素:

AB\C01
0011
0111
1110
1011

然后按位01一消得到:B(橙色圈剩余一个B非)和BC(蓝色圈)以及ABC,可以得到一个公式:B+BC+ABC,则我们按公式即可以设计出三路与非门,但此时突然发现,我们在设计这个之前好像还需要一个三路与门,这如何是好?直接设计一个三路与门无疑十分简单,但这就偏离了卡诺图设计的初衷,变得没有了逻辑的美感,此时,我们需要引入一个定律---德摩根律,该定理主要用于公式的化简,可以一句话概括---长杠变短杠,开口变方向。其用于化简公式,那么我们也可以用来构造公式,我们将ABC单独取出,将其短杆变长杠,为ABC)<红括号代表整体再取一次反>,开口换方向(或非互换),得到A+BC),代回原式B+BC+A+BC),按该公式即可得到

上图中为了美观,已经将所有逻辑门进行封装,N为非门,AND为与门,OR为或门,XOR为异或门,NXOR为同或门,下文也是如此。

2.三路与非门(灵活法)

当然,上文机械式的方法主打一手简单但繁琐,我们可以直接按门特性设计,三路与非门无非就是三路与门取反,而三路与门的特性也是有0为0,全1为1,那按特性,三路无非就是两路的叠加罢了:

三路与非门:

3.三路或门

和三路与门类似,两个或门叠加即可

4.其余门

或非门为三路或取非即可

异或门其逻辑为相同则为0,不同则为1,简单叠加并不符合,但我们可以看出,三路与二路的区别在于多或了一路,所以将第一个门换为或门即可:

当然,用卡诺图可以更好理解该思路。

同或门在异或门基础上取反即可。

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