مواضيع المحاضرة: Logic Gates , Truth Tables
background image

Boolean algebra 

 

First Class  

2015-2016 

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER 


background image

Boolean algebra 

Objective 

• Understand the relationship between Boolean logic and digital 

computer circuits. 

• Learn how to design simple logic circuits. 
• Understand how digital circuits work together to form complex 

computer systems. 

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER 


background image

Boolean algebra 

• Mathematician  George  Boole  invented  Boolean  logic 

operations  system  in  1813 

–  1864.  Boolean  logic  is  also 

known  as  Boolean  algebra.  It  is  a  mathematics  of  digital 
systems.  

 

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER 


background image

Boolean algebra 

• Boolean algebra is a mathematical system for the 

manipulation of variables that can have one of two 
values. 

– I  for al logic, these  alues are  true  a d  false.  

– I  digital syste s, these  alues are  o  a d  off,    a d  , 

or  high  a d  lo .  

• Boolean expressions are created by performing 

operations on Boolean variables. 

– Common Boolean operators include AND, OR, and NOT. 

 

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER 


background image

Boolean Algebra Operation 

•The complement is denoted by a bar . It is defined by 
0 = 1   and  1 = 0. 
•The Boolean sum, denoted by (+) or by OR, has the following 
values: 

    1 + 1 = 1,    1 + 0 = 1,    0 + 1 = 1,    0 + 0 = 0 

 

•The  Boolean  product,  denoted  by  ()  or  by  AND,  has  the 
following values: 

     1 

 1 = 1,    1  0 = 0,    0  1 = 0,    0  0 = 0 

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER 


background image

Truth Tables 

xy = x AND y = x * y 

           x + y = x OR y 

     x  (bar) = NOT x 

AND is true only if  

        OR is true if either 

  NOT inverts the bit 

both inputs are true                             inputs are true 

 

 
NOR is NOT of OR, NAND is NOT of AND, XOR is true if both inputs differ 

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER 


background image

Logic Gates 

Here we see the logic gates that represent the Boolean operations previously  
discussed 

-Boolean multiplier                   -Boolean  adder  

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER 


background image

Switching Circuits 

AND 

OR 


background image

Boolean Addition & Multiplication 

• Example 1: Determine the value of A, B, C and D that make 

the sum term A + B + C + D  equal to 0. 

Solution:  To  gat  0,  all  the  terms  should  be  0.  So  A  =  0,  B  =  0,      

C = 0,  D = 0,                    0 + 1 + 0 + 1 = 0. 

 
• Example 2: Determine the value of A, B, C and D that make 

the product term A BCD  equal to 1. 

Solution: To gat 1, all the terms should be 1. 

                 A BCD = 1 . 0 . 1 . 0 = 1 

 

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER 


background image

Boolean Addition & Multiplication 

• Example: Find the value (F) if F(x,y,z) = xz + y 
Solution:  

• As with common arithmetic, 

Boolean operations have 
rules of precedence. 

• The NOT operator has 

highest priority, followed by 
AND and then OR. 

• This is how we chose the 

(shaded) function subparts in 
our table.  

10 

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER 


background image

Boolean Algebra 

• Digital  computers  contain  circuits  that  implement  Boolean 

functions. 

• The simpler that we can make a Boolean function, the smaller 

the circuit that will result. 

– Simpler  circuits  are  cheaper  to  build,  consume  less  power,  and  run 

faster than complex circuits. 

• With  this  in  mind,  we  always  want  to  reduce  our  Boolean 

functions to their simplest form. 

• So  that, there are  a  number  of  Boolean identities (rules)  that 

help us to do this.  

11 

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER 


background image

Simplification of Boolean Functions 

An  implementation  of  a  Boolean  Function  requires  the  use 
of logic gates. 

A  smaller  number  of  gates,  with  each  gate  (other  then 
Inverter) having less number of inputs, may reduce the cost 
of the implementation. 

There are 2 methods for simplification of Boolean functions. 

The algebraic method by using Identities 
The graphical method by using Karnaugh Map method 

 

12 

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER 


background image

Basic Boolean Identities (Rules) 

13 

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER 


background image

Basic Boolean Identities (Rules) 

• Example: simplify using Boolean identities   

14 

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER 


background image

Basic Boolean Identities (Rules) 

• Example:  xy+xz+yz = xy+xz+yz*1 (identity) = 
                      xy+xz+yz*(x+x) (inverse) =   

                      xy+xz+xyz+xyz (distributive) =  

                      xy(1+z)+xz(y+1) (distributive) =  

                      xy(1)+xz(1) (null) = xy*1+xz*1 

(absorption)= xy+ xz (identity) 

 


 

 

xy+ xz 

15 

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER 


background image

DeMorgan’s law 

• DeMorgan’s law can be extended to any number of variables. 
• Replace each variable by its complement and change all ANDs 

to ORs and all ORs to ANDs. 

• Thus, we find the complement of: 

 

16 

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER 


background image

Basic Boolean Identities (Rules) 

• Example: simplify using Boolean algebra 
                     AB + A(B+C) + B(B+C) 

                     

AB + AB + AC + BB + BC …. (distributed law) 

                     

AB + AC + B + BC    …. (AB + AB = AB & BB=B)  

                     

AB + AC + B              ….. (B  + BC =B) 

                     

B + AC            …. (AB + B =B) 

17 

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER 


background image

Boolean Algebra 

• There are two canonical forms for Boolean expressions: sum-

of-products (SOP) and product-of-sums (POS). 

– Recall the Boolean product is the AND operation and the 

Boolean sum is the OR operation. 

• In the sum-of-products form, ANDed variables are ORed 

together. 

– For example: 

• In the product-of-sums form, ORed variables are ANDed 

together: 

– For example: 

18 

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER 


background image

Boolean Algebra 

• It  is  easy  to  convert  a  function  to 

sum-of-products  form  using  its 
truth table. 

• We  are  interested  in  the  values  of 

the  variables  that  make  the 
function true (=1). 

• Using  the  truth  table,  we  list  the 

values  of  the  variables  that  result 
in a true function value. 

• Each  group  of  variables  is  then 

ORed together. 

 

19 

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER 


background image

Boolean Algebra 

• The sum-of-products form for our 

function is: 

    We note that this function is not in 

simplest terms. Our aim is only to 
rewrite our function in canonical 
sum-of-products form.  

20 

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER 


background image

Boolean Algebra 

• Example1: Convert the following Boollean algebra to sum of 

product forms: (A + B) + C 

 

Solution: (A + B) + C = (A + B) . C  = (A + B) C  = AC + BC  

 
• Example2: From the truth table,  
determine the standard SOP  

expression and the equivalent 

 standard POS expression  

21 

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER 


background image

Boolean Algebra 

• Solution:  There  are  four  1s  in  the  output  column  and  the 

corresponding  binary  values  are  011,  100,  110,  111.        
Convert these binary values to produce terms as follows: 

 011         ABC,     100          ABC,   110         ABC,  111        ABC 

The resulting standard  SOP expression for the output X is  

X = ABC + ABC + ABC + ABC 
• For  the  POS  expression  the  output  is  0  for  the  binary  values 

000, 001 010, 101. Convert these binary values to sum terms: 

000       A+B+C, 001      A+B+C, 010      A+B+C, 101     A+B+C 

The resulting standard POS expression for the output X is: 

  X = (A+B+C)(A+B+C)(A+B+C)(A+B+C)  

22 

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER 


background image

Logic Gates 

XOR  looks  like  OR  but 
with the added curved line 

    NAND and NOR are 

two  very  important 
gates. Their symbols 
and  truth  tables  are 
shown at the right.  

NOR  

NAND 

23 

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER 


background image

Logic Gates 

• NAND and NOR 

are known as 
universal gates 
because they are 
inexpensive to 
manufacture, and 
any Boolean 
function can be 
constructed using 
only NAND or only 
NOR gates.   

24 

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER 


background image

Logic Gates 

• Fan-in is the number of inputs a gate can handle. Physical 

logic gates with a large fan-in tend to be slower than those 
with a small fan-in. This is because the complexity of the input 
circuitry increases the input 

capacitance

 of the device. Using 

logic gates with higher fan-in will help reducing the depth of a 
logic circuit. 

• The fan-out of a 

logic gate

 output is the number of gate inputs 

it can feed or connect to. 

• The maximum fan-out of an output measures its load-driving 

capability: it is the greatest number of inputs of gates of the 
same type to which the output can be safely connected. 

 

25 

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER 


background image

Logic Gates 

• To reduce the Fan-in for the gate, we do: 

26 

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER 


background image

Logic Gates 

• If the available gates with limited inputs number, so we do: 

 

  

27 

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalla Mortatha
المشاهدات: لقد قام 7 أعضاء و 210 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل