مواضيع المحاضرة: boolean aljebra منطقية الجبر اساسيات النظم الرقمية logic لوجك
background image

Boolean algebra

First Class 

2016-2017

1

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.

2

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.

3

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.

– In formal logic, these values are “true” and “false.”
– In digital systems, these values are “on” and “off,” 1 and 0, 

or “high” and “low.”

• Boolean expressions are created by performing 

operations on Boolean variables.

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

4

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

5

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER


background image

Truth Tables

6

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

7

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

9

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)

y
x

z

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 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


background image

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER

28


background image

Dr. AMMAR ABDUL-HAMED KHADER

29




رفعت المحاضرة من قبل: Mustafa Alsarraf
المشاهدات: لقد قام 6 أعضاء و 174 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