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解读简单的逻辑电路

电路图看起来像一团乱线,直到你一次只读一个逻辑门。

本页内容
  1. 各个逻辑门做什么?
  2. 怎样读电路
  3. 例题
  4. 常见错误
  5. 自测
  6. 接下来学什么?

逻辑电路就是把布尔表达式画成用导线连接的逻辑门。解读电路时,从输入读向输出,一次一个门,并写下每个门输出的结果。

这一课接在真值表之后,属于布尔逻辑模块。这里的电路用文字描述,所以即使手边没有图,你也能练习。

各个逻辑门做什么?

逻辑门输出为 1 的条件
NOT输入是 0
AND两个输入都是 1
OR至少有一个输入是 1
NAND不是两个输入都是 1(先 AND,再 NOT)
NOR两个输入都是 0(先 OR,再 NOT)
XOR两个输入不同

怎样读电路

  1. 找出输入(左边的 A、B、C)和右边的输出 Q。
  2. 给每个门的输出标上新字母,如 X、Y。
  3. 用前面的值写出每个标签的表达式。
  4. 组合标签,把 Q 写成输入的表达式。
  5. 用几行输入测试,或者做出完整的表格。

例题

一个电路由以下部分组成。输入 A 和 B 进入 XOR 门,输出 X。X 和 C 进入 AND 门,输出 Y。Y 进入 NOT 门,输出 Q。

**表达式:**X = A XOR B,Y = X AND C,Q = NOT Y。所以 Q = NOT ((A XOR B) AND C)。

**测试 A = 1、B = 0、C = 1:**X = 1 XOR 0 = 1。Y = 1 AND 1 = 1。Q = NOT 1 = 0。

**测试 A = 1、B = 1、C = 1:**X = 1 XOR 1 = 0。Y = 0 AND 1 = 0。Q = NOT 0 = 1。

完整表格,按 ABC 的顺序:

ABCXYQ
000001
001001
010101
011110
100101
101110
110001
111001

只有当 C = 1 且 A 与 B 不同时,Q 才是 0。这句话就是对这个电路功能的简明描述。

常见错误

同学常把 XOR 当成 OR。

**A = 1、B = 1、C = 1 时的错误做法:**X = 1 OR 1 = 1,Y = 1,Q = 0。

两个相同输入的 XOR 是 0,所以 X = 0,Y = 0,Q = 1。错误做法得到的输出正好相反。要养成习惯,检查两个输入都是 1 的情况,因为那是 OR 和 XOR 唯一不一致的一行。

自测

1. 当两个输入都是 1 时,NAND 门的输出是多少?

查看答案

AND 得 1,再经 NOT 变成 0。

2. 当两个输入都是 0 时,NOR 门的输出是多少?

查看答案

OR 得 0,再经 NOT 变成 1。

3. A 和 B 进入 NOR 门,输出 X。X 进入 NOT 门,输出 Q。把 Q 写成 A、B 的表达式,并说明它的功能。

查看答案

X = A NOR B = NOT (A OR B)。于是 Q = NOT X = NOT (NOT (A OR B)) = A OR B。检验:A = 0、B = 0 时 X = 1,Q = 0。A = 1、B = 0 时 X = 0,Q = 1。两个门合起来,作用就像一个 OR 门。

接下来学什么?

下一步,学习如何证明两个表达式相同:用情形比较等价的表达式。受限伪代码追踪训练器适合逐步追踪算法,布尔与数字表示实验室适合做电路式检查。

如果课堂上教过的电路你能读,遇到新电路就卡住,老师可以在一对一线上计算机科学补习中和你一起建立阅读流程。

常见问题

OR 和 XOR 有什么区别?

OR 只要至少有一个输入是 1 就得 1,两个都是 1 时也得 1。XOR 只有恰好一个输入是 1 时才得 1,所以 1 XOR 1 等于 0。很多电路题的错误,都是把 XOR 当成了 OR。

NAND 和 NOR 是什么意思?

NAND 是 AND 之后再 NOT,所以只有两个输入都是 1 时才得 0。NOR 是 OR 之后再 NOT,所以只有两个输入都是 0 时才得 1。先把它们当成普通的门算出结果,再取反。

应该先写表达式还是先画表格?

两种都可以,但逐个逻辑门写表达式通常更稳妥。给每个门的输出标上 X、Y 等字母,再把这些标签组合起来。这些标签就相当于真值表的中间列。

资料来源

  1. Cambridge IGCSE Computer Science 0478 syllabus page

更新于:

下一步

如果老师画的电路你看得懂,换成陌生的图就一片空白,一对一老师可以陪你练习读新电路,直到逐门阅读的流程变得自然。

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