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2. Spezielle Schaltnetze

2.1 Beispiele von Schaltnetzen

  NAND-Gatter

NAND- bzw. NOR-Gatter reichen aus, um Boolesche Funktionen aufzubauen, d.h. sie sind vollständig.

Beispiel
XOR mit UND- und OR-Gattern Dasselbe mit NANDs: Nur mit NANDs

Beweis
NAND bedeutet:   ¬x • y

XOR  
xor y = x•¬y + ¬x•y

= x•(¬x + ¬y) + y•(¬x + ¬y)

= x•¬(x•y) + y•¬(x•y)

= ¬[¬(x•¬(x•y))] + ¬[¬(y•¬(x•y))]

= ¬[¬(x•¬(x•y))•¬(y•¬(x•y)]   de Morgan
   NAND

 

Ziel

Schaltung für die Addition von 16-Bit-Zahlen x = x15 … x0 und y = y15 … y0. Die Summe ist     x + y = z16 … z0.        z16 für potentiellen Überlauf

 

Aufwand Es gibt 2 32 > 10 9   Werte im Definitionsbereich, etwa die Hälfte mit dem Wert 1:

17•2 31   Terme in der DNF.
3.4•10 10   Minterme.

 

Majoritätsfunktion maj (x1, y1, r0) := x1y1 + r0 (x1 xor y1)

 

praktischer Ansatz

Rekursive Addition mit XOR.
Binärsystem: x = xn-1 … x0 und y = yn-1 … y0

 

mit xi, yi Element B.

a) Berechne

x0 xor y0 = z0

x0 • y0 = r0

Übertrag
b) Berechne x1 xor y1 xor r0 = z1 r1 = maj (x1, y1, r0)

x y r z r = maj (x, y, r)
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
0
0
1
0
0
0
1
0
1
1
1

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© 2000 Maria Oelinger
cand. math.
Schaltungen und Boolesche Algebra (12) Letzte Änderung: 19.11.2000
address: http://www.oelinger.de/maria/schalt/schalt12.htm