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Obsidian_Informatik/Semester 1/ERA/Vorlesung 24 - K-Maps.md
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Logiksynthese und -minimierung

  • Deduzierte Schaltungen lassen sich nicht effizient "von Hand entwickeln"

    -> Wir brauchen Methodik für Schaltkreissynthese

  • Logiksynthese und -minimierung: Versuch, Logik der Schaltung:

    • zu generieren bzw.
    • zu minimieren
  • Unterscheidung zwischen:

    • kombinatorischer Synthese (Realisierung einer Booleschen Funktion)
    • sequentieller Synthese (Realisierung eines endlichen Automaten; kann als Boolesche Funktion repräsentiert werden)
  • Ausgangspunkt: Funktionsbeschreibung (Wahrheitstabelle, Boolescher Ausdruck, ... )

Wdhlg. : Synthese (simpel)

  • Realisierung beliebiger Wahrheitstabellen durch **Grundgatter möglich

  • Vorgehen:

    • Für jede Zeile mit Ausgabewert 1: Und-Gatter mit passender Eingangsbeschaltung
    • Oder-Verknüpfung aller Und-Gatter
  • Funktioniert für alle Tabellen, aber

    • teuer
    • nicht skalierbar !20260119_kmaps_260129_183719.jpg

Weitere Grundlagen

  • Die Booleschen Ausdrücke xi und xi' heißen Literale

    • xi ist positives Literal
    • xi' ist negatives Literal
  • Eine Konjunktion von Literalen heißt Monom, wenn:

    • jedes Literal kommt höchstens einmal vor
    • es kommt nicht sowohl das positive als auch das negative Literal einer Variable vor
    • Monome: **x1x2x3, x1x2x3'
  • Ein Monom heißt vollständig oder Minterm, wenn jede Variable entweder als positives oder als negatives Literal vorkommt

  • Eine Disjunktion von paarweise verschiedenen Monomen heißt Polynom. Sind alle Monome des Polynoms vollständig, so heißt das Polynom vollständig

  • Eine Boolesche Funktion ist von ihrer Darstellung als Formel zu unterschieden

    • Die Interpretationsfunktion \psi weist einer Formel die entsprechende Funktion zu
    • f = (a+b) * c und g = a * c + b * c sind unterschiedliche Formeln aber \psi(f) = \psi(g)

Logiktoptimierung

  • Gegeben: Eine Boolesche Funktion f

  • Ziel: Darstellung von f als Minimalpolynom p, das heißt ein Polynom sodass gilt:

    • \psi(p) = f
    • Die Anzahl an Monomen in p ist minimal
    • Die Anzahl der Literale in p ist minimal
  • Idee: x_1x_2x_3 + x_1x_2\bar{x_3} = x_1x_2

    • Die Belegung von x_3 hate keinen Einfluss auf den Wahrheitswert des Polynoms
    • x_1x_2 ist ein sogenannter Implikant von x_1x_2x_3 + x_1x_2\bar{x_3}
  • Allgemein: Ein Monom(!) q ist ein Implikant der Funktion f falls \psi(q) \leq f

    Das bedeutet das der Implikant kleiner oder optimierter als der Funktion ist
    • Ein Primimplikant von f ist ein maximaler Implikant q von f, d.h. es gibt keinen Implikanten s(s \neq q)