DAMOO

Информатика · ЕНТ 2026 · 02. Информационные процессы

Логические основы компьютера

Начать тест

Чтобы пройти тест, нужно войти или зарегистрироваться.

Конспект

Учебниковая опора

Главное

  • Высказывание — повествовательное предложение, которое однозначно истинно (1) или ложно (0).
  • Инверсия (НЕ, $\neg A$) меняет значение; конъюнкция (И, $A \land B$) = 1 только если оба 1; дизъюнкция (ИЛИ, $A \lor B$) = 0 только если оба 0.
  • Приоритет: скобки → НЕ → И → ИЛИ.
  • Таблица истинности для $n$ переменных — $2^n$ строк.
  • Вентили: инвертор (1 вход), конъюнктор «&», дизъюнктор «1».
  • Процессор = УУ + АЛУ + регистры; АЛУ выполняет арифметические и логические операции.

Теория

Базовые операции

$A$ $B$ $\neg A$ $A \land B$ $A \lor B$
0 0 1 0 0
0 1 1 0 1
1 0 0 0 1
1 1 0 1 1

Обозначения: НЕ — $\neg A$, $\bar{A}$, not A; И — $A \land B$, $A \cdot B$, $A \& B$, and (логическое умножение); ИЛИ — $A \lor B$, $A + B$, or (логическое сложение).

Алгоритм построения таблицы истинности

  1. Найти число переменных $n$; строк — $2^n$ (плюс заголовок).
  2. Столбцов = число переменных + число операций.
  3. Перебрать наборы от $00\ldots0$ до $11\ldots1$ (двоичный счёт).
  4. Вычислить промежуточные столбцы по приоритету, затем итоговый.

Виды формул: тавтология (в итоге только 1), противоречие (только 0), выполнимая (есть и 0, и 1).

Логические элементы (вентили). Логический 0 — низкое напряжение (около 0 В), 1 — высокое (+3,3 или +5 В).

Элемент Операция Обозначение Выход = 1, когда
Инвертор (НЕ) $\neg A$ прямоугольник «1» с кружком на выходе на входе 0
Конъюнктор (И) $A \land B$ прямоугольник «&» на всех входах 1
Дизъюнктор (ИЛИ) $A \lor B$ прямоугольник «1» ($\ge 1$) хотя бы на одном входе 1

Конъюнктор + инвертор = элемент И-НЕ (Шеффера), универсальный: из него строится любая схема.

Выражение ↔ схема. Схема по формуле: входные линии для переменных → вентиль на каждую операцию в порядке выполнения → выход последнего элемента = $F$. Формула по схеме: идти от входов к выходу, на выходе каждого вентиля записывать выражение, ставить скобки.

Полусумматор складывает два одноразрядных числа $A$ и $B$:

  • сумма $S = A \oplus B = (A \lor B) \land \neg(A \land B)$;
  • перенос $P = A \land B$.

Процессор. УУ считывает команду из ОЗУ по адресу из счётчика команд, дешифрует её, формирует управляющие сигналы. АЛУ выполняет арифметику (+, −, ×, ÷) и логику (И, ИЛИ, НЕ, сдвиги). Регистры — сверхбыстрая память на кристалле: счётчик команд (адрес следующей команды), регистр команд (текущая команда), регистр флагов (ноль, перенос, знак, переполнение), регистры общего назначения.

Импликация, эквивалентность, законы де Моргана

$A$ $B$ $A\to B$ $A\leftrightarrow B$
0 0 1 1
0 1 1 0
1 0 0 0
1 1 1 1

$A\to B=\neg A\lor B$. Законы де Моргана: $\neg(A\lor B)=\neg A\land\neg B$; $\neg(A\land B)=\neg A\lor\neg B$.

Другие законы алгебры логики

  • Переместительный: $A\land B=B\land A$; $A\lor B=B\lor A$.
  • Сочетательный: $(A\land B)\land C=A\land(B\land C)$; то же для $\lor$.
  • Идемпотентность: $A\land A=A$; $A\lor A=A$.
  • Двойное отрицание: $\neg\neg A=A$.
  • Исключённое третье: $A\lor\neg A=1$; противоречие: $A\land\neg A=0$.
  • С константами: $A\land 1=A$; $A\land 0=0$; $A\lor 0=A$; $A\lor 1=1$.

Примеры

  1. $F = (\neg A \lor B) \land C$ при $A = 1, B = 0, C = 1$. $\neg A = 0$; $0 \lor 0 = 0$; $0 \land 1 = 0$. Ответ: $F = 0$.
  2. Таблица для $F = \neg A \lor (A \land B)$.
$A$ $B$ $\neg A$ $A \land B$ $F$
0 0 1 0 1
0 1 1 0 1
1 0 0 0 0
1 1 0 1 1

$F$ ложна только при $A = 1, B = 0$ — формула выполнимая (равносильна импликации $A \to B$). 3. Схема для $F = \neg(A \land B) \lor C$. $A, B$ → конъюнктор → инвертор; его выход и $C$ → дизъюнктор → $F$. 4. Сколько строк в таблице истинности для 4 переменных? $2^4 = 16$.

# перебор всех наборов и таблица истинности F = not A or (A and B)
for A in (0, 1):
    for B in (0, 1):
        F = int((not A) or (A and B))
        print(A, B, F)

Типичные ошибки на ЕНТ

  • Выполняют ИЛИ раньше И: приоритет НЕ → И → ИЛИ.
  • Считают, что дизъюнкция 1 только при обеих единицах — это конъюнкция.
  • Для $n$ переменных пишут $2n$ строк вместо $2^n$.
  • Путают обозначения вентилей: «&» — И, «1» — ИЛИ, кружок на выходе — НЕ.
  • В полусумматоре путают: перенос — конъюнкция, сумма — исключающее ИЛИ.

Самопроверка

  1. Когда конъюнкция ложна? — Если хотя бы один операнд равен 0.
  2. Сколько входов у инвертора? — Один.
  3. Как называется формула, у которой в итоговом столбце только 1? — Тавтология (тождественно-истинная).
  4. Чему равно $1 \lor 0 \land 0$? — 1 (сначала И: $0 \land 0 = 0$, затем $1 \lor 0 = 1$).
  5. Какой регистр хранит адрес следующей команды? — Счётчик команд.