Aljabar Boolean, Sintesis Ekspresi Logika Eko Didik Widianto (
[email protected]) Sistem Komputer - Universitas Diponegoro
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 1 / 39
Review Kuliah • Sebelumnya konsep rangkaian logika telah dibahas, meliputi ◦ variabel, fungsi, ekspresi dan persamaan logika ◦ tabel kebenaran dari fungsi logika ◦ gerbang dan rangkaian logika ◦ analisis rangkaian logika • Berikutnya adalah menggunakan konsep tersebut untuk mengimplementasikan fungsi logika menjadi suatu rangkaian logika (sintesis), baik menggunakan tabel kebenaran maupun aljabar Boolean
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 2 / 39
Bahasan Aljabar Boolean Dalil Teorema Hukum Pembuktian Aljabar Diagram Venn Notasi dan Urutan Operasi Sintesis Ekspresi Logika Proses Sintesis Sintesis dari Tabel Minterm dan Bentuk SOP Duality SOP - POS Maxterm dan Bentuk POS Konversi Bentuk Menyederhanakan Rangkaian Gerbang NAND dan NOR Rangkaian NAND-NAND Rangkaian NOR-NOR
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 3 / 39
Aljabar Boolean
• Dalil Teorema Hukum • Pembuktian Aljabar • Diagram Venn • Notasi dan Urutan Operasi Sintesis Ekspresi Logika
Aljabar Boolean
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 4 / 39
Aljabar Boolean Aljabar Boolean
• Dalil Teorema Hukum • Pembuktian Aljabar • Diagram Venn • Notasi dan Urutan Operasi Sintesis Ekspresi Logika
• Skema untuk deskripsi aljabar dari proses berpikir secara logika dan reasoning (tahun 1849) • Kemudian digunakan untuk menjabarkan rangkaian logika ◦ desain dan analisis rangkaian ◦ menyederhanakan suatu ekspresi logika untuk implementasi fisik rangkaian yang lebih sederhana
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
George Boole (1815-1864)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 5 / 39
Dalil Aljabar Boolean dan Prinsip Dualitas Aljabar Boolean
• Dalil Teorema Hukum • Pembuktian Aljabar • Diagram Venn • Notasi dan Urutan Operasi Sintesis Ekspresi Logika
• Aljabar Boolean menggunakan aturan-aturan yang diturunkan dari asumsi dasar (aksioma/dalil/postulat) 1a. 2a. 3a. 4a.
0·0=0 1·1=1 0·1=1·0=0 Jika x = 0, maka x = 1
1b. 2b. 3b. 4b.
1+1=1 0+0=0 1+0= 0+1=1 Jika x = 1, maka x = 0
• Dalil dituliskan berpasangan →untuk menunjukkan prinsip dualitas ◦ Jika diberikan sebarang ekspresi logika, dual dari ekspresi tersebut dapat dibentuk dengan mengganti semua + dengan · atau sebaliknya serta mengganti 0 dengan 1 atau sebaliknya •
dalil(b) merupakan dual dari dalil(a) dan sebaliknya
◦ Dual dari pernyataan benar adalah juga benar
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 6 / 39
Teorema 1 Variabel Aljabar Boolean
• Dalil Teorema Hukum • Pembuktian Aljabar • Diagram Venn • Notasi dan Urutan Operasi Sintesis Ekspresi Logika
• Aturan ini diturunkan dari aksioma. x adalah variabel tunggal 5a. 6a. 7a. 8a. 9.
x·0=0 x·1=x x·x=x x·x=0 x=x
5b. 6b. 7b. 8b.
x+1=1 x+0=x x+x=x x+x=1
• Pembuktian teorema dengan induksi ◦ Memasukkan nilai x = 0 dan x = 1 ke dalam ekspresi • Pernyataan di teorema (a) adalah dual dari pernyataan (b) dan sebaliknya ◦ f1 (x1 , x2 ) = x1 + x2 dualnya adalah f2 (x1 , x2 ) = x1 · x2 Misalnya: f1 = 0 + 0 = 0, f2 = 1 · 1 = 1, sehingga f1 dan f2 dual
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 7 / 39
Hukum-hukum Aljabar Aljabar Boolean
• Dalil Teorema Hukum • Pembuktian Aljabar • Diagram Venn • Notasi dan Urutan Operasi Sintesis Ekspresi Logika
10a. x · y = y · x
10b. x + y = y + x
→Komutatif
11a. x · (y · z) = (x · y) · z
11b. x + (y + z) = (x + y) + z
12a. x · (y + z) = x · y + x · z
12b. x + y · z = (x + y) · (x + z)
13a. x + x · y = x
13b. x · (x + y) = x
14a. x · y + x · y = x
14b. (x + y) · (x + y) = x
→Asosiatif →Distributif →Absorsi →Penggabungan
15a. x · y = x + y
15b. x + y = x · y
→DeMorgan
16a. x + x · y = x + y
16b. x · (x + y) = x · y
17a.
17b. (x + y) · (y + z) · (x + z) =
x·y +y ·z +x·z = x·y +x·z
(x + y) · (x + z)
→Konsensus
• Pembuktian hukum (identity, property) tersebut dapat dilakukan secara induktif (dengan tabel kebenaran) maupun dengan melakukan perhitungan aljabar • Contoh: teorema DeMorgan secara induktif • Buktikan 12a,b 13a,b 16a,b dan 17a,b secara induktif dan aljabar
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 8 / 39
Pembuktian Aljabar Aljabar Boolean
• Dalil Teorema Hukum • Pembuktian Aljabar • Diagram Venn • Notasi dan Urutan Operasi Sintesis Ekspresi Logika
• Buktikan persamaan logika berikut benar 1.(x1 + x2 ) · (x1 + x2 ) = x1 · x2 + x1 · x2 2. x1 · x3 + x2 · x3 + x1 · x3 + x2 · x3 = x1 + x2
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 9 / 39
Pembuktian Aljabar Aljabar Boolean
• Dalil Teorema Hukum • Pembuktian Aljabar • Diagram Venn • Notasi dan Urutan Operasi Sintesis Ekspresi Logika
• Buktikan persamaan logika berikut benar 1.(x1 + x2 ) · (x1 + x2 ) = x1 · x2 + x1 · x2 2. x1 · x3 + x2 · x3 + x1 · x3 + x2 · x3 = x1 + x2
f
= x1 · x3 + x2 · x3 + x1 · x3 + x2 · x3 = x1 · x2 + x1 · x2 + x1 · x2 = x1 + x2
◦ Menghasilkan ekspresi logika yang lebih sederhana, rangkaian logika lebih sederhana ◦ Teorema dan property menjadi basis untuk sintesis fungsi logika di perangkat CAD
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 9 / 39
Diagram Venn Aljabar Boolean
• Dalil Teorema Hukum • Pembuktian Aljabar • Diagram Venn • Notasi dan Urutan Operasi Sintesis Ekspresi Logika
• Membuktikan ekuivalensi 2 ekspresi logika secara visual • Suatu set s merupakan koleksi elemen yang merupakan anggota dari s ◦ dalam hal ini s merupakan koleksi variabel dan/atau konstan • Elemen (variabel/konstan) dinyatakan sebagai area dengan kontur seperti kotak, lingkaran atau elips
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 10 / 39
Diagram Venn Aljabar Boolean
• Dalil Teorema Hukum • Pembuktian Aljabar • Diagram Venn • Notasi dan Urutan Operasi Sintesis Ekspresi Logika
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 11 / 39
DeMorgan: x · y = x + y Aljabar Boolean
• Dalil Teorema Hukum • Pembuktian Aljabar • Diagram Venn • Notasi dan Urutan Operasi Sintesis Ekspresi Logika
• Hasil diagram Venn yang sama menunjukkan kedua ekspresi sama
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 12 / 39
Notasi Operator Fungsi Logika Aljabar Boolean
• Dalil Teorema Hukum • Pembuktian Aljabar • Diagram Venn • Notasi dan Urutan Operasi Sintesis Ekspresi Logika
• Kemiripan operasi penjumlahan dan perkalian antara logika dan aritmetika ◦ Operasi OR disebut sebagai logika penjumlahan (sum) ◦ Operasi AND disebut sebagai logika perkalian (product) Operasi OR AND
Notasi Operator W +, , | V ·, , &
Keterangan Bitwise OR Bitwise AND
• Ekpresi ABC+A’BD+A’CE ◦ Merupakan jumlah dari 3 operasi/term perkalian (SOP, sum-of-product terms)
• Ekspresi (A+B+C)(A’+B+D)(A’+C+E) ◦ Merupakan perkalian dari 3 operasi/term penjumlahan (POS, product-of-sum terms) @2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 13 / 39
(Konvensi) Urutan Operasi Aljabar Boolean
• Dalil Teorema Hukum • Pembuktian Aljabar • Diagram Venn • Notasi dan Urutan Operasi Sintesis Ekspresi Logika
• Jika dalam satu ekspresi tidak terdapat tutup kurung, operasi fungsi logika dilakukan dengan urutan: 1. NOT 2. AND 3. OR
• Misalnya ekspresi x + x · y ◦ variabel x di term kedua diinversikan, kemudian di-AND-kan dengan variabel y ◦ term pertama dan kedua kemudian di-OR-kan • Latihan ◦ Gambar rangkaian untuk persamaan logika f = (x1 + x2 ) · x3 dan f = x1 + x2 · x3
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 14 / 39
Hasil yang Diharapkan Dari Kuliah Aljabar Boolean
• Dalil Teorema Hukum • Pembuktian Aljabar • Diagram Venn • Notasi dan Urutan Operasi Sintesis Ekspresi Logika
Mahasiswa mampu: 1. mengerti tentang dalil, teorema dan hukum aljabar 2. membuktikan persamaan 2 ekspresi logika secara induktif, manipulasi aljabar dan diagram Venn 3. menyederhanakan suatu ekspresi logika menggunakan dalil, teorema dan hukum aljabar (manipulasi aljabar) 4. mengerti tentang beragam notasi operasi logika (AND,OR) dan urutan operasi logika
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 15 / 39
Aljabar Boolean Sintesis Ekspresi Logika
• Proses Sintesis • Sintesis dari Tabel • Minterm dan Bentuk SOP • Duality SOP - POS • Maxterm dan Bentuk POS • Konversi Bentuk • Menyederhanakan Rangkaian
• Gerbang NAND dan NOR • Rangkaian NAND-NAND • Rangkaian NOR-NOR
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
Sintesis Ekspresi Logika
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 16 / 39
Proses Sintesis Aljabar Boolean Sintesis Ekspresi Logika
• Proses Sintesis • Sintesis dari Tabel • Minterm dan Bentuk SOP • Duality SOP - POS • Maxterm dan Bentuk POS • Konversi Bentuk • Menyederhanakan
• Diinginkan suatu fungsi, bagaimana mengimplementasikannya dalam bentuk ekspresi atau rangkaian logika? ◦ Proses ini disebut sintesis: membangkitkan ekspresi dan/atau rangkaian dari deskripsi perilaku fungsionalnya
Rangkaian
• Gerbang NAND dan NOR • Rangkaian NAND-NAND • Rangkaian NOR-NOR
• Misalnya ◦ Desain rangkaian logika dengan dua masukan x1 dan x2 ◦ Rangkaian memonitor switch, menghasilkan keluaran logika 1 jika switch (x1 ,x2 ) mempunyai keadaan (0,0), (0,1) atau (1,1) dan keluaran 0 jika switch (1,0)
◦ Pernyataan lain: jika switch x1 tersambung dan x2 terputus maka keluaran harus 0, keadaan switch lainnya keluaran harus 1
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 17 / 39
Proses Sintesis Aljabar Boolean Sintesis Ekspresi Logika
• Proses Sintesis • Sintesis dari Tabel • Minterm dan Bentuk SOP • Duality SOP - POS • Maxterm dan Bentuk POS • Konversi Bentuk • Menyederhanakan
• Diinginkan suatu fungsi, bagaimana mengimplementasikannya dalam bentuk ekspresi atau rangkaian logika? ◦ Proses ini disebut sintesis: membangkitkan ekspresi dan/atau rangkaian dari deskripsi perilaku fungsionalnya
Rangkaian
• Gerbang NAND dan NOR • Rangkaian NAND-NAND • Rangkaian NOR-NOR
• Misalnya ◦ Desain rangkaian logika dengan dua masukan x1 dan x2 ◦ Rangkaian memonitor switch, menghasilkan keluaran logika 1 jika switch (x1 ,x2 ) mempunyai keadaan (0,0), (0,1) atau (1,1) dan keluaran 0 jika switch (1,0)
◦ Pernyataan lain: jika switch x1 tersambung dan x2 terputus maka keluaran harus 0, keadaan switch lainnya keluaran harus 1
• Langkah desain: membuat tabel kebenaran untuk menuliskan term perkalian yang menghasilkan keluaran 1
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 17 / 39
Tabel Kebenaran dan Hasil Ekspresi (SOP) Aljabar Boolean Sintesis Ekspresi Logika
• Tabel kebenaran untuk fungsi yang harus disintesis
• Proses Sintesis • Sintesis dari Tabel • Minterm dan Bentuk SOP • Duality SOP - POS • Maxterm dan Bentuk POS • Konversi Bentuk • Menyederhanakan Rangkaian
• Gerbang NAND dan NOR • Rangkaian NAND-NAND • Rangkaian NOR-NOR
• Realisasi f adalah f = x1 x2 + x1 x2 + x1 x2
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 18 / 39
Latihan Sintesis • Diinginkan rangkaian logika dengan 3 masukan x, y dan z ◦ Keluaran rangkaian harus 1 hanya jika x=1 dan salah satu (atau kedua) y atau z bernilai 1
1. Tuliskan ekspresi dan rangkaian logikanya 2. Sederhanakan rangkaian tersebut
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 19 / 39
Minterm dan Bentuk Kanonik SOP Aljabar Boolean Sintesis Ekspresi Logika
• Proses Sintesis • Sintesis dari Tabel • Minterm dan Bentuk SOP • Duality SOP - POS • Maxterm dan Bentuk POS • Konversi Bentuk • Menyederhanakan Rangkaian
• Gerbang NAND dan NOR • Rangkaian NAND-NAND • Rangkaian NOR-NOR
• Untuk sebuah fungsi dengan n buah variabel f (x1 , x2 . . . xn ) ◦ Sebuah minterm dari f adalah satu term perkalian dari n variabel yang ditampilkan sekali, baik dalam bentuk tidak diinverskan maupun diinverskan ◦ Jika diberikan satu baris dalam tabel kebenaran, minterm dibentuk dengan memasukkan variabel xi jika xi = 1 atau xi jika xi = 0 ◦ Notasi mj merupakan minterm dari baris nomor j di tabel kebenaran. Contoh: •
•
Baris 1 (j = 0), x1 = 0, x2 = 0, x3 = 0 minterm: m0 = x1 x2 x3 Baris 2 (j = 1), x1 = 0, x2 = 0, x3 = 1 minterm: m1 = x1 x2 x3
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 20 / 39
Minterm dan Bentuk Kanonik SOP Aljabar Boolean Sintesis Ekspresi Logika
• Proses Sintesis • Sintesis dari Tabel • Minterm dan Bentuk SOP • Duality SOP - POS • Maxterm dan Bentuk POS • Konversi Bentuk • Menyederhanakan
• Tiap baris dari tabel
minterm mi
f
0
0
0
x1 x2 x3
0
1
0
0
1
x1 x2 x3
1
2
0
1
0
x1 x2 x3
0
3
0
1
1
x1 x2 x3
0
dengan ekspresi
4
1
0
0
x1 x2 x3
1
penjumlahan dari semua
5
1
0
1
x1 x2 x3
1
minterm di mana tiap minterm
6
1
1
0
x1 x2 x3
1
di-AND-kan dengan nilai f
7
1
1
1
x1 x2 x3
0
• Fungsi f dapat dinyatakan
• Gerbang NAND dan NOR • Rangkaian NAND-NAND • Rangkaian NOR-NOR
x1 x2 x3
0
kebenaran membentuk satu buah minterm
Rangkaian
Baris i
yang bersesuaian
• Contoh: diberikan nilai f seperti tabel di atas, bentuk kanonik SOP: f
=
m0 · 0 + m1 · 1 + m2 · 0 + m3 · 0 + m4 · 1 + m5 · 1 + m6 · 1 + m7 · 0
=
m1 + m4 + m5 + m6
=
x1 x2 x3 + x1 x2 x3 + x1 x2 x3 + x1 x2 x3
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 21 / 39
Notasi SOP Aljabar Boolean Sintesis Ekspresi Logika
• Proses Sintesis • Sintesis dari Tabel • Minterm dan Bentuk SOP • Duality SOP - POS • Maxterm dan Bentuk POS • Konversi Bentuk • Menyederhanakan
• Persamaan SOP dapat dinyatakan dalam notasi m f
=
m1 + m4 + m5 + m6
=
x1 x2 x3 + x1 x2 x3 + x1 x2 x3 + x1 x2 x3 | {z } | {z } | {z } | {z } 1
Rangkaian
• Gerbang NAND dan NOR • Rangkaian NAND-NAND • Rangkaian NOR-NOR
• Notasi Persamaan SOP: f =
4
P
5
6
m(1, 4, 5, 6)
• Implementasi: ◦ Ekspresi fungsi f tersebut secara fungsional benar dan unik ◦ Namun, mungkin tidak menghasilkan implementasi yang paling sederhana
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 22 / 39
Prinsip Duality Aljabar Boolean Sintesis Ekspresi Logika
• Proses Sintesis • Sintesis dari Tabel • Minterm dan Bentuk SOP • Duality SOP - POS • Maxterm dan Bentuk POS • Konversi Bentuk • Menyederhanakan
• Jika suatu fungsi f dinyatakan dalam suatu tabel kebenaran, maka ekspresi untuk f dapat diperoleh (disintesis) dengan cara: 1. Melihat semua baris dalam tabel dimana f=1, atau 2. Melihat semua baris dalam tabel dimana f=0
Rangkaian
• Gerbang NAND dan NOR • Rangkaian NAND-NAND • Rangkaian NOR-NOR
• Pendekatan (1) menggunakan minterm • Pendekatan (2) menggunakan komplemen dari minterm, disebut maxterm
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 23 / 39
Penjelasan Dualitas SOP-POS Aljabar Boolean Sintesis Ekspresi Logika
• Proses Sintesis • Sintesis dari Tabel • Minterm dan Bentuk SOP • Duality SOP - POS • Maxterm dan Bentuk POS • Konversi Bentuk • Menyederhanakan
• Jika fungsi f dinyatakan dalam tabel kebenaran, maka fungsi inversnya f , dapat dinyatakan dengan penjumlahan minterm dengan f = 1, yaitu di baris di mana f = 0
f
Rangkaian
• Gerbang NAND dan NOR • Rangkaian NAND-NAND • Rangkaian NOR-NOR
=
m0 + m2 + m3 + m7
=
x1 x2 x3 + x1 x2 x3 + x1 x2 x3 + x1 x2 x3
• Fungsi f dapat dinyatakan f
=
m0 + m2 + m3 + m7
= =
x1 x2 x3 + x1 x2 x3 + x1 x2 x3 + x1 x2 x3 x1 x2 x3 · x1 x2 x3 · x1 x2 x3 · (x1 x2 x3 )
=
(x1 + x2 + x3 ) (x1 + x2 + x3 ) (x1 + x2 + x3 ) (x1 + x2 + x3 )
• Meletakkan dasar untuk menyatakan fungsi sebagai bentuk perkalian semua term perjumlahan, maxterm @2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 24 / 39
Maxterm dan Bentuk Kanonik POS Aljabar Boolean Sintesis Ekspresi Logika
• Proses Sintesis • Sintesis dari Tabel • Minterm dan Bentuk SOP • Duality SOP - POS • Maxterm dan Bentuk POS • Konversi Bentuk • Menyederhanakan
• Untuk sebuah fungsi dengan n buah variabel f (x1 , x2 . . . xn ) • Sebuah maxterm dari f adalah satu term penjumlahan dari n variabel yang ditampilkan sekali baik dalam bentuk tidak diinverskan maupun diinverskan
Rangkaian
• Gerbang NAND dan NOR • Rangkaian NAND-NAND • Rangkaian NOR-NOR
◦ Jika diberikan satu baris dalam tabel kebenaran, maxterm dibentuk dengan memasukkan variabel xi jika xi = 0 atau xi jika xi = 1 ◦ Notasi Mj (dengan huruf M besar) merupakan maxterm dari baris nomor j di tabel kebenaran. Contoh: Baris 1 (j = 0), x1 = 0, x2 = 0, x3 = 0 maxterm: M0 = x1 + x2 + x3 • Baris 2 (j = 1), x1 = 0, x2 = 0, x3 = 1 maxterm: M1 = x1 + x2 + x3 •
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 25 / 39
Maxterm dan Bentuk Kanonik POS Aljabar Boolean Sintesis Ekspresi Logika
• Proses Sintesis • Sintesis dari Tabel • Minterm dan Bentuk SOP • Duality SOP - POS • Maxterm dan Bentuk POS • Konversi Bentuk • Menyederhanakan
• Tiap baris dari tabel
maxterm Mi
f
0
0
0
x1 + x2 + x3
0
1
0
0
1
x1 + x2 + x3
1
2
0
1
0
x1 + x2 + x3
0
3
0
1
1
x1 + x2 + x3
0
dengan ekspresi perkalian
4
1
0
0
x1 + x2 + x3
1
dari semua maxterm di mana
5
1
0
1
x1 + x2 + x3
1
tiap maxterm di-OR-kan
6
1
1
0
x1 + x2 + x3
1
dengan nilai f yang
7
1
1
1
x1 + x2 + x3
0
• Fungsi f dapat dinyatakan
• Gerbang NAND dan NOR • Rangkaian NAND-NAND • Rangkaian NOR-NOR
x1 x2 x3
0
kebenaran membentuk satu buah maxterm
Rangkaian
Baris i
bersesuaian
• Contoh: diberikan nilai f seperti tabel di atas, bentuk kanonik POS: f
=
(M0 + 0) (M1 + 1) (M2 + 0) (M3 + 0) (M4 + 1) (M5 + 1) (M6 + 1) (M7 + 0)
=
M0 · M2 · M3 · M7
=
(x1 + x2 + x3 ) (x1 + x2 + x3 ) (x1 + x2 + x3 ) (x1 + x2 + x3 )
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 26 / 39
Notasi POS Aljabar Boolean Sintesis Ekspresi Logika
• Proses Sintesis • Sintesis dari Tabel • Minterm dan Bentuk SOP • Duality SOP - POS • Maxterm dan Bentuk POS • Konversi Bentuk • Menyederhanakan Rangkaian
• Gerbang NAND dan NOR • Rangkaian NAND-NAND • Rangkaian NOR-NOR
• Persamaan POS dapat dinyatakan dalam notasi M f
=
M0 · M2 · M3 · M7
=
(x1 + x2 + x3 ) · (x1 + x2 + x3 ) · (x1 + x2 + x3 ) · (x1 + x2 + x3 ) | {z } | {z } | {z } | {z } 0
2
• Notasi Persamaan SOP: f =
3
Q
7
M (0, 2, 3, 7)
• Persamaan berikut benar untuk fungsi f (x1 , x2 , x3 )di atas: X
m(1, 4, 5, 6)
=
Y
x1 x2 x3 + x1 x2 x3 + x1 x2 x3 + x1 x2 x3
=
(x1 + x2 + x3 ) (x1 + x2 + x3 )
M (0, 2, 3, 7)
(x1 + x2 + x3 ) (x1 + x2 + x3 )
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 27 / 39
Konversi Bentuk POS-SOP P
Aljabar Boolean Sintesis Ekspresi Logika
• Proses Sintesis • Sintesis dari Tabel • Minterm dan Bentuk SOP • Duality SOP - POS • Maxterm dan Bentuk POS • Konversi Bentuk • Menyederhanakan Rangkaian
• Gerbang NAND dan NOR • Rangkaian NAND-NAND • Rangkaian NOR-NOR
Q
• Jika suatu fungsi f diberikan dalam bentuk m atau M P, maka dengan mudah dapat dicari fungsi f atau f dalam bentuk m atau
Q
M
Bentuk
Fungsi dan Bentuk yang Diinginkan
f =
Asal
f =
P
m
P
m
-
f =
Q
M
Nomor yg tdk ada dlm daftar
(1,4,5,6)
(0,2,3,7)
f =
Q
M
Nomor yg tdk ada dlm daftar
(0,2,3,7)
(1,4,5,6)
-
f =
P
m
f =
Q
M
Nomor yang tdk ada dlm daftar
Nomor yang ada dlm daftar
(0,2,3,7)
(1,4,5,6)
Nomor yang ada dlm daftar
Nomor yg tdk ada dlm daftar
(0,2,3,7)
(1,4,5,6)
• Bagaimana bentuk kanonik POS dan SOP untuk fungsi 4 variabel? ◦ Walaupun bisa menjadi masalah untuk implementasi di FPGA yang hanya mempunyai LUT 2-masukan •
Dilakukan dengan sintesis multilevel
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 28 / 39
Penyederhanaan Rangkaian dengan Aljabar Aljabar Boolean Sintesis Ekspresi Logika
•
Suatu fungsi logika dapat dinyatakan dalam beberapa bentuk ekspresi yang ekivalen
• Proses Sintesis • Sintesis dari Tabel • Minterm dan Bentuk SOP • Duality SOP - POS • Maxterm dan Bentuk POS • Konversi Bentuk • Menyederhanakan
◦
Misalnya: f1 = x1 x2 + x1 x2 + x1 x2 dan f2 = x1 + x2 adalah ekivalen secara fungsional
◦
Proses optimasi memilih salah satu dari beberapa rangkaian ekivalen untuk memenuhi constraint nonfungsional (area, cost)
◦
Catatan: rangkaian dengan jumlah gerbang minimal bisa jadi bukan merupakan solusi terbaik, tergantung constraintnya. Misalnya constraint delay
Rangkaian
• Gerbang NAND dan NOR • Rangkaian NAND-NAND • Rangkaian NOR-NOR
Fungsi: f = x1 x2 + x1 x2 + x1 x2
•
Replikasi term 2: f = x1 x2 + x1 x2 + x1 x2 + x1 x2
•
Distributif (12b): f = x1 (x2 + x2 ) + (x1 + x1 ) x2
•
Teorema (8b): f = x1 · 1 + 1 · x2
•
Teorema (6a): f = x1 + x2
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 29 / 39
Tips Penyederhanaan SOP dan POS Aljabar Boolean Sintesis Ekspresi Logika
• Proses Sintesis • Sintesis dari Tabel • Minterm dan Bentuk SOP • Duality SOP - POS • Maxterm dan Bentuk POS • Konversi Bentuk • Menyederhanakan Rangkaian
• Gerbang NAND dan NOR • Rangkaian NAND-NAND • Rangkaian NOR-NOR
•
Operasi penyederhanaan adalah mengurangi minterm atau maxterm di ekspresi
◦ ◦ •
SOP: menggunakan hukum 14a (x · y + x · y = x) POS: menggunakan hukum 14b ((x + y) · (x + y) = x)
Beberapa minterm atau maxterm dapat digabungkan menggunakan hukum 14a atau 14b jika berbeda hanya di satu variabel saja
◦
f (x1 , x2 , x3 ) = x1 x2 x3 + x1 x2 x3 + x1 x2 x3 + x1 x2 x3
m1 dan m5 berbeda di x1 , dan m4 dan m6 berbeda di x2
f
◦
=
x1 x2 x3 + x1 x2 x3 + x1 x2 x3 + x1 x2 x3
=
(x1 + x1 ) x2 x3 + x1 (x2 + x2 )x3
=
x2 x3 + x1 x3
f (x1 , x2 , x3 ) = (x1 + x2 + x3 ) (x1 + x2 + x3 ) (x1 + x2 + x3 ) (x1 + x2 + x3 )
M0 dan M2 berbeda di x2 , dan M4 dan M7 berbeda di x1
f
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
=
((x1 + x3 ) + x2 x2 ) (x1 x1 + (x2 + x3 ))
=
(x1 + x3 ) (x2 + x3 )
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 30 / 39
Latihan Sintesis 1. Diinginkan rangkaian logika dengan 3 masukan x, y dan z
• Keluaran rangkaian harus 1 hanya jika x=1 dan salah satu (atau kedua) y atau z bernilai 1 (a) Tuliskan ekspresi SOP dan POS berikut notasinya (b) Cari invers fungsi tersebut (c) Sederhanakan rangkaian dan gambar rangkaian logikanya 2. Cari minterm, maxterm dan tuliskan bentuk SOP dan POS dari
• fungsi f = (x1 + x2 ) · x3
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 31 / 39
Rangkaian Logika dengan NAND dan NOR Aljabar Boolean Sintesis Ekspresi Logika
• Proses Sintesis • Sintesis dari Tabel • Minterm dan Bentuk SOP • Duality SOP - POS • Maxterm dan Bentuk POS • Konversi Bentuk • Menyederhanakan Rangkaian
• Gerbang NAND dan NOR • Rangkaian NAND-NAND • Rangkaian NOR-NOR
•
Fungsi NAND adalah inversi fungsi AND
•
Fungsi NOR adalah inversi fungsi OR f (x1 , x2 ) = f 1 (x1 , x2 ) = x1 + x2
f (x1 , x2 ) = f 1 (x1 , x2 ) = x1 · x2
• •
Gerbang NAND merupakan gerbang
Gerbang NOR merupakan gerbang OR yang diikuti gerbang NOT
AND yang diikuti gerbang NOT
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 32 / 39
Rangkaian NAND Lebih Sederhana dari AND Aljabar Boolean Sintesis Ekspresi Logika
• Proses Sintesis • Sintesis dari Tabel • Minterm dan Bentuk SOP • Duality SOP - POS • Maxterm dan Bentuk POS • Konversi Bentuk • Menyederhanakan
• Di CMOS, implementasi rangkaian dari gerbang NAND dan NOR lebih sederhana (dan cepat) daripada AND dan OR ◦ Sehingga rangkaian lebih kecil dan lebih cepat untuk mewujudkan fungsi logika yang sama
Rangkaian
• Gerbang NAND dan NOR • Rangkaian NAND-NAND • Rangkaian NOR-NOR
CMOS NAND (4 transistor)
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
CMOS AND (6 transistor)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 33 / 39
Rangkaian NOR Lebih Sederhana dari OR Aljabar Boolean Sintesis Ekspresi Logika
• Proses Sintesis • Sintesis dari Tabel • Minterm dan Bentuk SOP • Duality SOP - POS • Maxterm dan Bentuk POS • Konversi Bentuk • Menyederhanakan
CMOS NOR (4 transistor)
CMOS OR (6 transistor)
Rangkaian
• Gerbang NAND dan NOR • Rangkaian NAND-NAND • Rangkaian NOR-NOR
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 34 / 39
Recall: Teorema DeMorgan Aljabar Boolean Sintesis Ekspresi Logika
• Proses Sintesis • Sintesis dari Tabel • Minterm dan Bentuk SOP • Duality SOP - POS • Maxterm dan Bentuk POS • Konversi Bentuk • Menyederhanakan Rangkaian
• Gerbang NAND dan NOR • Rangkaian NAND-NAND • Rangkaian NOR-NOR
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 35 / 39
Rangkaian AND-OR dan NAND-NAND Aljabar Boolean Sintesis Ekspresi Logika
• Proses Sintesis • Sintesis dari Tabel • Minterm dan Bentuk SOP • Duality SOP - POS • Maxterm dan Bentuk POS • Konversi Bentuk • Menyederhanakan
• Rangkaian AND-OR (bentuk SOP) dapat dikonversi menjadi rangkaian NAND-NAND
Rangkaian
• Gerbang NAND dan NOR • Rangkaian NAND-NAND • Rangkaian NOR-NOR
•
Bentuk ekspresinya: inverskan minterm, ganti (+) dengan (.), inverskan ekspresi
◦
Contoh: f =
f
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
P
m(1, 4, 5, 6)
=
x1 x2 x3 + x1 x2 x3 + x1 x2 x3 + x1 x2 x3
=
x1 x2 x3 · x1 x2 x3 · x1 x2 x3 · x1 x2 x3
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 36 / 39
Rangkaian OR-AND dan NOR-NOR Aljabar Boolean Sintesis Ekspresi Logika
• Proses Sintesis • Sintesis dari Tabel • Minterm dan Bentuk SOP • Duality SOP - POS • Maxterm dan Bentuk POS • Konversi Bentuk • Menyederhanakan
• Rangkaian OR-AND (bentuk POS) dapat dikonversi menjadi rangkaian NOR-NOR
Rangkaian
• Gerbang NAND dan NOR • Rangkaian NAND-NAND • Rangkaian NOR-NOR
•
Bentuk ekspresinya: inverskan maxterm, ganti (.) dengan (+), inverskan ekspresi
•
Contoh: f =
f
= =
Q
M (0, 2, 3, 7)
(x1 + x2 + x3 ) (x1 + x2 + x3 ) (x1 + x2 + x3 ) (x1 + x2 + x3 ) x1 + x2 + x3 + x1 + x2 + x3 + x1 + x2 + x3 + x1 + x2 + x3
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 37 / 39
Latihan 1. Sederhanakan fungsi f = dan NOR-NOR-nya
P
m (0, 2, 4, 5) dan buat rangkaian NAND-NAND
2. Dalam rangkaian multiplexer, terdapat 2 sinyal data masukan x1 dan x2. Keluaran dikontrol oleh sinyal s. Asumsi keluaran akan sama dengan nilai x1 jika s=0 dan sama dengan x2 jika s=1. Desain rangkaian logika sederhananya. Gambarkan juga rangkaian NAND-NANDnya.
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 38 / 39
Hasil yang Diharapkan dari Kuliah Aljabar Boolean
Mahasiswa mampu:
Sintesis Ekspresi Logika
• Proses Sintesis • Sintesis dari Tabel • Minterm dan Bentuk SOP • Duality SOP - POS • Maxterm dan Bentuk POS • Konversi Bentuk • Menyederhanakan
1. melakukan sintesis ekspresi logika dari suatu tabel kebenaran fungsi logika
Rangkaian
3. menuliskan maxterm dan bentuk kanonik POS suatu fungsi
• Gerbang NAND dan NOR • Rangkaian NAND-NAND • Rangkaian NOR-NOR
dan ekspresi logika
2. menuliskan minterm dan bentuk kanonik SOP suatu fungsi
4. mengkonversi bentuk SOP - POS untuk menyatakan fungsi yang sama 5. menyederhanakan ekspresi logika menggunakan prinsip aljabar 6. mengimplementasikan fungsi logika dengan gerbang NOR dan NAND
@2011 eko didik widianto (http://didik.blog.undip.ac.id)
TSK205 Sistem Digital - Siskom Undip – 39 / 39