Schaltalgebra

Die Schaltalgebra ist eine abstrakte mathematische Beschreibung zum Aufbau elektrischer bzw. elektronischer logischer Verknüpfungen. Es gibt bei der Schaltalgebra nur zwei Zustände: Null-Aus und Eins-Ein. Es gibt vier Grundformen logischer Verknüpfungen, mit denen alle anderen logischen Verknüpfungen aufgebaut werden können. Der Einfachheit halber werden die Verknüpfungen hier nur mit zwei Eingängen beschrieben. Es sind natürlich beliebig viele möglich.

Eingänge werden mit "E", Ausgänge mit "A" bezeichnet und durchnummeriert.

Table of contents
1 Ja-Verknüpfung: Verstärker
2 Nein-Verknüpfung: Negierer
3 Oder-Verknüpfung (OR)
4 Und-Verknüpfung (AND)
5 "und-nicht"-Verknüpfung (NAND)
6 "Exklusiv-oder" -Verknüpfung (EXOR, XOR)
7 Eigenschaften

Ja-Verknüpfung: Verstärker

Symbol: 1

E=1 -> A=1 E=0 -> A=0

Tabelle:

E   A
0   0
1   1

in Algebra:

E 1 = A
                                      

Nein-Verknüpfung: Negierer

        _
Symbol: 1

E=1 -> A=0 E=0 -> A=1

Tabelle:

E   A
0   1
1   0

in Algebra:
  _   _
E 1 = A

Oder-Verknüpfung (OR)

Symbol >=

E1=1 >= E2=1 -> A=1 E1=1 >= E2=0 -> A=1 E1=0 >= E2=1 -> A=1 E1=0 >= E2=0 -> A=0

Tabelle:

E1   E2   A
 0    0   0
 1    0   1
 0    1   1
 1    1   1

in Algebra:

E1 + E2 = A

Und-Verknüpfung (AND)

Symbol: &

E1=1 & E2=1 -> A=1 E1=1 & E2=0 -> A=0 E1=0 & E2=1 -> A=0 E1=0 & E2=0 -> A=0

Tabelle:

E1   E2   A
 0    0   0
 1    0   0
 0    1   0
 1    1   1

in Algebra:

E1 * E2 = A

Alle höheren Verknüpfungen lassen sich durch Verschachteln mehrerer der Grundverknüpfungen erzeugen.

"und-nicht"-Verknüpfung (NAND)

        _
Symbol: &
     _
E1=1 & E1=1 -> A=0
     _
E1=1 & E1=0 -> A=1
     _
E1=0 & E1=1 -> A=1
     _
E1=0 & E1=0 -> A=1

Tabelle:

E1   E2   A
 0    0   1
 1    0   1
 0    1   1
 1    1   0

in Algebra:

_______
E1 * E2 = A

oder:

          _
E1 * E2 = A

oder:

        _
E1 * E2 = A

oder:

__   __
E1 + E2 = A   (siehe auch De Morgansche Regel)

Wie man sieht führen alle Varianten zum selben Ergebnis.

"Exklusiv-oder" -Verknüpfung (EXOR, XOR)

Symbol: >

E1=1 > E2=1 -> A=0 E1=1 > E2=0 -> A=1 E1=0 > E2=1 -> A=1 E1=0 > E2=0 -> A=0

Tabelle:

E1   E2   A
 0    0   0
 1    0   1
 0    1   1
 1    1   0

In Algebra:

__             __
E1 * E2 + E1 * E2 = A

Eigenschaften

Die "und-nicht"-Verknüpfung alleine würde außerdem genügen, um alle anderen Verknüpfungen einschließlich der Grundverknüpfungen zu erzeugen. Dasselbe gilt für die "oder-nicht"-Verknüpfung.

Durch die Schaltalgebra lassen sich die Aufbauten von elektronischen Verknüpfungen hervorragend darstellen und mit Hilfe der Mathematik vereinfachen oder an die Gegebenheiten bereits vorhandener Schaltungen anpassen. Prinzipiell liesse sich ein gesamter Computer mit Hilfe dieser Symbolik und dieser wenigen Grundfunktionen zusammen mit Funktionen zur zeitlichen Verzögerung darstellen.

Siehe auch: Boolesche Algebra



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