Теоретической основой построения ЭВМ являются специальные математические дисциплины. Одной из них является алгебра логики, или булева алгебра (Дж. Буль — английский математик прошлого столетия, основоположник этой дисциплины). Ее аппарат широко используют для описания схем ЭВМ, их оптимизации и проектирования.
Вся информация в ЭВМ представляется в двоичной системе счисления. Поставим в соответствие входным сигналам отдельных устройств ЭВМ значения переменных хi (i=1…n), а выходным сигналам — значения функций yj (j=1…m) (рис. 2.1).
В этом случае зависимостями (2.2)
можно описывать алгоритм работы любого устройства ЭВМ. Каждая такая зависимость у. является «булевой функцией, у которой число возможных состоянии и каждой ее независимой переменной равно двум» (стандарт ISO 2382/2-76), т.е. функцией алгебры логики, а ее аргументы определены на множестве {0,1}. Алгебра логики устанавливает основные законы формирования и преобразования логических функций. Она позволяет представить любую сложную функцию в виде композиции простейших функций. Рассмотрим наиболее употребительные из них.
Известно, что количество всевозможных функций N от п аргументов выражается зависимостью
(2.3)
При n=0 можно определить две основные функции (N=2), не зависящие от каких-либо переменных: у0, тождественно равную нулю (у0º0), и у1, тождественно равную единице (yºl). Технической интерпретацией функции уº1, может быть генератор импульсов. При отсутствии входных сигналов на выходе этого устройства всегда имеются импульсы (единицы). Функция y0º0 может быть интерпретирована отключенной схемой, сигналы от которой не поступают ни к каким устройствам.
При n=1 зависимость (2.3) дает N=4. Представим зависимость значений этих функций от значения аргумента х в виде специальной таблицы истинности (табл. 2.4).
Таблица 2.4